Укажите чему равно эквивалентное число химической реакции
Эквивалент. Закон эквивалентов
Материалы портала onx.distant.ru
Эквивалент. Закон эквивалентов
Эквивалент – реальная или условная частица вещества Х, которая в данной кислотно-основной реакции или реакции обмена эквивалентна одному иону водорода Н + (одному иону ОН — или единичному заряду), а в данной окислительно- восстановительной реакции эквивалентна одному электрону.
Фактор эквивалентности fэкв(X) – число, показывающее, какая доля реальной или условной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода или одному электрону в данной реакции, т.е. доля, которую составляет эквивалент от молекулы, иона, атома или формульной единицы вещества.
Наряду с понятием “количество вещества”, соответствующее числу его моль, используется также понятие количество эквивалентов вещества.
Закон эквивалентов: вещества реагируют в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Если взято n(экв1) моль эквивалентов одного вещества, то столько же моль эквивалентов другого вещества n(экв2) потребуется в данной реакции, т.е.
При проведении расчетов необходимо использовать следующие соотношения:
1. Молярная масса эквивалента вещества X равна его молярной массе, умноженной на фактор эквивалентности:
2. Количество эквивалентов вещества X определяется делением его массы на молярную массу эквивалента:
3. Объём моль-эквивалента газа Х при н.у. равен молярному объёму газа, умноженному на фактор эквивалентности:
4. Молярная масса эквивалента сложного вещества равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих это вещество атомов (ионов).
5. Молярная масса эквивалента оксида равна молярной массе эквивалента элемента плюс молярная масса эквивалента кислорода.
6. Молярная масса эквивалента гидроксида металла равна молярной массе эквивалента металла плюс молярная масса эквивалента гидроксила, например:
М[½Са(ОН)2] = 20 + 17 = 37 г/моль.
М(½ СаSO4) = 20 + 48 = 68 г/моль.
Эквивалент в кислотно-основных реакциях
На примере взаимодействия ортофосфорной кислоты со щелочью с образованием дигидро-, гидро- и среднего фосфата рассмотрим эквивалент вещества H3PO4.
Эквивалент NaOH соответствует формульной единице этого вещества, так как фактор эквивалентности NaOH равен единице. В первом уравнении реакции молярное соотношение реагентов равно 1:1, следовательно, фактор эквивалентности H3PO4 в этой реакции равен 1, а эквивалентом является формульная единица вещества H3PO4.
В третьем уравнении реакции количество веществ реагентов относятся друг к другу как 1:3. Следовательно, фактор эквивалентности H3PO4 равен 1/3, а её эквивалентом является 1/3 часть формульной единицы вещества H3PO4.
Таким образом, эквивалент вещества зависит от вида химического превращения, в котором принимает участие рассматриваемое вещество.
Следует обратить внимание на эффективность применения закона эквивалентов: стехиометрические расчёты упрощаются при использовании закона эквивалентов, в частности, при проведении этих расчётов отпадает необходимость записывать полное уравнение химической реакции и учитывать стехиометрические коэффициенты. Например, на взаимодействие без остатка 0,25 моль-экв ортофосфата натрия потребуется равное количество эквивалентов вещества хлорида кальция, т.е. n(1/2CaCl2) = 0,25 моль.
Эквивалент в окислительно-восстановительных реакциях
Фактор эквивалентности соединений в окислительно-восстановительных реакциях равен:
где n – число отданных или присоединенных электронов.
Для определения фактора эквивалентности рассмотрим три уравнения реакций с участием перманганата калия:
В результате получаем следующую схему превращения KMnO4.
в кислой среде: Mn +7 + 5e = Mn +2
в нейтральной среде: Mn +7 + 3e = Mn +4
в щелочной среде: Mn +7 + 1e = Mn +6
Схема превращений KMnO4 в различных средах
Таким образом, в первой реакции fэкв(KMnO4) = 1/5, во второй – fэкв(KMnO4) = 1/3, в третьей – fэкв(KMnO4) = 1.
Следует подчеркнуть, что фактор эквивалентности дихромата калия, реагирующего в качестве окислителя в кислой среде, равен 1/6:
Примеры решения задач
Задача 1. Определить фактор эквивалентности сульфата алюминия, который взаимодействует со щелочью.
