Эквивалент. Закон эквивалентов

Эквивалент Э – это реальная или условная частица вещества, которая может присоединять, замещать, высвобождать или быть каким-либо другим способом эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основ­ных реакциях или одному электрону в окислительно-восста­но­ви­тель­ных реакциях.

При определении эквивалента вещества необходимо исходить из конкретной реакции.

Пример: из уравнения реакции  следует, что одному иону водорода соответствует одна молекула  и одна ,  молекулы  и  молекулы , поэтому
Э() = , Э() =  – это реальные частицы; Э() =
= ; Э() =  – это условные частицы.

Моль эквивалентов – количество вещества, содержащего 6,022 × 10²³ эквивалентов. Масса одного моля эквивалентов вещества (элемента) называют молярной массой эквивалентов вещества , г/моль.

Пример: ;

        ;

         .

Число, обозначающее какая доля от реальной частицы эквивалентно одному иону водорода в кислотно-основных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях, называют фактором эквивалентности f_э.

Пример: врассмотренных примерах: f_э() = 1; f_э() = ;
f_э() = .

Закон эквивалентов (И.В. Рихтер, 1809 г.).

Химические элементы или вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам:

 

,                   (1.4)

где  и  – массы веществ, г;  и  – молярные массы эквивалентов веществ, г/моль;  и  – эквиваленты веществ, моль.

Если одно из веществ или оба вещества, вступивших или получившихся в результате реакции, находятся в газообразном состоянии, закон эквивалентов принимает вид:         

 

        или ,                 (1.5)

 

где  – масса твердого или жидкого вещества, г;  – молярная масса эквивалента твердого (жидкого) вещества, г/моль; ,  – объем газообразного вещества н.у., л; ,  – молярный объем эквивалента газообразного вещества н.у., л/моль (дм³/моль).

Молярный объем эквивалента вещества  – это объем, занимаемый одним эквивалентом газообразного вещества при нормальных условиях.

Поскольку 1 моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л, то молярный объем эквивалента газообразного водорода будет равняться 11,2 л/моль, а кислорода – 5,6 л/моль.

Молярная масса эквивалентов элемента, г/моль, в соединении не является величиной постоянной. Она зависит от валентности элемента, г/моль, в данном соединении и выражается уравнением

 

,                                  (1.6)

 

где  – молярная масса элемента, г/моль;  – валентность элемента в данном соединении; f_э – фактор эквивалентности.

Молярные массы эквивалентов сложных веществ, г/моль, рассчитываются по следующим формулам:

 

,                              (1.7)

 

где  – молярная масса кислоты;  – число атомов водорода, вступивших в реакцию:

 

,                          (1.8)

 

где  – молярная масса основания;  – число гидроксильных групп в основании, вступивших в реакцию:

 

,                  (1.9)

где  – молярная масса соли;  – число атомов металла, образующего соль;  – валентность металла.

 

,                            (1.10)

 

где М_оксида – молярная масса оксида;  – число атомов элемента, образующего оксид;  – валентность этого элемента.

Примеры решения задач

 

Пример 1. Рассчитайте молярную массу эквивалентов серы в соединениях _.

Решение. Расчет ведем по формуле (1.6):

а) SO₂ – оксид серы, валентность серы в данном соединении равна 4:

М_Э(S) = 32/ 4 = 8 г/моль;

б) H₂SO₄ –серная кислота, валентность серы в данном соединении равна 6:

М_Э(S) =32/ 6 = 5,33 г/моль;

в) H₂S – сероводород, валентность серы в данном соединении равна 2:

М_Э(S) = 32/ 2 = 16 г/моль.

Пример 2. Рассчитайте молярные массы эквивалентов М_э следующих веществ .

Решение. Са(ОН)₂–гидроксид кальция, основание. Расчет ведем по формуле (1.8):

 = 40 + 2 · (16 + 2) = 76 г/моль.

Так как в молекуле  имеются две гидроксидные группы ОН, то в случае замещения в реакции одной из них n = 1:

= 76/1 = 76 г/моль,

а двух, n = 2

 = 76/ 2 = 38 г/моль,

 – серная кислота. Расчет ведем по формуле (1.7):

= 2 + 32 + 16 · 4 = 98 г/моль.

