ХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ

Химические эквиваленты

ХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ



Химические эквиваленты




Закона постоянства количественных отношений при химических реакциях следует, что данному количеству одного из участвующих в реакции веществ соответствует строго определенное количество другого из них. Такие количества называются эквивалентными (равноценными) количествами. Взятые применительно к определенному стандарту эквивалентные количества элементов и веществ носят название химических эквивалентов. Из существа понятия о химическом эквиваленте вытекает закон эквивалентов, который гласит, что в химических реакциях массы элементов и веществ относятся друг к другу как их эквиваленты.

  • Этот закон в математической форме выражается так: где Эх — эквивалент одного из веществ, Э% — эквивалент второго из них. Эквиваленты являются безразмерными величинами. Главное их значение заключается в том, что они служат для выражения стехиометрических отношений участвующих в реакции веществ. Размерными величинами являются грамм-эквиваленты. Это количества, которые, будучи выраженными в граммах, численно равны эквивалентам. Размерность грамм-эквива-лента — г/г-зкв.
  • Величина химического эквивалента зависит от типа и характера реакции, решение задач по высшей математике в которой элемент или вещество участвует. Выше было указано, что химические эквиваленты берутся по определенному стандарту. Так, например, при реакциях соединения элементов друг с другом или замещения друг друга в качестве стандарта берется 1 единица массы водорода или 8 единиц массы кислорода.

Таким образом, эквивалент водорода равняется 1, а кислорода 8. (Сравнивая эквиваленты водорода и кислорода с их атомными массами, мы видим, что каждый из них равен атомной массе, деленной на валентность. Это распространяется на эквиваленты всех элементов. Эквивалент элемента при реакциях соединения или замещения равен атомной массе элемента, деленной на валентность, проявляемую элементом при реакции. Например, атомная масса кальция равна 40, а валентность его 2.

Отсюда следует, что эквивалент кальция 20. Атомная масса серы 32. При проявлении серой валентности 2 эквивалент ее будет 16. Так как элементы могут проявлять переменную валентность, то такие элементы имеют по два или несколько эквивалентов. Эквиваленты сложных веществ в разных реакциях могут быть разными. Остановимся здесь на эквивалентах кислот, оснований и солей при реакциях обмена. 1.


Примеры решения в задачах




Методические указания и учебники решения и формулы
задачи и методички
теория


Эквивалент кислоты численно равен частному от деле ния молекулярной массы на число атомов водорода, участвующих в реакции от каждой молекулы. Примеры. Азотная кислота HNO, — одноосновная кислота. В состав молекулы входит только один атом водорода. Поэтому эквивалент азотной кислоты всегда равен молекулярной массе —63. Серная кислота HiS04 — двухосновная кислота. В состав молекулы входят 2 атома водорода. В химических реакциях могут участвовать от молекулы один или два атома водорода. В первом случае эквивалент серной кислоты будет равен молекулярной массе — 98; во втором случае половине молекулярной массы —49. 2. Эквивалент основания Чсленно равен частному от деления молекулярной массы на валентность металла, входящего в состав основания. Примеры» Эквивалент гидроокиси натрия NaOH равен молекулярной массе — 40. Эквивалент гидроокиси кальция Са(ОН)$ равен половине молекулярной массы —37.

Эквивалент соли численно равен частному от деления молекулярной массы на произведение валентности металла, входящего в состав соли, и числа атомов его, участвующих в реакции от каждой молекулы. Примеры. Эквивалент хлорида натрия NaG численно равен молекулярной массе — 58,6. Эквивалент хлорида кальция СаС1я численно равен половине молекулярной массы — 55,5. Эквивалент сульфата алюминия Al^SOJ, определяем следующим образом. Валентность алюминия 3, а в состав молекулы соли входят 2 атома. Поэтому эквивалент соли Als(SO^a равен Ve молекулярной массы: Mausoj, и 342; ^Ai.fsoj. *=» в 57 Эквивалент соли KAlfSO*), при взаимодействии с гидроокисью калия КОН определяем из уравнения реакции: . В этой реакции от молекулы KAlfSO^ участвует только один атом алюминия, валентность которого 3.

  • Поэтому эквивалент соли KAl(SOj, при этой реакции равен V» молекулярной массы: ХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ Эквивалент соли KAl(SO«), при уравнении реакции: Из уравнения реакции видно, что оба металла (калий и алюминий) из соли' KA1(S0J, обмениваются на металл барий из хлорида бария. Так как валентность кали$П)авна 1, а валентность алюминия 3, то эквивалент соли KA](S04)a равен V« молекулярной массы: Вычисление химических эквивалентов оо экспериментальным данным.
  • Находя по экспериментальным данным стехиометричес-кое отношение количеств элементов или веществ и зная эквивалент одного из них, можно на основании закона эквивалентов вычислить эквивалент второго. Пример 1. При окислении 2,81 г кадмия получено 3,21 г окиси кадмия. Определить эквивалент кадмия. Решение. Вычисляем, сколько кислорода ушло на окисление 2,81 е кадмия: Находим стехиометрическое отношение масс кадмия и. кислорода: Согласно закону эквивалентов стехиометрическое отношение масс равно отношению эквивалентов. Поэтому Отсюда Пример 2. Вычислить эквивалент железа исходя из того, чта при соединении железа с серой на 0,85 е железа расходуется 0,50 г серы, эквивалент которой равен 16.