Решение. В данном случае возможно несколько вариантов ответа:
Задача 2. Определить факторы эквивалентности Fe3О4 и KCr(SO4)2 в реакциях взаимодействия оксида железа с избытком хлороводородной кислоты и взаимодействия двойной соли KCr(SO4)2 со стехиометрическим количеством щёлочи КОН с образованием гидроксида хрома (III).
Задача 3. Определить факторы эквивалентности и молярные массы эквивалентов оксидов CrО, Cr2О3 и CrО3 в кислотно-основных реакциях.
CrО3 – кислотный оксид. Он взаимодействует со щёлочью:
Молярные массы эквивалентов рассматриваемых оксидов равны:
Мэкв(CrО) = 68(1/2) = 34 г/моль,
Задача 4. Определить объём 1 моль-экв О2, NH3 и H2S при н.у. в реакциях:
Vэкв(NH3) = 22,4× 1/3 = 7,47 л – в первой реакции.
Vэкв(NH3) = 22,4× 1/5 = 4,48 л – во второй реакции.
В третьей реакции для сероводорода Vэкв(H2S)=22,4 1/6 = 3,73 л.
Задача 5. 0,45 г металла вытесняют из кислоты 0,56 л (н.у.) водорода. Определить молярную массу эквивалента металла, его оксида, гидроксида и сульфата.
Задача 6. Рассчитать массу перманганата калия, необходимую для окисления 7,9 г сульфита калия в кислой и нейтральной средах.
fэкв(K2SО3) = 1/2 (в кислой и нейтральной среде).
В кислой среде Мэкв(KMnO4) = 158·1/5 = 31,6 г/моль, m(KMnO4) = 0,1·31,6 = 3,16 г.
В нейтральной среде Мэкв (KMnO4) = 158·1/3 = 52,7 г/моль, m(KMnO4) = 0,1·52,7 =5,27 г.
Задача 7. Рассчитать молярную массу эквивалента металла, если оксид этого металла содержит 47 мас.% кислорода.
Выбираем для расчётов образец оксида металла массой 100 г. Тогда масса кислорода в оксиде составляет 47 г, а масса металла – 53 г.
В оксиде: nэкв (металла) = nэкв(кислорода). Следовательно:
53:Мэкв(Ме) = 47:(32·1/4). В результате получаем Мэкв(Ме) = 9 г/моль.
Задачи для самостоятельного решения
2.1. Молярная масса эквивалента металла равна 9 г/моль. Рассчитать молярную массу эквивалента его нитрата и сульфата.
Ответ: 71 г/моль; 57 г/моль.
2.2. Молярная масса эквивалента карбоната некоторого металла составляет 74 г/моль. Определить молярные массы эквивалентов этого металла и его оксида.
Ответ: 44 г/моль; 52 г/моль.
2.3. Рассчитать объём 1 моля эквивалента сероводорода (н.у.), который окисляется до оксида серы (IV).
Ответ: 3,73 л.
2.4. Определить молярную массу эквивалента Ni(OH)Cl в реакциях:
Ni(OH)Cl + NaOH = Ni(OH)2 + NaCl.
Ответ: 55,6 г/моль; 111,2 г/моль.
2.5. При взаимодействии 4,8 г неизвестного металла и 13 г цинка с соляной кислотой выделяется одинаковый объём водорода. Вычислить молярные массы эквивалентов металла, его оксида и его хлорида.
Ответ: МЭ(металла)=12 г/моль; МЭ(оксида)=20 г/моль, МЭ(хлорида)=47,5 г/моль.
2.6. Рассчитать молярные массы эквивалентов металла и его гидроксида, если хлорид этого металла содержит 79,7 мас.% хлора, а молярная масса эквивалента хлора равна 35,5 г/моль.
Ответ: МЭ(металла)=9 г/моль; МЭ(оксида)=26 г/моль.
2.7. Какой объём 0,6 М раствора H2O2 пойдёт на окисление 150 мл 2н. раствора FeSO4 в реакции:
Ответ: 250 мл.
2.8. Определить объём хлора (н.у), необходимый для окисления 100 мл 0,5н раствора K2MnO4.