Так как в кислоте два атома водорода, то в случае замещения одного
n= 1, = 98/1 = 98 г/моль, а двух n= 2, = 98/2 = 49 г/моль;  – нитрат магния, соль. Расчет ведем по формуле (1.9): = 24 + 2 · (14 + 16 · 3) = 148 г/моль; n= 1 (количество атомовнов металла); Z= 2 (валентность металла)

 = 148/ 2 = 74 г/моль;

 – оксид алюминия. Расчет ведем по формуле (1.10):

= 27 · 2 + 16 · 3 = 102 г/моль; n= 2 (количество металла); Z= 3 (валентность металла)

= 102 / 6 = 17 г/моль.

Пример 3. При сгорании металла образуется 9,43 г его оксида.
Молярная масса эквивалента оксида металла равно 17 г/моль. Какая масса металла вступала в реакцию?

Решение. Учитывая, что ,  г/моль, можно найти молярную массу эквивалентов металла:  г/моль, по закону эквивалентов (1.5) найдем количество металла, вступившего в реакцию: m_{металла} = 9,43 × 9 / 17 = 4,99 г.

Пример 4. На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24  л водорода, н.у. Вычислите молярную массу эквивалентов оксида и молярную массу эквивалентов металла.

Решение. Молярная масса водорода равная 2 г/моль, при н.у. занимает объем 22,4 л, то объем молярной массы эквивалентов водорода
(1 г/моль) будет равен 22,4: 2 = 11,2 л.

По закону эквивалентов (1.5): ;

= 7,09 · 11,2 / 2,24 = 35,45 г/моль.

Согласно закону эквивалентов  =  –  = 35,45 – 8 =
= 27,45 г/моль.

Пример 5. Сколько металла, эквивалентная масса которого
12,16 г/моль, взаимодействует с 310 мл) кислорода, н.у.?

Решение. Молярная масса кислорода, равная 32 г/моль, при н.у. занимает объем 22,4 дм³ (л), то объем молярной массы эквивалентов кислорода (8 г/моль) будет 22,4: 4 = 5,6 л = 5600 мл.

По закону эквивалентов (1.5) ;  = .

Отсюда  = 310 · 12,16: 5600 = 0,673 г.

Пример 6. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,6 г его гидроксида. Вычислите молярную массу эквивалентов металла.

Решение. Молярная масса эквивалента химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей:

.

Молярная масса эквивалентов иона (катиона, аниона) равна отношению молярной массе иона к величине заряда иона:

,

где  = 15 г/моль.

1.3. Индивидуальные задания

 

1. а. Определите молярную массу эквивалентов магния, если известно, что при сгорании 4,56 г его образуется 7,56 г оксида магния.

б. Рассчитайте молярную массу эквивалентов марганца в соединениях: .

2. а. В хлориде меди (II) содержится 47,26 % меди. Зная, что молярная масса эквивалентов хлора равна 35,46 моль, определите молярную массу эквивалентов меди в этом соединении.

б. Рассчитайте молярную массу эквивалентов элемента хлора в соединениях: .

3.  а. Определите молярную массу эквивалентов серной кислоты, если известно, что 98,08 г ее реагируют с 24,32 г магния, молярная масса эквивалентов которого – 12,16 моль.

б. Рассчитайте молярные массы эквивалентов Мэ следующих веществ: .

4.  а. При разложении нагреванием 0,2318 г оксида металла получено 0,2158 г металла. Определите молярную массу эквивалентов металла.

б. Рассчитайте молярную массу эквивалентов железа в соединениях: .

5.  а. На нейтрализацию 0,5358 г кислоты потребовалось 0,5 г щелочи, молярная масса эквивалентов которой равна 56,11 моль. Какова молярная масса эквивалентов кислоты?

б. Рассчитайте молярные массы эквивалентов Мэ следующих веществ: .

6.  а. При сгорании 5 г металла образуется 9,44 г оксида металла. Определите молярную массу эквиваленов металла.

