Моль эквивалентов одного вещества реагирует с одним молем эквивалентов другого вещества.

Ион

,где z – заряд иона

f_Э(SO₄^2–) = 1/2

1.3. Закон эквивалентов

Закон эквивалентов был сформулирован в 1800 г так: ''все вещества реагируют в эквивалентных отношениях''. Современное определение закона эквивалентов гласит:

Моль эквивалентов одного вещества реагирует с одним молем эквивалентов другого вещества.

Распространено определение, позволяющее использовать закон эквивалентов для стехиометрических расчетов без написания и анализа химических уравнений: Массы участвующих в реакции веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов:  

m₁/m₂ = Мэ₁/Мэ₂                                                         (4)

Для газов справедливо также определение, использующее молярные объемы эквивалентов:

Объемы участвующих в реакции газообразных веществ пропорциональны объемам моля их эквивалентов:  

V₁/V₂ = Vэ₁∙Vэ₂                                                          (5)

Поделив массу каждого вещества на молярную массу его эквивалента, получаем:

m₁/Мэ₁=m₂/Мэ₂                                                          (6)

т.е. количества молей эквивалентов, участвующих в реакции веществ, равны между собой.

Пример 4. Какую навеску алюминия растворили в кислоте, если объём выделившегося водорода при Т = 291 К и РН₂ = 734 мм рт. ст. равен 113 мл?

Решение: а) Используя объединенный газовый закон:

                              V₀∙Р₀  V₁∙Р₁

                            ——— = ———                                             (7)

                                 Т₀        Т₁

находим объем, который занимают 113 мл водорода при нормальных условиях: 

                                           V₁∙Р₁∙Т₀        113∙734∙273

                          V₀ = ———— = —————— = 103 мл

                                      Р₀∙Т₁            760∙291

Здесь все величины с индексом 1 (Р₁, V₁, Т₁) - данные эксперимента,

Р₀ - давление при нормальных условиях (760 мм рт. ст.), Т₀ - температура при нормальных условиях (273 К)

б) Алюминий стоит в 3 группе Периодической системы элементов, окисляется всегда до Аl³⁺. Следовательно, эквивалент алюминия составляет одну треть его атома Э_Аl = 1/3{Аl}. Отсюда молярная масса эквивалентов алюминия составляет одну треть его молярной массы его атомов. М_Аl = 27/3 = 9 г/моль.

Один атом водорода содержит один эквивалент. В молекуле водорода Н₂ связано 2 атома. Следовательно Эн₂ = ½{Н₂}. Объем моля эквивалентов водорода при н.у. Vэ н₂ = 22,4/2 = 11,2 л или 11 200 мл

По закону эквивалентов рассчитываем навеску алюминия:

9 г Аlвытесняют из кислоты 11 200 мл Н₂

Х г Аl вытесняют из кислоты 103 мл Н₂

                                           9∙103

Х = ———— = 0,082 г

                                           11 200

Ответ: В кислоте растворили 0,082 г алюминия.

Обратите внимание, что при расчетах с применением закона эквивалентов нам нет нужды выяснять, какая конкретно кислота использовалась для растворения, какая соль получилась и по какому уравнению.

Пример 5.Сколько граммов марганца можно получить из МnО₂, если израсходовано было 3 моль эквивалентов алюминия?

Решение. В данной задаче речь идет о получении чистых металлов из их оксидов методом восстановления другим, более активным металлом (алюминием, магнием, кальцием). Это промышленный метод алюмотермии:

                                                 t ⁰С

3МnО₂ + 2Аl → 3Мn + 2Аl₂О₃

При расчетах с использованием закона эквивалентов нам не нужно уравнение реакции и не важно, какой именно активный металл использовался. Нужно знать, сколько молей эквивалентов задействовано в реакции и какова молярная масса эквивалента получаемого металла. Если задействовано 3 моль эквивалентов алюминия, то и образуется 3 моль эквивалентов марганца. В данном случае МnО₂ → Мn и С.О. марганца меняется от +4 до 0. Фактор эквивалентности f_Э = ¼. Молярная масса эквивалентов марганца М_Э(Мn) = f_Э∙М_Мn = 55,0/4 = 13,75 г/моль. В реакции задействовано три моля эквивалентов, следовательно, получено 3∙13,75 = 41,25 г Мn.     

Ответ: Таким методом можно получить 41,25 г марганца