Задачи и упражнения
6. Эквивалент. Закон эквивалентов
Пример 1. При взаимодействии 3,49 г металла с избытком разбавленной серной кислоты выделилось 1,68 л (н.у.) газа. Определить молярную массу эквивалента металла и его оксида.
Решение. В соответствии с законом эквивалентов (соотношение 6.3) для процесса
nэкв Me = nэкв H2
Поскольку fэкв Н2 = 0,5, то 1 моль эквивалентов водорода при н.у. занимает объем 0,5×22,4 = 11,2 л. Находим число молей эквивалентов участников реакции:
моль
экв.
Наконец, определяем молярную массу эквивалента металла:
, 
г/(моль
экв).
Молярная масса эквивалента оксида составит соответственно
23,3 + 8 = 31,3 г/(моль экв).
Пример 2. Сколько литров (н.у.) сероводорода может быть окислено 0,316 г перманганата калия в кислой среде? Сколько граммов серы при этом будет получено?
Решение. Схема протекающего процесса:
KMn+7O4 + H2S–2 + H+ = Mn+2 + S0 + ... .
По закону эквивалентов:
nэкв KMnO4 = nэкв H2S = nэкв S.
Эту величину находим по перманганату калия:
= 0,01моль экв.
Далее определяем массу серы:
mS
= 0,16 г.
Объем 1 моль эквивалентов сероводорода (н.у.) составит
22,4 × fэкв H2S = 22,4 × 0,5 = 11,2 л.
Отсюда вычисляем объем газа:
VH2S = n экв H2S × Vэкв = 0,01 × 11,2 = 0,112 л.
Пример 3. На нейтрализацию 0,164 г кислоты израсходовано 40 мл 0,1 М раствора NaOH. Найти молярную массу эквивалента кислоты.
Решение. По закону эквивалентов:
nэкв NaOH = nэкв к-ты
Фактор эквивалентности NaOH в любых обменных реакциях составляет единицу, следовательно, для NaOH молярность и нормальность раствора совпадают. Тогда число молей эквивалентов едкого натра составит 0,04×0,1=0,004 моль экв. Это значение позволяет определить молярную массу эквивалента кислоты:
г.
Пример 4. Какой объем 0,1 М раствора К2Cr2O7 потребуется для окисления в кислой среде 200 мл 0,1 М раствора нитрита калия?
Решение. Схема протекающего процесса:
K2Cr+62O7 + KN+3O2 + H+ ® Cr+3 + KN+5O3 + …
Воспользуемся законом эквивалентов в варианте соотношения (6.4):
.
Нормальности растворов составят:
.
Находим неизвестный объем:
мл.
Пример 5. Каким объемом 0,05 М раствора KMnO4 можно заменить 1 л 10 мас.% раствора K2Cr2O7 плотностью 1,08 г/мл в реакциях окисления-восстановления, протекающих в кислой среде?
Решение. По закону эквивалентов:
nэкв KMnO4 = nэкв K2Cr2O7
.
Задача фактически сводится к нахождению молярной, а затем – нормальной концентрации раствора K2Cr2O7. Первоначально находим молярную концентрацию:
; 
г/моль.
Далее, учитывая процессы, происходящие при окислении перманганатом и бихроматом калия в кислой среде
Mn+7O4– + 8H+ + 5 ē = Mn2+ + 4 H2O,
Cr+62O7 + 14H+ + 6 ē = 2Cr3+ + 7 H2O,
производим необходимые вычисления и определяем требуемый объем:
;
;
,
л.
Приложение
Таблица 1
Стандартные термодинамические характеристики образования индивидуальных веществ, водных растворов и ионов при 298,15 К
|
Вещество и состояние |
DНобр, кДж/моль |
DGобр, кДж/моль |
S°, Дж/(моль×К) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Ag+ (p-p, ст. с) |
105,6 |
77,13 |
72,6 |
|
[Ag(NH3)2]+(p-р, ст.с., гип.недис) |
-117,2 |
-17,6 |
246 |
|
AgBr (к) |
-100,7 |
-97,2 |
107,1 |
|
Ag2S (к) |
-32,8 |
-40,8 |
144,0 |
|
Аl (к) |
0 |
0 |
28,3 |
|
Аl2O3 (к) |
-1675,7 |
-1582,3 |
50,9 |
|
А12O3 (аморф) |
-1602 |
¾ |
¾ |
|
Ва2+ (p-p, ст.с) |
-524,0 |
-546,8 |
8,4 |
|
BaSO4 (к) |
-1458,9 |
-1347,9 |
132,2 |
|
Вr2 (г) |
30,9 |
3,1 |
245,4 |
|
Вr2 (ж) |
0 |
0 |
152,2 |
|
Вr– (p-p, ст.с) |
-121,4 |
-104,1 |
83,3 |
|
С (г) |
715,1 |
669,7 |
158,0 |
|
C (к, графит) |
0 |
0 |
5,74 |
|
СН4 (г) |
-74,8 |
-50,8 |
186,3 |
|
CN– (p-p, ст.с) |
150,6 |
171,6 |
96,4 |
|
СO (г) |
-110,5 |
-137,1 |
197,5 |
|
СO2 (г) |
-393,5 |
-394,4 |
213,7 |
|
СО32- (р-р, ст.с) |
-676,6 |
-527,6 |
-56 |
|
С2Н6 (г) |
-84,7 |
-33,0 |
229,5 |