б. Рассчитайте молярные массы эквивалентов Мэ следующих веществ: .

7.  а. Одно и то же количество металла соединяется с 0,2 г кислорода и с 3,17 г одного из галогенов. Определите молярную массу эквивалентов галогена.

б. Рассчитайте молярную массу эквивалентов металла в соединениях: .

8.  а. Масса 1 л (дм³) кислорода равна 1,4 г. Сколько литров кислорода расходуется при сгорании 21 г магния, молярная масса эквивалентов которого равна 12 г/моль.

б. Рассчитайте молярную массу эквивалентов серы в соединениях: .

9.  а. Определите молярные массы эквивалентов металла и серы, если 3,24 г металла образует 3,48 г оксида и 3,72 г сульфида.

б. Рассчитайте молярную массу эквивалентов фосфора в соединениях: .

10. а. При соединении 5,6 г железа с серой образовалось 8,8 г сульфида железа. Найти молярную массу эквивалентов железа и его эквивалент, если известно, что молярная масса эквивалентов серы равна 16 г/моль.

б. Рассчитайте молярные массы эквивалентов Мэ следующих веществ: .

11.  а. Вычислите атомную массу двухвалентного металла и определите, какой это металл, если 8,34 г металла окисляются 0,68  кислорода (н.у.).

б. Рассчитайте молярные массы эквивалентов Мэ следующих веществ: .

12.  а. Мышьяк образует два оксида, из которых один содержит
65,2 % (масс.) As, а другой 75,7 % (масс.) As. Определите молярные массы эквивалентов мышьяка в обоих случаях.

б. Рассчитайте молярные массы эквивалентов Мэ следующих веществ: .

13.  а. 1 г некоторого металла соединяется с 8,89 г брома и с 1,78 г серы. Найдите эквивалентные массы брома и металла, зная, что молярная масса эквивалентов серы равна 16 г/моль.

б. Рассчитайте молярную массу эквивалентов металла в соединениях: .

14.  а. Определить массу гидросульфата натрия, образующегося при нейтрализации серной кислотой раствора, содержащего 8 г гидроксида натрия.

б. Рассчитайте молярные массы эквивалентов Мэ следующих веществ: .

 

15.  а. Какое количество вещества эквивалента гидроксида кальция полностью прореагирует с серной кислотой массой 49 г?

б. Рассчитайте молярную массу эквивалентов углерода в соединениях: .

16.  а. Для растворения 16,8 г металла потребовалось 14,7 г серной кислоты. Определите молярную массу эквивалентов металла и объем выделившегося водорода (н.у.).

б. Выразите в молях:  молекул ;  атомов азота;  молекул воды. Чему равна молярная масса указанных веществ?

17.  а. На восстановление 1,8 г оксида металла израсходовано
883  водорода (н.у.). Вычислите молярную массу эквивалентов оксида и металла.

б. Определите эквивалент и молярную массу эквивалентнтов азота, серы и хлора в соединениях .

18.  а. Некоторое количество металла, молярная масса эквивалентов которого равна 28 г/моль, вытесняет из кислоты 0,7  водорода, измеренного при нормальных условиях. Определить массу металла.

б. Вычислите эквиваленты и эквивалентные массы  в реакциях, выраженных уравнениями: :

.

19.  а. Некоторое количество металла, молярная масса эквивалентов которого равна 27,9 г/моль, вытесняет из кислоты 700  водорода (н.у.). Определите массу металла.

б. Рассчитайте молярные массы эквивалентов Мэ следующих веществ: .

20.  а. 0,376 г алюминия при взаимодействии с кислотой вытеснили 0,468  водорода (н.у.). Определите молярный объем эквивалента водорода, зная, что молярная масса эквивалентов алюминия равна 8,99 г/моль.

б. Определите эквивалентные массы серы, фосфора и углерода в соединениях: .

21.  а. При взаимодействии 5,95 г некоторого вещества с 2,75 г хлороводорода получилось 4,4 г соль. Вычислите молярные массы эквивалентов вещества и образовавшейся соли.

