 |
Эквиваленты основных классов соединений, закон эквивалентов
|
|
|
|
СБОРНИК ЗАДАЧ И УПРАЖНЕНИЙ
По курсу
«ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ»
(для студентов I курса)
(под ред. А.А.Мачулы)
ОБНИНСК 2002
Сборник задач и упражнений по курсу «Общая и неорганическая химия».Под редакцией А.А.Мачулы. Издание второе, исправленное и дополненное. - Обнинск, ИАТЭ, 2002, - 154 С.
Учебное пособие содержит задачи и упражнения по 11 основным темам, подобранным в соответствии с современной программой курса химии для инженерно-технических специальностей вузов. Каждый раздел содержит необходимое теоретическое введение и примеры решения задач и упражнений. Авторы пособия А.АМачула, О.А. Ананьева, С.Б. Бурухин, В.А. Колодяжный, Т.Е.Ларичева, Н.Н. Панкова, Ю.Д.Соколова..,
Пособие предназначено для самостоятельной работы студентов нехимических специальностей вузов.
Рецензенты: д.х.н., профессор В.К.Милинчук,
к.х.н. Ю.М.Глушков
Темплан 2002, поз.
ã Обнинский институт атомной энергетики, 2002 г.
ã А.А.Мачула, 2002 г.
Эквивалент. Закон эквивалентов
Эквивалентом называют реальную или условную частицу вещества х, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода.
Фактор эквивалентности (f(x)) - это число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества х эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции. f(x) - безразмерная величина, f(x) может быть равен или меньше единицы.
Молярная масса эквивалента вещества х (Э(x)) (или эквивалентная масса) - это масса одного моля эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества х:
Э(х) = f(x) × М(х).
Молярная масса эквивалента выражается в г/моль.
|
|
|
Факторы эквивалентности для сложных веществ определяются по формулам:
f(оксида) = 1/[(число атомов элемента)×(валентность элемента)];
f(кислоты) = 1/основность кислоты;
f(основания) = 1/кислотность основания;
f(соли) = 1/[(число атомов металла)×(валентность металла)];
Для простых веществ
f= 1/[(число атомов в молекуле)×(валентность атома)].
Примечания
1. Основностью кислоты называется число атомов водорода в одной молекуле кислоты, которое может принимать участие в химической реакции.
2. Кислотностью основания называется число ОН - групп в одной молекуле основания, которое может принимать участие в химической реакции.
Пример 1
Вычислить эквивалентные массы H2SO4, CaO, Ca(OH)2, Al2(SO4)3:
1) Э(H2SO4) = 1/2×98 = 49 г/моль;
2) Э(СаО) = 1/2×56 = 28 г/моль;
3) Э(Са(ОН)2) = 1/2×74 = 37 г/моль;
4) Э(Al2(SO4)3)= 1/(2×3)×342 = 57 г/моль.
Для определения эквивалентной массы элемента необязательно исходить из его соединения с водородом. Эквивалентную массу можно вычислить по составу соединения данного элемента с любым другим, эквивалент которого известен.
Закон эквивалентов: массы реагирующих веществ относятся между собой как эквивалентные массы этих веществ:
mA/mв = ЭА/Эв или mA/ ЭА = mв/ Эв,
где mA/ ЭА = N1; mв/ Эв = N2 - количество эквивалентов вещества А и В, поэтому можно записать N1 = N2. Следовательно, возможна другая формулировка закона эквивалентов: вещества реагируют друг с другом в равных количествах эквивалентов.
При соединении элементов друг с другом и при замещении одних элементов другими в качестве постоянных принято считать эквивалентную массу кислорода, равную 8 г/моль, и водорода, равную 1 г/моль.
Пример 2
При окислении 2,81 г кадмия получено 3,21 г оксида кадмия. Вычислить эквивалентную массу кадмия.
Решение
mo = 3,21 г - 2,81 г = 0,4 г - масса кислорода. Из закона эквивалентов
2,81/0,4 = Э(Сd)/8 Þ Э(Сd) = 2,81× 8/0,4 = 56,2 г/моль.
Пример 3
Для реакции между магнием и кислотой взято 0,183 г Mg. Получено 182,7 мл водорода при 20оС и 750 мм ртутного столба. Вычислить эквивалентную массу Mg.
|
|
|
Решение
Р=750/760×1,013×105=1×105 Па; Т=273+20=293 К; V=182,7×10-6 м3, М=2 г/моль.
По уравнению Менделеева-Клапейрона вычисляем массу водорода исходя из его объема:
m(H2)=p×V×M/(R×T)=1×105×182,7×10-6×2/(8,31× 293)=0,015 г.
Из закона эквивалентов
0,183/0,015 = Эmg/1 Þ Эmg = 0,183 × 1/0,015 = 12,2 г/моль.