Ответ: 0,56 л.
2.9. 0,66 г кислоты требуются для нейтрализации 10 мл 1М раствора КОН. Найти молярные массы эквивалентов кислоты и ее кальциевой соли в обменной реакции.
Ответ: МЭ(кислоты)=66 г/моль; МЭ(соли)=85 г/моль.
2.10. Бромид металла в результате обменной реакции полностью переведен в сульфат, при этом масса уменьшилась в 1,47 раз. Найти молярную массу эквивалента металла. Определить какой это металл.
Ответ: МЭ(металла)=20 г/моль; Са.
ХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ОТНОШЕНИЙ
Общее понятие о химическом эквиваленте.Из пропорциональности количеств элементов и веществ, участвующих в химической реакции, следует, что данному количеству одного из элементов или веществ соответствует определенное количество другого из них. Такие количества называются эквивалентными (равноценными) количествами.
Взятые применительно к установленному стандарту, эквивалентные количества элементов и веществ носят название химических эквивалентов. Впервые понятие об эквиваленте введено в науку в начале XIX в. по отношению к реакциям соединения элементов друг с другом или замещения их друг другом. В дальнейшем это понятие было распространено на все типы реакций.
Из законов кратных отношений и простых объемных отношений с учетом постоянства состава вещества следует, что химические соединения вступают в реакции между собой в определенном количественном соотношении. Следовательно, для простоты расчетов можно принять определенное вещество, его количество или его часть за единицу (эквивалент) и через нее выражать количества других веществ. В качестве такой единицы был принят один атом водорода (или один электрон).
Эквивалентом называется реальная или условная частица вещества, которая может присоединять, высвобождать или быть эквивалентной одному атому водорода в кислотно-основных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.
В химических соединениях эквивалент вещества (фактор эквивалентности) рассчитывается по формуле:
. (12)
1) числу атомов водорода в бинарном водородсодержащем соединении; числу кислотных протонов в молекуле кислоты;
2) степени окисления атома металла в молекуле основания;
3) числу ионов металла, умноженному на степень их окисления, в молекуле соли;
4) числу атомов элемента, умноженному на степень его окисления, в молекуле оксида.
В химических реакциях эквивалент показывает, какая часть атома, молекулы или иона эквивалентна 1 иону водорода (в кислотно-основных реакциях) или одному электрону (в окислительно-восстановительных реакциях). Эквивалент данного соединения зависит от конкретной реакции, в которой оно участвует.
Примеры.
Молярная масса эквивалента (эквивалентная масса) — это масса 1 моля эквивалентов вещества. Она рассчитывается по формуле:
Количество вещества эквивалента любого соединения n(1/z) рассчитывается делением массы вещества на молярную массу его эквивалента:
= = n·z. (14)
Эквивалентный объем (для газообразных веществ) — это объем 1 моля эквивалентов вещества. Он рассчитывается по формуле:
V = V· f= V· . (15)
Эквивалентный объем водорода при нормальных условиях равен^
В 1800 г. немецкий химик И. В. Рихтер ввел закон эквивалентных отношений.
Массы веществ, реагирующих без остатка, относятся друг к другу как молярные массы их эквивалентов.
(16)
Отсюда следует, что если известны массы взаимодействующих веществ и молярная масса эквивалента одного из них, то можно определить молярную массу эквивалента другого по формуле:
Следствие из этого закона: количества веществ эквивалентов всех участников реакции равны.
Из уравнения 16 следует:
.
Отсюда с учетом уравнения 14 получаем искомое следствие:
. (17)
Эквиваленты элементов в реакциях соединения и замещения.При соединении элементов друг с другом и при замещении одних элементов другими в качестве исходного эквивалента берут 8 (точнее 7,9997) единиц массы кислорода или 1 (точнее 1,00797) единицу массы водорода. Поэтому эквивалентом элемента в реакциях этого типа считается количество элемента, соединяющееся с 8 единицами массы кислорода или с 1 единицей массы водорода или замещающее эти количества в соединениях.
Эквивалент элемента может быть вычислен не только по кислороду или водороду, но и по любому другому элементу, с которым он вступает в реакцию. Для этого нужно знать, кроме количеств участвующих в реакции элементов, еще эквивалент элемента, по которому производится расчет.
