Определение z* и расчет мэ простых и сложных веществ

Тип реакции	Вещество	Определение числа эквивалентности z*	Формула для расчета МЭ	Пример
Не участвует в реакции	оксид	, где В – валентность элемента, N – число атомов элемента.		Na2O: , г/моль.
	соль	, где – число катионов,–заряд катиона.		AlCl3: , г/моль.
	основание	, то есть число ионов OH–, способных замещаться на анионы.		Ca(OH)2: , г/моль.
	кислота	, то есть число ионов H+, способных замещаться на катионы.		H2SO4: , г/моль.
ионного обмена	любое	, где - число ионов Н+ или ОН–, переходящих от одного вещества к другому.	или	Al(OH)3 + 2HCl = = Al(OH)Cl2 + 2H2O Для Al(OH)3: ,г/моль.
ОВР	любое	, где Ne – число электронов принятых (или отданных) окислителем (или восстановителем).		Для KClO3: , г/моль.

Достаточно часто уравнения химических реакций записывают в сокращенно-ионной форме. Для ионов М_Эвычисляют по формуле

М_Э(иона) =. (12)

Закон эквивалентов: массы реагирующих друг с другом веществ, а также массы образовавшихся продуктов пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ.

Математически закон эквивалентов для условной реакции вида

А + В  С + D

можно выразить различными способами. Например:

или . (13)

Если в реакции участвуют газообразные вещества, то закон эквивалентов целесообразнее записать как соотношение объемов

. (13^а)

Наконец, когда один из участников реакции – газ, а другой – твердый реагент, то формула, выражающая закона эквивалентов, принимает вид

. (13^б)

Примеры решения задач

Пример 1.Определите, сколько молекул СО образуется при сгорании 4 мг углерода. Чему равна абсолютная масса одной молекулы кислорода?

Р е ш е н и е

Составим уравнение реакции горения углерода с образованием СО

2С + О₂= 2СО ,

из которого следует, что при сгорании 2 моль углерода образуется 2 моль газа СО. Используем формулу (2) для определения количества моль углерода, которое будет равно числу моль СО

Тогда число молекул оксида углерода (II) найдем по формуле (1)

N_СО = n_CON_A = 3,3310^-46,0210²³ = 2,0010²⁰ .

Рассчитаем относительную молекулярную массу молекулы O₂

M_r = 2 A_r(O) = 216 = 32 а.е.м.

Так как M_rи масса 1 моль вещества численно равны друг другу, то

.

Ответ:N_СО= 210²⁰; .

Пример 2. Сколько моль атомов азота содержится в 1 кг нитрата аммония? Определите массовую долю азота в данной соли.

Р е ш е н и е

Определяем молярную массу нитрата аммония NH₄NO₃

М= 2A_r(N) + 4 A_r(H) + 3 A_r(O) = 214 + 41 + 316 = 80 г/моль.

Из формулы вещества NH₄NO₃следует, что 1 моль нитрата аммония содержит 2 моль атомов азота, тогда

n(N) = 2n_{нитрата}=.

Массовую долю азота найдем как отношение двух А_r(N) к молярной массеNH₄NO₃

или 35 % мас.

Ответ: число моль атомов азота равно 25 моль;(N) = 35 % мас.

Пример 3. Выразите в молях и в граммах 6,0210²¹молекул СО₂.

Р е ш е н и е

Найдем число моль молекул СО₂

Определим массу 100 моль молекул диоксида углерода

.

Ответ: число моль равно 100 моль; массаCO₂равна 4400 г.

Пример 4. Массовая доля фосфора в его оксиде равна 43,7 % мас. Установите простейшую формулу оксида.

Р е ш е н и е

Обозначим числа атомов фосфора и кислорода в простейшей формуле оксида через хиу.А_rданных элементов равны 31 и 16. Значит, массы фосфора и кислорода в составе оксида относятся друг к другу как 31х 16у. По условию задачи в 100 г оксида содержится 43,7 г фосфора и (100 – 43,7) = 56,3 г кислорода. Следовательно,

31х 16у= 43,7: 56,3 илих:у== 1,41 : 3,52 .

