Рассчитать молярную массу эквивалентов вещества в уравнении

Рассчитать молярную массу эквивалентов вещества в уравнении

РАСЧЕТ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТА СОЕДИНЕНИЯ

Для любого соединения общей является формула (1), но эквивалентное число z для каждого класса находится по-разному. Рассмотрим основные классы неорганических соединений в реакциях нейтрализации и обмена:

1.Кислоты имеют в своем составе активный водород, способный замещаться в реакциях нейтрализации, следовательно, эквивалентное число z для кислоты равно числу катионов водорода в ее составе, или ее основности.

2.Основания имеют в своем составе гидроксогруппу ОН – , способную соединяться с одним ионом водорода:

Следовательно, эквивалентное число z для основания равно числу гидорксогрупп в его составе, или его кислотности.

3.Соли имеют в своем составе металл и кислотный остаток. Каждая соль может быть получена реакцией нейтрализации, в которой ион металла замещает ионы водорода. Следовательно, эквивалентное число z для соли равно произведению числа атомов металла в ее составе и степени окисления металла.

4.Оксиды состоят из элемента и кислорода. Если предположить, что в реакциях обмена элемент замещается на водород, то эквивалентное число z для оксида равно произведению числа атомов элемента и валентности элемента, образующего оксид.

Решение: Молярная масса соединения равна:

М( Cu ( OH )₂) = 63.5 + (16 +1)2 = 97.5 г/моль.

Cu ( OH )₂ относится к классу оснований, в своем составе содержит две группы ОН – , эквивалентное число z ( Cu ( OH )₂) = 2. Таким образом, химический эквивалент данного соединения – это условная частица, составляющая 1/2 часть реально существующей молекулы Cu ( OH )₂ , или 1/2 Cu ( OH )₂ .

Молярная масса эквивалента 1/2 Cu ( OH )₂ :

M (1/2 Cu ( OH )₂ ) === 48.8 г/моль.

H ₂ CO ₃ относится к классу кислот, в своем составе содержит два водорода, следовательно, эквивалентное число z ( H ₂ CO ₃ ) = 2.

Молярная масса соединения равна:

М( H ₂ CO ₃ ) = 1 × 2 + 12 +16 × 3 = 62 г/моль.

Таким образом, молярная масса эквивалента H ₂ CO ₃ составляет:

M (1/2 H ₂ CO ₃ ) == = 31 г/моль.

Al ₂ ( SO ₄ )₃ относится к классу солей, в своем составе содержит два атома металла со степенью окисления +3. Эквивалентное число для соли находим по формуле (6):

Молярная масса соединения равна:

М( Al ₂ ( SO ₄ )₃) = 27 × 2 + (32 +16 × 4) × 3 = 342 г/моль.

Теперь можно рассчитать молярную массу эквивалента данной соли:

M (1/6 Al ₂ ( SO ₄ )₃) == = 57 г/моль.

Fe ₂ O ₃ относится к классу оксидов, в своем составе содержит два атома железа со степенью окисления +3. Эквивалентное число для оксида находим по формуле (7):

Молярная масса соединения равна:

М( Fe ₂ O ₃ ) = 56 × 2 +16 × 3 = 160 г/моль.

Далее рассчитаем молярную массу эквивалента данного оксида:

M (1/6 Fe ₂ O ₃ ) == = 26.7 г/моль.

Ответ : 48.8 г/моль; 31 г/моль; 57 г/моль; 26.7 г/моль.

Эквивалент. Закон эквивалентов

Материалы портала onx.distant.ru

Эквивалент. Закон эквивалентов

Эквивалент – реальная или условная частица вещества Х, которая в данной кислотно-основной реакции или реакции обмена эквивалентна одному иону водорода Н + (одному иону ОН — или единичному заряду), а в данной окислительно- восстановительной реакции эквивалентна одному электрону.

Фактор эквивалентности f_экв(X) – число, показывающее, какая доля реальной или условной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода или одному электрону в данной реакции, т.е. доля, которую составляет эквивалент от молекулы, иона, атома или формульной единицы вещества.

Наряду с понятием “количество вещества”, соответствующее числу его моль, используется также понятие количество эквивалентов вещества.

Закон эквивалентов: вещества реагируют в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Если взято n(экв₁) моль эквивалентов одного вещества, то столько же моль эквивалентов другого вещества n(экв₂) потребуется в данной реакции, т.е.

