Эквивалент. Молярная масса эквивалента вещества. Эквивалентный объем.

Эквивалент (химический) – это реальная или условная частица вещества, которая в данной кислотно-основной или ионно-обменной реакции эквивалентна одному катиону водорода (протону) либо в данной окислительно-восстановительной реакции одному электрону. Количество эквивалента вещества выражается в молях (n_Э).

Масса 1 моль эквивалента вещества, т.е. молярная масса эквивалента вещества (М_Э), равна произведению фактора эквивалентности (f_ЭКВ) на молярную массу вещества (М). М_Э = f_ЭКВ · М [г/моль].

Фактор эквивалентности – число, показывающее, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному катиону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции.

Пример1. Определить молярную массу эквивалента (эквивалентную массу) гидроксида бария Ba(OH)₂ в кислотно-основной реакции

Решение. 1.Ba(OH)₂ + 2HCl = BaCl₂ + 2H₂O; (HCl в избытке).

В данной реакции участвуют два катиона водорода (H⁺). Одному катиону водорода эквивалентна условная частица ½ молекулы Ba(OH)₂, а f_{ЭКВ =} ½._. Молярная масса эквивалента Ba(OH)₂ равна:

М_Э(Ba(OH)₂) = f_ЭКВ · М (Ba(OH)₂).

М (Ba(OH)₂)= 137 + 2·16 + 2·1= 171 г/моль.

М_Э(Ba(OH)₂) = ½ · 171 = 85,5 г/моль.

2. Ba(OH)₂ + HCl = BaОНCl + H₂O; (HCl в недостатке).

В этой реакции участвует один катион водорода, которому будет соответствовать 1 молекула Ba(OH)₂, а f_ЭКВ = 1.

М_Э(Ba(OH)₂) = 1 · 171 = 171 г/моль.

Из рассмотренных примеров следует: эквивалент, фактор эквивалентности и эквивалентная масса одного и того же вещества величина переменная и зависит она от того, в какую реакцию это вещество вступает.

Примечание: Фактор эквивалентности может быть меньше единицы или равен единице.

Широко используется такое понятие, как объем эквивалента газообразного вещества (эквивалентный объем). Это объем, который занимает при нормальных условиях 1моль эквивалентов газообразного вещества. Известно, что один моль любого газа (н.у.) занимает постоянный объем, равный 22,4 л (следствие из закона Авогадро).

Пример 2. Вычислить эквивалентный объем кислорода, условия нормальные (н.у.).

Решение: 1. Вычисляем эквивалентную массу кислорода:

М_Э = А / В

Где А- атомная масса элемента, г/моль (величина табличная);

В – валентность (степень окисления) элемента.

Валентность кислорода в химических соединениях чаще всего равняется двум, степень окисления = –2. Отсюда, М_Э(О) = 16/2 = 8 г/моль.

Из закона Авогадро следует, что 32 г/моль О₂ (1 моль О₂) занимают объем 22,4 л, а 8 г/моль (1 моль эквивалента О₂) будут занимать эквивалентный объем (объем эквивалента): кислорода:

V_Э(О₂) = 22,4 · 8 /32 = 5,6 л/моль.

 

Закон эквивалентов

Массы (объемы) реагирующих друг с другом веществ, прямо пропорциональны их молярным массам эквивалентов (объемам эквивалентов):

m₁/m₂ = М_Э1 / М_Э2 или V₁ / V₂ = V_Э1 / V_Э2.

Эквивалентом сложного вещества является такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом любого другого вещества. Такие расчеты возможны благодаря закону эквивалентов.

Пример 1. При сжигании 2,28 г металла было получено 3,78 г его оксида. Определить молярную массу эквивалента (эквивалентную массу) металла.

Решение. Находим массу кислорода m (O) = m (оксида) - m(Me);

m (O) = 3,78 – 2,28 = 1,50 г

По закону эквивалентов: m(Ме)/m(О) = М_Э(Ме) / М_Э(О),

вычисляем эквивалентную массу металла

М_Э(Ме) = m(Ме)·М_Э(О) / m(О),

М_Э(Ме) = 2,28 · 8 /1,5 = 12,16 г/моль.

Пример 2. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,60 г его гидроксида. Вычислите эквивалентную массу металла (молярную массу эквивалента)

Решение. При решении задачи следует иметь в виду: а) эквивалентная масса гидроксида металла равна сумме эквивалентных масс металла и гидроксильных групп; б) эквивалентная масса соли равна сумме эквивалентных масс металла и кислотного остатка. По закону эквивалентов:

М_Э(МеОН) / М_Э (МеNO₃) = m (МеОН) /m(МеNO₃) или

М_Э(Ме) + М_Э(ОН⁻) / М_Э (Ме) + М_Э(NO₃⁻) = m (МеОН) /m(МеNO₃)

подставляем числовые значения

М_Э(Ме) +17 / М_Э(Ме) + 62 = 1,60 / 3,85

М_Э(Ме) = 15 г/моль.

Пример 3. Приготовить 500 мл 0,1 н раствора серной кислоты из 2 н раствора H₂SO₄.

Решение. Известно, что вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам: n_Э1 = n_Э2., а n_Э = V· С_N.

Отсюда, V₁· С_N1 =. V₂· С_N2. Исходя из чего, растворы с молярной концентрацией эквивалента вещества (нормальность) реагируют друг с другом в объемах, обратно пропорциональным их молярным концентрациям эквивалентов (нормальностям):

V₁ /V₂ = С_N2 / С_N1 или V₁ · С_N1 = V₂ · С_N2.

где, V_1, V ₂ - объемы растворов реагирующих веществ,

С_N1, С_{N 2} - молярные концентрации эквивалентов (нормальности) этих растворов.

Находим объем (V₂) 2 н раствора серной кислоты, применив выражение

V₁ · С_N1 = V₂ · С_N2.;

V₂ = V₁ · С_N1 / С_N2., подставляем числовые значения

V₂ = 500 · 0,1 / 2 = 25 мл.

Объем воды, необходимый для приготовления раствора вычисляем по разности

V(H₂O) = V₁ – V₂

V(H₂O) = 500 – 25 = 475 мл

 

Лабораторная работа №1