Вещества реагируют и образуются в эквивалентных количествах.

Эквивалентное соотношение означает одинаковое число моль эквивалентов. Т.о. закон эквивалентов можно сформулировать иначе:число моль эквивалентов для всех веществ, участвующих в реакции, одинаково.

Эквивалент элемента – это такое его количество, которое соединяется с 1 молем водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях.

Фактор эквивалентности-ƒэкв.(х) или 1/Z число, показывающее, какая реальная частица вещества Х эквивалентна одному иону водорода в данной обменной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции.

ƒэкв рассчитывают на основании стехиометрических коэффициентов реакции.

Для разных классов химических соединений существуют соответствующие формулы расчета фактора эквивалентности.

Например, для элемента он рассчитывается так: 1/В, где В – валентность элемента в том или ином соединении. Вот, например, основной оксид хрома – Cr2O3. В этом соединении хром имеет валентность, равную 3. Следовательно, его ƒэкв (фактор эквивалентности) равен 1/3. А в бихромате калия, имеющий формулу K2Cr2O7, уже валентность хрома равна 6, следовательно, его ƒэкв будет составлять 1/6.

Если речь идет о простом веществе, то есть таком, молекулы которого состоят из атомов только одного элемента, то его фактор эквивалентности вычисляется по формуле 1/В*N, где В – валентность элемента, а N – количество его атомов в молекуле. Легко можно увидеть, что, например, кислород и озон, хоть в их состав входит только один элемент, будут иметь разные ƒэкв. У кислорода, имеющего формулу молекулы О2, он будет равен 1/4, а у озона с формулой О3, соответственно, 1/6.

Для оксидов:ƒэкв равен единице, деленной на произведение числа атомов кислорода на степень окисления кислорода

ƒэкв ( H2O) = 1/Z ( H2O) = 1/2

ƒэкв (SO2) = 1/Z (SO2) = 1/4

ƒэкв(Mn2O7) = ——

7∙ 2

Для кислот:ƒэквравен единице, деленной на основность кислоты, которая определяется числом ионов водорода

1/Z = ƒэкв(HCl) = 1

1/Z = ƒэкв(H2 SO4) = 1/2

1/Z = ƒэкв(H3 PO4) = 1/3

Однако, в уравнениях реакций ƒэкв будет зависеть также и от условий реакции, т.е. в каких соотношениях были взяты исходные вещества и какие продукты образуются например:

в уравнении реакции гидроксида натрия с ортофосфорной кислотой:
NaOH + H3PO4 = NaH2PO4 + H2O

2NaOH + H3PO4 = Na2HPO4 + 2H2O

3NaOH + H3PO4 = Na3PO4 + 3H2O

В первом случае на каждую молекулу щелочи, вступающую в реакцию, приходится одна молекула кислоты и фактор эквивалентности кислоты также равен 1.



Во втором случае одна молекула кислоты вступает во взаимодействие с двумя молекулами щелочи. То есть на одну молекулу едкого натра приходится 1/2 молекулы кислоты. Таким образом фактор эквивалентности кислоты теперь равен 1/2.

Соответственно, в третьем случае, фактор эквивалентности кислоты равен 1/3, поскольку на одну молекулу щелочи приходится три молекулы кислоты.

Для оснований:ƒэквравен единице, деленной на кислотность, равную числу гидроксогрупп, вступающих в реакцию

ƒэкв( NaOH) =1/Z ( NaOH) = 1

ƒэкв(Ca(OH)2) = 1/Z (Ca(OH)2) = ½

Для солей: ƒэкв соли равен единице, деленной на произведение числа атомов металла в молекуле соли на степень окисления металла.

ƒэкв (Na2SO4) = 1/Z (Na2SO4) =1/2*1

ƒэквAl2(SO4)3 = 1/2 * 3

Количество моль - эквивалентов измеряется в молях, как любое количество вещества. Масса 1 моль эквивалента, молярная масса эквивалента, равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества:

M(ƒэкв(х) х) = ƒэкв(х) ∙ М(х)

Так, молярная масса эквивалента иона алюминия

М(1/3Аl+3) =1/3 ∙ 27 = 9 г/моль

Количество моль - эквивалентов можно определить по формуле:

m

nэкв= ——

Mэкв

Молярная масса эквивалента и эквивалент элемента не являются постоянной величиной в соединении, а зависят от валентности или степени окисления элемента.

Например:

Мэкв(С) в = 12 ∙ 1/2 = 6 г/моль

Мэкв(С) в = 12 ∙ 1/4 = 3 г/моль

Постоянными являются эквиваленты Мэ(Н) = 1,008 г/моль, Мэ(О) = 8 г/моль, Мэ (Аl) = 9 г/моль , Мэ( Са) = 20 г/моль.