Например, эквивалент алюминия равен 9, так как его атомный вес 27, а валентность 3; эквивалент меди в соединениях, в которых она одновалентна, равен 63,57, а в соединениях, в которых она проявляет валентность 2, он равен 31,78. Исходя из этой зависимости можно по экспериментально найденному эквиваленту и атомному весу элемента вычислить валентность его в данном соединении.
Зависимость эквивалента элемента от атомной массы элемента и его валентности.Для рассматриваемого типа реакций и соединений эквивалент элемента численно равен частному от деления атомного веса А элемента на проявляемую им валентность п:
Вычисление эквивалентов электролитов по экспериментальным данным.Для вычисления надо знать количества участвующих в реакции веществ и эквивалент одного из них. Расчет производится по закону эквивалентов.
помогите с химией)
Разберу лишь первую реакцию
Al(OH)3 + HCl = Al(OH)2Cl + 2H2O
Поскольку в задании приведены уравнения реакции, то эквивалент и эквивалентное число реагентов будем находить конкретно для приведенных реакций.
Поскольку в первой реакции образовалась основная соль, то очевидно, что кислота прореагировала полностью, то есть все протоны Н (+) были замещены, а гидрокогруппы ОН (-) в первой реакции были замещены лишь частично. Поэтому, чтобы найти эквивалент и эквивалентное число основания для ДАННОЙ РЕАКЦИЙ, необходимо сначала определить эквивалент и эквивалентное число кислоты.
Эквивалентное число кислоты равно основности кислоты, то есть количеству протонов Н (+) в кислоте
z(HCl) = 1
Эквивалент численно равен фактору эквивалентности и является величиной обратной эквивалентному числу.
fэкв (HCl) = 1/z(HCl) = 1/1 = 1
Чтобы найти фактор эквивалентности гидроксида Al(OH)3 воспользуемся законом эквивалентов в такой формулировке:
Вещества вступают в реакции в КОЛИЧЕСТВАХ пропорциональных их эквивалентам.
А поскольку эквивалент численно равен фактору эквивалентности, то данный закон для первой реакции можно записать в виде:
fэкв (HCl)/fэкв (Al(OH)3) = n(HCl)/n(Al(OH)3)
Согласно уравнению первой реакции на один моль прореагировавшей HCl приходится один моль прореагировавшего Al(OH)3, то есть
n(Al(OH)3) = n(HCl) = 1 моль
Тогда фактор эквивалентности Al(OH)3 в ПРИВЕДЕННОЙ реакции
fэкв (Al(OH)3) = fэкв (HCl)*n(Al(OH)3)/n(HCl) = 1*1/1 = 1
К тому же самому результату мы пришли бы, воспользовавшись определением эквивалента.
Эквивалент химический – это реальная или условная частица, которая в кислотно-основных реакциях присоединяет (или отдает) один ион Н (+) или один ион ОН (–), а в окислительно-восстановительных реакциях принимает (или отдает) один электрон, реагирует с одним атомом водорода или с одним эквивалентом другого вещества.
Поскольку одна молекула Al(OH)3 реагирует с одной молекулой HCl, эквивалент которой равен 1, то эквивалент Al(OH)3 также будет равен единице.
Эквивалентное число основания Al(OH)3
z(Al(OH)3) = 1/fэкв (Al(OH)3) = 1/1 = 1
Эквивалентная молярная масса HCl и Al(OH)3
Мэкв (HCl) = М (HCl)*fэкв (HCl) = 36,5*1 = 36,5 г/моль
Мэкв (Al(OH)3) = М (Al(OH)3)*fэкв (Al(OH)3) = 78*1 = 78 г/моль
Пусть в первой реакции прореагировала соляная кислота массой 100 г
m(HCl) = 100 г
Чтобы найти массу прореагировавшего гидроксида алюминия воспользуемся законом эквивалентов:
Массы веществ, вступающих в реакцию пропорциональны их эквивалентным молярным массам.
