Опорный конспект №2. Тема: «Моль. Эквивалент»

Понятие «эквивалент» относится, пожалуй, к наиболее сложным для осмысления понятиям общей химии. Оно значительно эволюционировало по мере развития химической науки. Если первоначально эквивалент определялся для конкретного элемента в соединении как молекулярная масса, деленная на валентность, то позже это понятие стало охватывать поведение простых и сложных веществ в реакциях разного типа, в том числе и окислительно - восстановительных. Современная трактовка понятия связана, прежде всего, с переходом к молярным величинам, относящимся к количеству вещества в 1 моль, а также применению его к ионным соединениям.

Ключевыми понятиями всех стехиометрических расчетов являются понятия «моль» и «эквивалент».

//☺ Стехиометрия – область химии, изучающая количественный состав вещества, а также количественные изменения, происходящие с ним в ходе химических реакций //

Моль – это количество вещества в системе, которая содержит столько же элементарных химических частиц, сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг изотопа углерода-12.

Элементарные химические частицы должны быть указаны конкретно и могут представлять собой: атомы, молекулы, ионы, радикалы, формульные единицы вещества и пр. Количество вещества пропорционально числу конкретно указанных элементарных химических частиц. Коэффициент пропорциональности – постоянная величина (постоянная Авогадро):

N_{А =}6,022×10²³ моль^-1.

Соотношения между числом частиц , массой , объемом при нормальных условиях и количеством вещества даны на схеме и вытекают из решения пропорции:

n - N - m - V

 

Рис.1. Схема, иллюстрирующая взаимосвязи между основными параметрами: количеством вещества, массой, объемом и числом частиц.

 

Пользуясь представленной схемой, как картой, легко найти путь от одного параметра, описывающего вещество, к другому.

 

Задачи для самостоятельного решения

//☺ Количество вещества – моль - пропорционально числу конкретно указанных элементарных химических частиц. Коэффициент пропорциональности - постоянная Авогадро. Можно сказать проще: «моль» - просто средство подсчитывать атомы и молекулы порциями по 6,02×10²³ частиц.//

1. Вычислите постоянную Авогадро, зная, что число Фарадея равно 96487 Кл, а заряд электрона 1,6022 ×10^-19 Кл.

2. Из радия массой 1 г за 1 сек выделяется 5,03 ×10^-9 см³ Не (н. у.). По сцинтилляциям на экране, покрытом сульфидом цинка, определено, что в этом объеме содержится 13,6× 10¹⁰ α – частиц. Рассчитайте по этим данным постоянную Авогадро.

//☺ Термин «молярная величина» означает величину, отнесенную к 1 моль вещества: молярная масса, молярный объем, молярная теплоемкость и т. д.//

3. Как перейти от энергии одной частицы к энергии 1 моль частиц? Запишите значение энергии 3,37×10^-19Дж в кДж/моль.

4. Заряд 1 моль электронов принимают равным 1F (Фарадей). Рассчитайте значение 1F, если заряд электрона равен 1,6022 ×10^-19 Кл.

5. Масса 1 молекулы белого фосфора 2,06×10^-22 г. Установите истинную формулу молекулы фосфора.

6. Наиболее точное взвешивание можно производить с точностью до

10^-10 г. Сколько атомов золота содержится в образце такой массы?

 

В 1792 – 1806 г.г. И. В. Рихтер опытным (эмпирическим) путем установил следующую закономерность: «Вещества вступают в химические реакции в строго определенных весовых количествах». Так, например, на 1 весовую часть водорода приходится 8 весовых частей кислорода, 3 весовые части углерода и т. д. Масса химического элемента, которая способна соединяться с одной весовой частью водорода или восемью весовыми частями кислорода была позже (В. Волластон) названа эквивалентом.