Если не учитывать конкретную химическую реакцию, то фактор эквивалентности и молярная масса эквивалентов сложных веществ рассчитываются по формулам:

;

Мэ = ,

где М – молярная масса вещества

В - валентность функциональной группы

N - число функциональных групп

Для кислот функциональной группой является ион водорода, для оснований – ион гидроксила, для солей – ион металла и т.д. (H+, OH-, Kat+n, An-n)



Для определения эквивалентной массы сложного вещества в реакции следует разделить его полную массу (М) на сумму замещенных радикалов (H+, OH-, Kat+n, Ann-)

Молярная масса эквивалента оксида равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу оксида

М окс

Мэоксида =ƒэкв∙Мокс = ———

No ∙ noО.

где: Nо - число атомов кислорода

nоО – степень окисления кислорода в оксиде, которая равна всегда - 2.

Например:

Мэ (Mn2O7) = —— = 15,9 г/моль

7 ∙ 2

Молярная масса эквивалента кислоты равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу кислоты

Мк

Мэкислоты =ƒэкв∙Мк= —

Nн+

где: Мк - молекулярная (формульная) масса кислоты

Nн+ - число атомов водорода, способных замещаться на металл.

Пример: Мэ (H2SO4) = 1/2 ∙ 98 = 49 г/моль

Молярная масса эквивалента основания равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу основания

Мосн

Мэ основания =ƒэкв∙Мосн = ——

Nон-

ПримерМэ[Cr(OH)3 ] = 1/3 ∙ 103 = 34,3 г/моль

Молярная масса эквивалента соли равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу соли

Мэ соли =ƒэкв соли ∙ Мс =

Nме – число атомов металла

- степень окисления металла

МэAl2(SO4)3= ——— = 57 г/моль

2* 3

В ОВР для определения ƒэкв необходимо единицу разделить на число отданных или присоединенных электронов. Например, в реакции:Na2SO3+KMnO4+H2SO4→Na2SO4+MnSO4+K2SO4+H2O

ƒэкв(KMnO4)=1/5, так как:MnO4- + 8H+ + 5ē = Mn2+ + 4H2O

В 1792 г. немецким физиком Рихтером был сформулирован закон эквивалентов: массы реагирующих друг с другом веществ (m1,m2) пропорциональны молярным массам их эквивалентов (МЭ1,МЭ2)

m1 Mэ1

—— = ———

m2 МЭ2

Из математической записи закона эквивалентов следует, что количество моль - эквивалентов веществ в реакции равны между собой.

nэкв1 = nэкв2

Для реакций с участием газов используют молярный объем эквивалента – это объем, занимаемый 1 моль-эквивалентом газа.

Так, МЭ(Н) = 1г/моль, если моль газа 2г/моль занимают V=22,4л, то 1 эквивалент – в два раза меньший объем, равный 11,2 л.

VЭКВ (Н2) = 22,4 : 2 = 11,2л.

Аналогично МЭКВ(О)= ¼ М(О2) = 32 : 4 = 8г/моль, отсюда

Vэ(О2) = 22,4 : 4 = 5,6л.

Тогда математическая запись закона через эквивалентный объем:

mв-ва Vгаза mв-ва МЭв-ва

—— = —— —— = ——

MЭв Vэгаза Vгаза VЭг

Пример 1: Молярная масса эквивалента некоторого металла равна 12 г/моль. Какая масса этого металла прореагировала с кислотой, если при этом выделилось 1150 мл водорода (н.у.)?

Решение: По закону эквивалентов число моль эквивалентов прореагировавшего металла и водорода одинаково:

nэкв(1/z Ме) = nэкв(1/z Н2).

Выразим число моль эквивалентов металла через отношение масс, а для водорода – через отношение объемов :

= .

Ответ: 1.23 г.

Пример 2: При нагревании в кислороде 3.60 г некоторого металла его масса увеличилась до 5.04 г. Рассчитайте молярную массу эквивалента металла и его оксида.

Ответ: 20 г/моль; 28 г/моль.

Пример 3: В оксиде некоторого элемента массовая доля кислорода составляет 20 %. Рассчитайте молярную массу эквивалента элемента и его оксида.

Ответ: 32 г/моль; 40 г/моль.


vhozhdenie-v-chudotvornuyu-sredu.html
vhozhdenie-v-sostav-rossii-pravoberezhnoj-ukraini-belorussii-i-litvi.html
    PR.RU™