Чтобы выразить полученное соотношение целыми числами, необходимо оба значения поделить на наименьшее из них

х:у== 1 : 2,5 .

Поскольку дробные коэффициенты в химических формулах не употребляются, то оба члена последнего соотношения умножим на два

х:у= 2 : 5 .

Ответ: простейшая формула оксида фосфора Р₂О₅.

Пример 5. Вычислите относительную плотность пропана по водороду и по воздуху.

Р е ш е н и е

Используем второе следствие закона Авогадро. Тогда по формуле (4) плотности пропана С₃Н₈ по водороду Н₂и воздуху соответственно равны

,

Ответ:;.

Пример 6. При температуре 280 К в сосуде объемом 14 дм³находится 8 г водорода и 0,25 моль азота. Определите общее давление в системе и парциальные давления каждого газа. Вычислите мольные, объемные и массовые доли компонентов в имеющейся смеси.

Р е ш е н и е

По формуле (2) найдем число моль водорода в смеси:

.

По формуле (7) рассчитаем парциальные давления газов:

,

.

Общее давление смеси найдем по формуле (6)

.

Рассчитаем массовые доли компонентов

;.

Вычислим мольные доли газов в смеси

;.

Для оценки объемных долей газов найдем объемы H₂иN₂по формуле (5)

,

.

Тогда объемные доли водорода и азота соответственно равны

;.

Таким образом, численные значения объемной и мольной доли для газов совпадают, так как выполняется закон Авогадро.

Ответ: ; ; ;;;;.

Пример 7. Какой объем займет смесь газов, содержащая 14 г азота, 32 г кислорода и 35,5 г хлора, при нормальных условиях и в условиях, когда температура возрастет на 20 К, а давление – на 0,5 атм?

Р е ш е н и е

Определим общее число моль газов в смеси:

 .

По первому следствию закона Авогадро объем смеси газов при н.у.

V=n V= 222,4 = 44,8 дм³.

Определим температуру и давление в новых условиях

Т= 273 + 20 = 293 К;Р= 1 + 0,5 = 1,5 атм = 1,5101325 = 151987,5 Па.

Тогда из формулы (5) найдем объем газовой смеси

V= .

Ответ: V= 44,8 дм³;V= 32 дм³.

Пример 8.ВычислитеМ_Ээлементов в соединенииCS₂и молярные эквивалентные массы веществAlиSO₃.

Р е ш е н и е

Найдем С.О. элементов в сероуглероде ₂. Тогда по формуле (9)

,.

Алюминий в соединениях проявляет постоянную валентность В = 3, тогда по формуле (10)

.

Валентность серы в оксиде SO₃равна В = 6, а число атомовSN= 1, тогда

.

Ответ:;;;.

Пример 9. ОпределитеМ_Эортофосфорной кислоты и гидроксида марганца, участвующих в реакциях:

1. Н₃PO₄ + 2KOH = K₂HPO₄ + 2H₂O;

2. Mn(OH)₂ + Cl₂ + 2KOH = MnO₂ + 2KCl + 2H₂O .

Р е ш е н и е

Реакция 1) является ионно-обменной, так как протекает без изменения С.О. элементов. В данном случае от 1 моль Н₃PO₄к молекуламKOHпереходит два иона Н⁺, т.е.. Тогда

.

Реакция 2) – это окислительно-восстановительный процесс. С.О. атома Mnв гидроксиде равна +2, а в продукте реакции она составляет +4. Атом марганца теряет два электрона в процессе окисления, тогда, а

.

Ответ: ; .

Пример 10.Вычислите молярный эквивалентный объем О₂и Н₂при н.у.

Р е ш е н и е

Э(Н) = 1 по определению. Чаще всего С.О. кислорода в сложном веществе равна –2, поэтому Э(О) = . Газы Н₂и О₂состоит из двух атомов, тогда по формуле (11)

;.

Ответ:;.

Пример 11. При сгорании 5 г металла образуется 9,44 г оксида металла. Вычислите молярную эквивалентную массу металла. Определите относительную атомную массу металла, если его валентность в оксиде В = 3.

Р е ш е н и е