Закон постоянства состава вещества:

всякое химически чистое вещество молекулярного строения имеет постоянный качественный и количественный состав независимо от способа и места его получения.

Для веществ немолекулярного строения возможны небольшие отклонения от этого закона.

Закон сохранения массы:

суммарная масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна суммарной массе веществ, образовавшихся в этой реакции.

Количества веществ, вступающих в химическую реакцию, и количества веществ, образующихся в результате этой реакции, соотносятся как коэффициенты в уравнении реакции.

Для записи реакции, протекающей между химическими веществами, используют химические уравнения, или уравнения химической реакции, под которыми понимают условную запись химической реакции с помощью химических формул, числовых коэффициентов и математических символов (рис. 1.1).

Уравнение химической реакции дает качественную и количественную информацию о химической реакции, реагентах и продуктах реакции; его составление основывается на законах стехиометрии, в первую очередь, законе сохранения массы веществ и количеств веществ элементов в химических реакциях. Кроме уравнений используются полные и краткие схемы химических реакций — условные записи, дающие представление о природе реагентов и продуктов, т.е. качественную информацию о химической реакции.

Рис. 1.1. Схема реакции, протекающей между химическими веществами

О₂ + 2Н₂ = 2Н₂О

 

Эквивалент — это реальная или условная частица, которая соответствует переносу одного иона в кислотно-основной реакции или одного электрона в окислительно-восстановительной реакции, или единичному заряду иона, участвующего в химической реакции, не сопровождающейся изменением степеней окисления элементов.

Фактор эквивалентности (f_экв) — число, показывающее, какая доля реальной частицы или формульной единицы соответствует одному эквиваленту.

Закон эквивалентов:

количества веществ эквивалентов всех веществ, вступивших в химическую реакцию и образовавшихся в результате реакции, численно равны между собой.

Следует учитывать, что эквивалент одного и того же вещества может меняться в зависимости от реакции, в которую оно вступает. Эквивалентом может являться как сама молекула или какая-либо другая формульная единица вещества, так и ее часть.

Например, в реакции

Н₃РO₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O

три атома водорода замещаются на атомы натрия; иначе говоря, в реакцию вступают три иона Н⁺. В этом случае эквивалентом Н₃РО₄ в этой реакции будет являться условная частица 1/3 Н₃РО₄, так как если одна молекула Н₃РО₄ предоставляет три иона Н⁺, то один ион Н⁺ соответствует 1/3 молекулы Н₃РО₄. С другой стороны, в реакцию с одной молекулой ортофосфорной кислоты вступает три моль щелочи, которые отдают три иона ОН^- следовательно, один ион ОН^- потребуется на взаимодействие с 1/3 молекулы кислоты. Эквивалент щелочи — одна формульная единица NaOH.

Между Н₃РО₄ и NaOH также могут происходить реакции с другим соотношением реагирующих веществ. При этом кислота будет иметь другие значения фактора эквивалентности:

Н₃РО₄ + 2NaOH → Na₂HPО₄ + 2Н₂О                   f_экв(Н₃РО₄) = 1/2

Эквивалент фосфорной кислоты — 1/2 молекулы Н₃РО₄.

Н₃РО₄ + NaOH → NaH₂PО₄ + Н₂О                    f_экв(Н₃РО₄) = 1

Эквивалент фосфорной кислоты — молекула Н₃РО₄.

Пример 1.1. Определите фактор эквивалентности перманганата калия, используемого в перманганатометрии для количественного определения восстановителей в кислой среде.

Решение. Перманганат ион восстанавливается в кислой среде по следующему уравнению: МпО₄^- + 8Н⁺ + 5е” → Mn²⁺ + 4Н₂О. С учетом переноса пяти электронов в этой полуреакции f_экв(МnO₄^-) = 1/5.

Пример 1.2. Определите фактор эквивалентности сульфата алюминия и фосфата натрия в реакции

Al₂(SO₄)₃ + 2Na₃PO₄ → 2АlРO₄ + 3Na₂SO₄

Al³⁺ + РО₄^3- → АlРO₄

Решение. Так как в составе формульной единицы Al₂(SO₄)₃ содержатся два иона Al³⁺, f_экв[Al₂(SO₄)₃] = 1/(2•3), или l/6; f_экв(Na₃PO₄) = 1/(1•3) = 1/3, так как в составе формульной единицы Na₃PO₄ содержится один ион РO₄^3-.

Молярная масса эквивалента (М _экв) — это масса одного моль эквивалента. Она равна произведению молярной массы вещества на фактор эквивалентности:

М _экв = f_экв• М

Количество вещества эквивалента (ν_экв) — это количество вещества, условной структурной единицей которого является эквивалент:

ν_экв = f_экв ν

Закон Авогадро (закон точен только для идеальных газов, в которых не учитываются межмолекулярные взаимодействия):

равные объемы различных газов при одинаковых условиях содержат одинаковое число молекул.

Следствия из закона Авогадро

· Один моль любого газа занимает одинаковый объем при одинаковых условиях. Этот объем называется молярным объемом (V_m). При нормальных условиях (0°С = 273К; 1атм = 101,325кПа) он равен 22,4 л/моль.

· Молярная масса любого газа может быть рассчитана по формуле М = ρ ∙22,4, где ρ — плотность газа при нормальных условиях (г/л или г/см³ в системе СИ).

· Отношение плотностей двух газов равно отношению их молярных масс. Это отношение называется относительной плотностью (D) первого газа по второму.

D = ρ ₁/ ρ ₂ = М₁ / М₂.

· Объемы газов, вступающих в химическую реакцию и образующихся в результате этой реакции, измеренные при одинаковых давлении и температуре, соотносятся как коэффициенты в уравнении реакции.

Тема № 2.