m(HCl)/m(Al(OH)3) = Мэкв (HCl)/Мэкв (Al(OH)3)
Тогда масса прореагировавшего Al(OH)3
m(Al(OH)3) = m(HCl)*Мэкв (Al(OH)3)/Мэкв (HCl) = 100*78/36,5 = 213,7 г
Для второй реакции
Ba(OH)2+H2SO4=BaSO4+2H2O
z(H2SO4) = 2
z(Ba(OH)2) = 2
fэкв (H2SO4) = 1/z(H2SO4) = 1/2
fэкв (Ba(OH)2) = 1/z(Ba(OH)2) = 1/2
Mэкв (H2SO4) = M(H2SO4)*fэкв (H2SO4) = 98/2 = 49 г/моль
Mэкв (Ba(OH)2) = M(Ba(OH)2)*fэкв (Ba(OH)2) = 171/2 = 85,5 г/моль
Химический эквивалент и закон эквивалентов
В лабораторной практике, особенно при обработке результатов химического анализа, широко используют представление о вспомогательной условной частице вещества – его химическом эквиваленте и вытекающий из этого понятия закон эквивалентов. Последний позволяет проводить стехиометрические расчеты без составления уравнения реакции, ограничиваясь лишь ее схемой.
Химический эквивалент – это переменная характеристика вещества, зависящая от вида конкретной реакции, в которой участвует данное вещество.
Смысл введения понятия химического эквивалента вещества состоит в том, что для каждого участника реакции его число эквивалентности z, а значит и сам эквивалент 1/z × А определяют относительно одного и того же эталона – однозарядного иона или электрона, поэтому в данной реакции эквиваленты веществ равноценны друг другу, а значит вступают в реакцию и образуются в результате нее равные количества (число молей) эквивалентов реагентов и продуктов. Последнее утверждение и составляет суть закона эквивалентов.
Таким образом, если известна схема реакции
а затем согласно определению химического эквивалента найдены числа эквивалентности реагентов и продуктов zA, zB, zC, zD и их эквиваленты 1/zA A, 1/zBB, 1/zC C, 1/zD D, то стехиометрический расчет можно провести на основе закона эквивалентов:
причем важно, что для записи этого расчетного уравнения нужно знать лишь схему реакции и нет необходимости расстановки в ней стехиометрических коэффициентов.
Рассмотрим несколько примеров, обосновывающих закон эквивалентов путем его сопоставления со стехиометрическим уравнением реакции.
I. Реакции ионного обмена:
z=2 z=1 – числа эквивалентности
1/2Н3РО4 1/1КОН – эквиваленты реагентов.
Согласно стехиометрическому уравнению одна молекула Н3РО4 состоит из двух эквивалентов 1/2Н3РО4, а две формульные частицы КОН соответствуют двум эквивалентам 1/1КОН, то есть в реакцию вступают равные количества эквивалентов реагентов: n(1/2Н3РО4) = n(1/1КОН).
z=3 z=1 – числа эквивалентности
1/3Н3РО4 1/1КОН – эквиваленты реагентов.
Расчетное уравнение: n(1/3Н3РО4) = n(1/1КОН).
II. Окислительно-восстановительные реакции:
1) 2Н2 0 + О2 0 = 2
Для определения эквивалентов окислителя (О2) и восстановителя (Н2) составим полуреакции:
2 Н2 – 2 е ® 2Н + Þ z = 2 и 1/2 Н2
Таким образом, согласно уравнению реакции две молекулы Н2 соответствуют четырем эквивалентам 1/2 Н2, а одна молекула О2 – четырем эквивалентам 1/4 О2, то есть в реакцию вступают равные количества эквивалентов реагентов:
2 Mn +7 + 5 е ® Mn +2 Þ z = 5 и 1/5 КMnO4 и 1/5MnSO4
Две формульные частицы КMnO4 соответствуют десяти эквивалентам окислителя 1/5 КMnO4 и образуется десять эквивалентов 1/5MnSO4 сульфата марганца. Пять молекул Н2О2 соответствуют десяти эквивалентам восстановителя 1/2 Н2О2 и образуется десять эквивалентов 1/2 О2 молекулярного кислорода. Таким образом, в реакцию вступают и образуются равные количества эквивалентов реагентов и продуктов:
Для проведения практических расчетов введем следующие соотношения и определения:
1) Количество вещества n (1/z A) ³ n (A) и n (1/z A) = z×n (A)
2) Молярная масса эквивалента М (1/z A) – это масса одного моля условных частиц 1/z A.
