Определение молярной массы эквивалента металла (Mg, Al или Zn) методом вытеснения водорода

Цель работы:ознакомление с понятием эквивалента вещества и методикой расчета, связанной с законом эквивалентов.

2.1 Теоретическая часть

Эквивалент (Э) – это реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять или быть каким-либо другим образом эквивалентна (равноценна) одному иону водорода (Н⁺) в кислотно-основных или ионно-обменных реакциях или одному электрону (е^–) в окислительно – восстановительных реакциях. Так же, как молекула, атом или ион, эквивалент безразмерен. И так же, как в случае молекул, атомов или ионов, состав эквивалента выражают с помощью химических знаков и формул.

Для того, чтобы определить состав эквивалента вещества и правильно записать его химическую формулу, надо исходить из конкретной реакции, в которой участвует данное вещество.

Рассмотрим несколько примеров определения формулы эквивалента.

. (а)

С одним ионом водорода реагирует один ион гидроксила, поэтому Э.

. (б)

В реакции (б) один ион водорода эквивалентен 1/2 иона кальция, одному иону и одному иону. Следовательно Э; Э; Э.

Запишем уравнение этой реакции в молекулярной форме:

.

Одному иону Н⁺эквивалентна 1/2 молекулы Са(ОН)₂, следовательно, Э. В реакции

(в)

эквиваленты AlCl₃иAlNO₃ можно определить косвенным путем, введя вспомогательные реакции:

Одному иону водорода (Н⁺) эквивалентна 1/3 молекулыAlCl₃и молекулаAgNO₃, следовательно Э; и Э.

. (г)

В этой окислительно-восстановительной реакции с одним ионом цинка взаимодействуют два электрона. Поэтому эквивалент Э

. (д)

В этом случае один ион реагирует с тремя электронами и, следовательно, Э

(е)

В данной окислительно-восстановительной реакции атом марганца в молекулеKMnO₄принимает пять электронов и превращается в марганец со ст. ок. +2

.

В молекуле FeSO₄атом железаотдает один электрон и превращается в железо со ст. ок. +3

.

Поэтому Э;

Э.

Величина, показывающая какая доля реальной частицы соответствует эквиваленту, получила название фактора эквивалентности ,z– всегда целое положительное число и называется эквивалентное число.

В обменных реакциях величина zравна суммарному заряду обменивающихся ионов, т.е.z = число ионов  заряд иона. В реакции

(ж)

.

В реакции (б) ; в реакции (д).

Количество вещества измеряют в молях. Один моль эквивалентов содержит столько же эквивалентов, сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг углерода – 12, т.е. 6,02 ∙ 10²³атомов. Количество вещества эквивалентов определяется формулой. Масса моля эквивалентов называется молярной массой эквивалента М_э.

Например, молярные массы эквивалентов в рассматриваемых ранее реакциях равны:

г/моль;

г/моль и т.д.

Молярная масса эквивалентов вещества определяется формулой:

(для водорода – 1 г/моль; для кислорода – 8 г/моль).

Состав эквивалента вещества зависит от реакции, поэтому молярная масса эквивалента одного и того же вещества может быть разной. Например, молярная масса эквивалента FeSO₄в реакции

FeSO₄+ 2HCl=FeCl₂+H₂SO₄

равна 75,925 г/моль, т.к. Э, т.е.

г/моль = 75,925 г/моль,

а в реакции

;

Э(FeSO₄) =FeSO₄; М_Э(FeSO₄) = М(FeSO₄) = 151,85 г/моль.