//☺ Эквивалент – равноценность, равнозначность//

Это был серьезный шаг на пути к установлению химических формул веществ, осмыслению понятия «соединительная сила» или «валентность» химического элемента в соединении. На протяжении многих десятилетий в учебно-методической литературе использовалось следующее определение понятия «эквивалент»: «Эквивалент (Э) – это такое весовое количество вещества, которое в определенной химической реакции может замещать или присоединять 1 весовую часть водорода или 8 весовых частей кислорода».

С развитием химической науки, переходу к молярным величинам возникла необходимость расширить и унифицировать понятие «эквивалент». Итак:

* Эквивалент – это реальная или условная химическая частица, которая в реакциях разных типов равноценна атому или иону гидрогена (Н, Н⁺, Н^-).

* Z – эквивалентное число.

Для веществ молекулярного строения эквивалентное число показывает, сколько атомов водорода могут гипотетически заменить данную молекулу или химический элемент в составе молекулы.

- Эквивалентное число химического элемента в соединении равно числу единиц валентности, связывающих его с другими атомами.

- Эквивалентное число молекулы равно числу связывающих электронов.

 

Таблица 1. Понятие «эквивалент» в простых веществах

 

Молекула простого вещества	F 2	O 2	N 2	P 4
Структурная формула	F – F	O = O	N º N
Валентность
Эквивалентное число химического элемента	1	2
Эквивалентное число молекулы	2	4
Фактор эквивалентности, f
Молярная масса эквивалента, М f

Для веществ ионного строения эквивалентное число равно суммарному заряду катионов или анионов в формульной единице вещества:

Na⁺Cl^- Z = 1, Ca²⁺Cl^-₂ Z = 2, Al³⁺(NO₃)^-₃ Z = 3, Mg²⁺₃(PO₄)^3-₂ Z = 6.

 

* f - фактор эквивалентности – величина, обратная эквивалентному числу: f = 1/ Z. Это число, показывающее, какая часть реальной химической частицы равноценна одному атому или иону водорода.

 

* n_f – количество вещества эквивалента – такое количество элементарных химических частиц, которое равноценно:

- 1 моль ионов водорода в реакциях замещения, кислотно – основного взаимодействия или ионного обмена,

- 1 моль единиц валентности,

- 1 моль электронов в окислительно – восстановительных реакциях.

n_f = f × n

* M_f - молярная масса эквивалента вещества (понятие «эквивалент» в первоначальном определении) – масса 1 моль эквивалентов вещества:

M_f = f × М

 

Способы расчета молярной массы эквивалента (M_f) в ионных соединениях

Молярная масса эквивалента ионного соединения может быть определена двумя способами:

1. Как произведение молярной массы формульной единицы вещества на фактор эквивалентности: M_f = f × М

2. Как сумма молярных масс эквивалентов катиона и аниона:

 

Второй способ удобнее и проще осуществлять табличным способом:

 

	Kat^n+m	An^m-n
f	1/n	1/m
Mf	M(Kat)/n +	M(An)/m

 

 

Упражнения для самостоятельного решения

7. Рассчитайте двумя способами молярную массу эквивалента для , , , .

8. Рассчитайте молярные массы эквивалента перечисленных соединений, исходя из их молярных масс: , , , , .

9. Чему равен фактор эквивалентности воды при ее взаимодействии: а) с оксидом натрия, б) с металлическим натрием?

10. Одинаков ли эквивалент металла в двух соединениях:

и ; и ?

 

*Закон эквивалентов:

«Эквивалентные количества всех веществ, участвующих в реакции одинаковы»:

Для реакции А + В = С

n_f(A) = n_f(B) = n_f(C) или

m(A): m(B): m(C) = M_f (A): M_f (B): M_f (C)

Этот закон лег в основу практических методов определения эквивалентов, атомных и молярных масс.

1. Метод прямого определения молярной массы эквивалента вещества

Пример 1. При сжигании 2,28 г металла получено 3,78 г его оксида. Найти молярную массу эквивалента вещества M_f.

Решение:

Находим массу кислорода, пошедшего на окисление металла:

 

Далее из пропорции, согласно закону эквивалентов, находим эквивалент металла:

 

, где г/моль.

 

г/моль.