б. Вычислите эквиваленты и молярные массы эквивалентов  в реакциях, выраженных уравнениями: , .

22.  а. 1,6 г кальция и 2,61 г цинка вытесняют из кислоты одинаковые количества водорода. Вычислить молярную массу эквивалентов цинка, зная, что молярная масса эквивалентов кальция равна 20 г/моль.

б. Рассчитайте молярные массы эквивалентов Мэ следующих веществ:

23.  а. В какой массе гидроксида натрия содержится тоже количество эквивалентов, что и в 140 г гидроксида калия?

б. Напишите уравнения реакций гидроксид железа(III) с соляной кислотой, при которых образуется следующие соединения железа: хлорид дигидроксожелеза; дихлорид гидроксожелеза; трихлорид железа.
Вычислите эквивалент и молярную массу эквивалентов гидроксида железа(III) в каждой из этих реакций.

24.  а. Из 1,35 г оксида металла получается 3,15 г его нитрата.
Вычислите молярную массу эквивалентов этого металла.

б. Вычислите эквивалент и эквивалентную массу фосфорной кислоты в реакциях образования: гидрофосфата; дигидрофосфата; ортофосфата.

25.  а. Из 1,3 г гидроксида металла получается 2,85 г его сульфата. Вычислите молярную массу эквивалентов этого металла.

б. Рассчитайте молярные массы эквивалентов (Мэ) следующих веществ:

26.  а. Вычислите молярную массу эквивалентов металла, если на восстановление 1,017 г его оксида израсходовалось 0,28  водорода (н.у.).

б. Рассчитайте молярную массу эквивалентов меди и серы в соединениях: .

27.  а. В 2,48 г оксида одновалентного металла содержится 1,84 г металла. Вычислите молярную массу эквивалентов металла и его оксида.

б. Рассчитайте молярные массы эквивалентов (Мэ) следующих веществ:

28.  а. Из 3,31 г нитрата металла получается 2,78 г его хлорида.
Вычислите молярную массу эквивалентов этого металла.

б. Рассчитайте молярную массу эквивалентов вольфрама в соединениях: .

29.  а. При окислении 16,74 г двухвалентного металла образовалось 21,54 г оксида. Вычислите молярные массы эквивалентов металла и его оксида.

б. Вычислите молярную массу эквивалентов сернистой кислоты в реакциях образования: сульфита; гидросульфита.

30.  а. При взаимодействии 3,24 г трехвалентного металла с кислотой выделяется 4,03  водорода (н.у.). Вычислите молярную массу эквивалентов металла.

б. Чему равен эквивалентный объем (н.у.) кислорода, водорода и хлора?

СТРОЕНИЕ АТОМА

Теоретические сведения

Химические свойства любого элемента определяются строением его атома. С исторической точки зрения теория строения атома последовательно разрабатывалась Э. Резерфордом, Н. Бором, Л. де Бройлем,
Э. Шредингером и т.д.

Основные свойства и строение ядра

(теория состава атомных ядер)

1. Ядра атомов всех элементов (за исключением водорода) состоят из протонов и нейтронов.

2. Число протонов в ядре определяет значение его положительного заряда Z.Z – порядковый номер химического элемента в периодической системе Д.И. Менделеева.

3. Суммарное число протонов и нейтронов – значение его массы, так как масса атома в основном сосредоточена в ядре (99,97 % массы атома). Ядерные частицы – протоны и нейтроны – объединяются под общим названием нуклоны (лат. nucleus, что означает «ядро»). Общее число нуклонов соответствует массовому числу, т.е. округленной до целого числа его атомной массе А:

A = N + Z

Ядра с одинаковыми Z, но различными А называются изотопами. Ядра, которые при одинаковом А имеют различные Z, называются изобарами. Всего известно около 300 устойчивых изотопов химических элементов и более 2000 естественных и искусственно полученных радиоактивных изотопов.

4. Число нейтронов в ядре N может быть найдено по разности между массовым числом А и порядковым номером Z:

N = A – Z.

5. Размер ядра характеризуется радиусом ядра, имеющим условный смысл ввиду размытости границы ядра.