Решение. Стехиометрическое отношение масс железа и серы: Приравниваем это отношение к отношению эквивалентов: Находим эквивалент железа: Пример 3. При реакции между магнием и кислотой израсходовано 0,183 г магния и получено 168 мл водорода при нормальных условиях. Вычислить эквивалент магния. Решение. В этом случае мы имеем отношение между массой одного элемента и объемом другого. Можно объем водорода перечислить на массу его и вычисления вести обычным методом. Но можно вычисления вести иначе — через отношение грамм-эквивалентов. Так как количество водорода дано в объемных единицах, то вместо грамм-эквивалента водорода следует взять его грамм-эквивалентный объем, который вычисляется следующим образом. Грамм-моле-кула водорода равна 2 г/моль, а грамм-эквивалент водорода I г/зкв. Значит, по массе грамм-эквивалент водорода в 2 раза меньше грамм-молекулы его. Грамм-молекулярный объем водорода при нормальных условиях равен 22 400 мл/моль. Следовательно, грамм-эквивалентный объем водорода равен II 200 мл/г-же.

В связи с этим решение оформляется следующим образом: Пример 4. На нейтрализацию 0,336 г кислоты расходуется 0,292 г едкого натра NaOH. Вычислить эквивалент кислоты. Решение. Выражаем стехиометрнческое отношение масс кислоты и едкого натра через эквиваленты (ЭЫа0н «= 40): ^КИСЛОТЫ ^КИСЛОТЫ . 0.536 ЭКНСЛ0ТЫ mN«OH 5NaOH * "0Ж 40 Находим эквивалент кислоты: Пример б. На реакцию азотной кислоты с медью израсходовано 1,05 г азотной кислоты и 1,59 г меди. Найти эквивалент азотной кислоты. Известно, что медь в этой реакции проявляет валентность 2. Метод, изложенный выше4для расчета эквивалентов кислот, относится к реакции обмена, а данная реакция окислительно-восстановительная. Поэтому использовать этот метод для расчета эквивалента азотной кислоты мы не можем. Вычисление производим на основания закона эквивалентов. Решение. Определяем эквивалент меди по атомной массе ее и проявляемой ею валентности: Стехиометрическое отношение масс азотной кислоты и меди приравниваем к отношению эквивалентов:

Отсюда Химические эквиваленты имеют разнообразное значение при практических вычислениях. а) Вычисление количества одного из участвующих в реакции веществ по количеству другого, минуя уравнение реакции. Это возможно потому, что отношение эквивалентов выражает сгехиометрическое отношение масс, по которому производится расчет. Пример. Сколько хлорида бария ВаС1в требуется на реакцию с 3,55 г сульфата натрия Na,S04? Решение. Найти эквиваленты: Выводим сгехиометрическое отношение масс хлорида бария и сульфата натрия по закону эквивалентов: Вычисляем массу хлорида бария ВаС1а по массе сульфата натрия NagSO* и стехиометрическому отношению: ХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ б) Вычисление количества эквивалентов всех участвующих в реакции веществ по массе одного из них и значению его эквивалента. Расчет производится исходя из закона эквивалентов. Переставляя в пропорции, выражающей закон эквивалентов, месяц средних и крайних членов, получаем: Но -у- означает количество эквивалентов. Значит, прп химических реакциях количество эквивалентов всех участвукхцих в ней веществ одинаково.

Это имеет большое значение для вычисления количества одного вещества по количеству другого. Пример. К раствору хлорида алюминия прибавили раствор нитрата серебра AgNOa в избытке. Выпал осадок AgCl, масса которого 2,870 г. Сколько хлорида алюминия содержалось в растворе? Решение. Вычисляем, сколько грамм-эквивалентов содержалось в выпавшем осадке Такое же количество грамм-эквивалентов хлорида алюминия содержалось в растворе. Найти массу Л1С18: в) Вычисление валентности элемента по его эквиваленту и атомной массе.

Из соотношения между атомной массой, валентностью и эквивалентом элемента может быть определена любая величина, что в общем виде может быть выражено так: Пример. Вычислить валентность хрома в окисле, имеющем состав: Решение. Находим эквивалент хрома: Отсюда Сравнивая найденное числовое значение эквивалента с атомной массой хрома, получаем: Метод нахождения валентности элемента по атомной массе и эквиваленту используется при определении атомной массы элемента по теплоемкости соответствующего ему простого вещества.