М (1/z A) £ М(А) и z × М (1/z A) = M(A)
Молярную массу эквивалента сложного вещества LxNу можно вычислить по молярным массам эквивалентов фрагментов L и N, числа эквивалентности которых равны их валентностям в соединении:
Например, для оксида железа (III):
М(1/z Fe2O3) = М(1/3 Fe) + М(1/2 O) = 18,62 + 8 = 26,62 г/моль.
Взаимосвязь массы вещества А и его количества дается уравнением
m(A) = n (A) × M(A) = n (1/z A) × M (1/z A).
Последнее соотношение позволяет установить весовые пропорции, в которых взаимодействуют реагенты. Закон эквивалентов для реакции А + В ® продукты
можно переписать в виде:
–
отношение масс вступивших в реакцию веществ равно отношению молярных масс их эквивалентов.
3) Молярный объем эквивалента газообразного вещества Vm(1/zA) :
Таким образом, V(A) = n (1/z A) × Vm (1/z A)
а закон эквивалентов позволяет установить соотношение объемов вступивших в реакцию газов: .
Пример 1. При взаимодействии 1,0582 г некоторого металла с кислородом образуется 2,0000 г оксида. Определите металл.
По схеме окислительно-восстановительной реакции определим эквиваленты металла и кислорода:
М 0 + О2 0 ®
По закону сохранения массы находим массу вступившего в реакцию кислорода:
а из закона эквивалентов n (1/z M) = n (1/4 О2) получаем
М(1/z M)=
Природу металла определим по его молярной массе
где z – валентность металла в оксиде:
а) пусть z =1, тогда М(М) = 9 г/моль, что соответствует молярной массе бериллия, но этот металл двухвалентный – не подходит.
б) пусть z = 2, тогда М(М) = 18 г/моль – такого металла нет.
в) пусть z = 3, тогда М(М) = 27 г/моль – что соответствует алюминию.
Пример 2. При взаимодействии 3,312 г металла с разбавленным раствором серной кислоты выделилось 0,66 л водорода (н.у.). Определите металл.
По схеме окислительно-восстановительной реакции определим эквиваленты металла и водорода:
Из закона эквивалентов n (1/z M) = n (1/2 Н2) или
находим
М(1/zM) =
Из соотношения М(М) = z × M(1/zM) = 56,2 × z легко установить, что при z = 2 молярная масса металла равна М(М) = 112,4 г/моль – это кадмий.
Пример 3. На нейтрализацию 9,797 г фосфорной кислоты израсходовано 7,998 г гидроксида натрия. Определите формулу образовавшейся соли.
Схема реакции нейтрализации имеет вид
Из закона эквивалентов n (1/z H3PO4) = n (1/1 NaOH )
=
Число эквивалентности фосфорной кислоты в данной реакции равно
z = , что соответствует участию в реакции нейтрализации двух ионов Н + и образованию гидрофосфата натрия Na2HPO4.
Пример 4. Какая масса перманганата калия необходима для окисления 8,5 г нитрита калия в кислой среде.
Определим эквиваленты окислителя (КМnO4) и восстановителя (KNO2) по схеме окислительно-восстановительной реакции:
По закону эквивалентов n (1/5 КMnO4) = n (1/2 KNО2) находим
Пример 5. На восстановление оксида металла массой 7,728 г израсходовано 2,24 л водорода (н.у.). Определите металл.
Схема реакции восстановления
По закону эквивалентов n(1/z МхОу) = n(1/2H2) находим
М(1/z МхОу) = =
Молярную массу эквивалента металла в оксиде вычислим из соотношения
М(1/z М) = М(1/z MxOу) – М(1/2 O) = 38,64 – 8 = 30,64 г/моль.
Молярная масса металла равна М(М) = z × M(1 /z M) = 30,64 × z, где z – его валентность в оксиде.
Методом подбора легко установить:
при z = 6 величина М(М) =183,84 г/моль, что соответствует вольфраму, а водородом был восстановлен оксид WO3.