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	т. е. 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

Продолжение табл. 1

Тип реакции	Вещество	Определение числа эквивалентности z*	Формула для расчета МЭ	Пример
ОВР	Любое	, где Ne – число электронов, принятых (или отданных) окислителем (или восстановителем)		Для KClO3: ,

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

. (13а)

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

. (13б)

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 образует

ся 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_r и 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 NH₄NO₃ следует, 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 массе NH₄NO₃:

или 35 % мас.

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

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

Р е ш е н и е

Находим число моль молекул СО₂ :

Определяем массу 100 моль молекул диоксида углерода

Ответ: n_СО2 = 100 моль; масса CO₂ равна 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 х и у. А_r данных 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 или х : 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 (Н₂) и воздуху соответственно равны:

.

Ответ: ; .

Пример 6. При температуре 280 К в сосуде вместимостью 14 дм³ находится 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) находим число моль водорода в смеси:

.

По формуле (7) рассчитываем парциальные давления газов:

Общее давление смеси находим по формуле (6):

.

Рассчитываем массовые доли компонентов:

;

.

Вычисляем мольные доли газов в смеси:

;

.

Для оценки объемных долей газов находим объемы H₂ и N₂ по 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

Определяем общее число моль газов в смеси:

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

V = n V  = 2  22,4 = 44,8 дм³ .

Определяем температуру и давление в новых условиях

Т = 273 + 20 = 293 К;

Р = 1 + 0,5 = 1,5 атм = 1,5  101 325 = 151 987,5 Па.

Тогда по формуле (5) находим объем газовой смеси:

V = .

Ответ: V = 44,8 дм³; V = 32 дм³.

Пример 8. Вычислите М_Э элементов в соединении CS₂ и молярные эквивалентные массы веществ Al и SO₃.

Р е ш е н и е

Находим 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 SO₃ равна В = 6, а число атомов S равно N = 1, тогда

.

Ответ: ; ; ; .

Пример 9. Определите М_Э ортофосфорной 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 Н₃PO₄ к молекулам KOH переходит два иона Н⁺, т.е. . Тогда

.

Реакция 2) – это окислительно-восстановительный процесс. В гидроксиде с.о. атома Mn 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 О₂ и Н₂ при 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 Н₂ и О₂ состоят из двух атомов, тогда по формуле (11)

;

.

Ответ: ; ь.

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 равна В = 3.

Р е ш е н и е