Эквивалентная масса элемента представляет собой частное от деления атомной массы элемента (А) на его валентность в данном химическом соединении:
Э(х) = А/n,
где А - атомная масса элемента, n - валентность элемента.
Пример 4
Вычислить валентность хрома в оксиде, имеющем состав Cr - 68,42 %, O - 31,58 %.
Решение
По закону эквивалентов находим эквивалентную массу хрома:
mСr/mо = ЭCr/Эо Þ ЭСr = 68.42 × 8/52 = 17.3 г/моль.
Затем производим вычисления валентности:
Э=А/n Þ n(Cr) = 52/17,3 = 3.
Эквивалент в данной химической реакции
Эквивалентные массы кислот, оснований и солей зависят от стехиометрии реакций, в которых они участвуют. Молекулы многоосновных кислот могут участвовать в реакциях различно, например:
Н3РО4 + NaOH ® NaН2РО4 + Н2О.
Здесь каждый моль ортофосфорной кислоты отдает 1 моль ионов Н+ и фактор эквивалентности f (H3PO4) = 1, а эквивалентная масса Э(Н3РО4) = f(Н3РО4) × М(Н3РО4) = 1 × 98 г/моль = 98 г/моль. Но в реакции
Н3РО4 + 2 NaOH ® Na2НРО4 + 2Н2О
один моль кислоты отдает уже два моля ионов водорода, следовательно, фактор эквивалентности f(Н3РО4) = 1/2, а эквивалентная масса Э(Н3РО4) = f(Н3РО4) × М(Н3РО4) = ½ × 98 = =49 г/моль. Наконец, 1 моль этой же кислоты может участвовать в реакции тремя молями ионов водорода:
Н3РО4 + 3 NaOH ® Na3РО4 + 3Н2О.
В этой реакции моль ортофосфорной кислоты соответствует трем молям ионов Н+ и фактор эквивалентности f(H3PO4) = 1/3, а эквивалентная масса Э(Н3РО4) = f(H3PO4) × М(Н3РО4) = 1/3 × 98 = 32,66 г/моль.
Задачи для самостоятельного решения
Эквиваленты основных классов соединений, закон эквивалентов
1. От чего зависит эквивалентная масса химического элемента?
2. Одинакова ли эквивалентная масса хрома в соединениях CrC13 и Cr2(SO4)3?
3. Одинакова ли эквивалентная масса железа в соединениях FeCl2 и FeCl3?
4. Одинакова ли эквивалентная масса кислот H2SO4 и H2SO3? Одинаков ли фактор эквивалентности этих кислот?
|
|
|
5. При сгорании 500 г металла образуется 944 г оксида металла. Определить эквивалентную массу металла.
6. эквивалентная масса трехвалентного металла равна 9 г/моль. Вычислить атомную массу металла.
7. При восстановлении водородом 10,17 г оксида двухвалентного металла образовалось 2,25 г Н2О, эквивалентная масса которой равна 9 г/моль. Вычислить эквивалентную массу оксида, металла и атомную массу металла.
8. Медь образует два оксида. На определенное количество меди при образовании первого оксида пошло вдвое больше кислорода, чем при образовании второго. Каково отношение валентности меди в первом оксиде к ее валентности во втором?
9. Определить эквивалентные массы металла и серы, если 3,24 г металла образуют 3,48 г оксида и 3,72 г сульфида.
10. На восстановление 1,80 г оксида металла израсходовано 883 мл водорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислить эквивалентные массы оксида и металла.
11. При растворении 1,11 г металла в кислоте выделилось 404,2 мл водорода, измеренного при 19оС и 770 мм ртутного столба. Вычислить эквивалентную и атомную массы металла, если металл двухвалентен.
12. Мышьяк образует два оксида, из которых один содержит 65,2 % (мас.) As, а другой - 75,7 % (мас.) As. Определить эквивалентные массы мышьяка в обоих случаях.
13. Вычислить валентность мышьяка в соединении его с серой, в котором на 1 г мышьяка приходится 1,07 г серы, эквивалентная масса которой 16.
14. На реакцию с 0,4375 г соли израсходовали 0,1400 г NaOH. Вычислить эквивалентную массу соли.
15. На осаждение хлорид-ионов, содержавшихся в 0,3333 г соли, израсходовали 0,5440 г AgNO3. Вычислить эквивалентную массу соли.
16. В каком количестве вещества NaOH содержится столько же эквивалентов, сколько в 140 г КОН.
17. Вычислить эквивалентную массу Са3(РО4)2, зная, что 6,2 г его прореагировали с 3,923 г H2SO4, эквивалентная масса которой 49,04. Чему равен фактор эквивалентности Са3(РО4)2?
|
|
|