При проведении расчетов необходимо использовать следующие соотношения:

1. Молярная масса эквивалента вещества X равна его молярной массе, умноженной на фактор эквивалентности:

2. Количество эквивалентов вещества X определяется делением его массы на молярную массу эквивалента:

3. Объём моль-эквивалента газа Х при н.у. равен молярному объёму газа, умноженному на фактор эквивалентности:

4. Молярная масса эквивалента сложного вещества равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих это вещество атомов (ионов).

5. Молярная масса эквивалента оксида равна молярной массе эквивалента элемента плюс молярная масса эквивалента кислорода.

6. Молярная масса эквивалента гидроксида металла равна молярной массе эквивалента металла плюс молярная масса эквивалента гидроксила, например:

М[½Са(ОН)₂] = 20 + 17 = 37 г/моль.

7. Молярная масса эквивалента сульфата металла равна молярной массе эквивалента металла плюс молярная масса эквивалента SO₄ 2- , например,

М(½ СаSO₄) = 20 + 48 = 68 г/моль.

Эквивалент в кислотно-основных реакциях

На примере взаимодействия ортофосфорной кислоты со щелочью с образованием дигидро-, гидро- и среднего фосфата рассмотрим эквивалент вещества H₃PO₄.

Эквивалент NaOH соответствует формульной единице этого вещества, так как фактор эквивалентности NaOH равен единице. В первом уравнении реакции молярное соотношение реагентов равно 1:1, следовательно, фактор эквивалентности H₃PO₄ в этой реакции равен 1, а эквивалентом является формульная единица вещества H₃PO₄.

Во втором уравнении реакции молярное отношение реагентов H₃PO₄ и NaOH составляет 1:2, т.е. фактор эквивалентности H₃PO₄ равен 1/2 и её эквивалентом является 1/2 часть формульной единицы вещества H₃PO₄ .

В третьем уравнении реакции количество веществ реагентов относятся друг к другу как 1:3. Следовательно, фактор эквивалентности H₃PO₄ равен 1/3, а её эквивалентом является 1/3 часть формульной единицы вещества H₃PO₄.

Таким образом, эквивалент вещества зависит от вида химического превращения, в котором принимает участие рассматриваемое вещество.

Следует обратить внимание на эффективность применения закона эквивалентов: стехиометрические расчёты упрощаются при использовании закона эквивалентов, в частности, при проведении этих расчётов отпадает необходимость записывать полное уравнение химической реакции и учитывать стехиометрические коэффициенты. Например, на взаимодействие без остатка 0,25 моль-экв ортофосфата натрия потребуется равное количество эквивалентов вещества хлорида кальция, т.е. n(1/2CaCl₂) = 0,25 моль.

Эквивалент в окислительно-восстановительных реакциях

Фактор эквивалентности соединений в окислительно-восстановительных реакциях равен:

где n – число отданных или присоединенных электронов.

Для определения фактора эквивалентности рассмотрим три уравнения реакций с участием перманганата калия:

В результате получаем следующую схему превращения KMnO₄.

в кислой среде: Mn +7 + 5e = Mn +2

в нейтральной среде: Mn +7 + 3e = Mn +4

в щелочной среде: Mn +7 + 1e = Mn +6

Схема превращений KMnO₄ в различных средах

Таким образом, в первой реакции f_экв(KMnO₄) = 1/5, во второй – f_экв(KMnO₄) = 1/3, в третьей – f_экв(KMnO₄) = 1.

Следует подчеркнуть, что фактор эквивалентности дихромата калия, реагирующего в качестве окислителя в кислой среде, равен 1/6:

Примеры решения задач

Задача 1. Определить фактор эквивалентности сульфата алюминия, который взаимодействует со щелочью.

Решение. В данном случае возможно несколько вариантов ответа:

Задача 2. Определить факторы эквивалентности Fe₃О₄ и KCr(SO₄)₂ в реакциях взаимодействия оксида железа с избытком хлороводородной кислоты и взаимодействия двойной соли KCr(SO₄)₂ со стехиометрическим количеством щёлочи КОН с образованием гидроксида хрома (III).

Задача 3. Определить факторы эквивалентности и молярные массы эквивалентов оксидов CrО, Cr₂О₃ и CrО₃ в кислотно-основных реакциях.

CrО₃ – кислотный оксид. Он взаимодействует со щёлочью:

Молярные массы эквивалентов рассматриваемых оксидов равны:

М_экв(CrО) = 68(1/2) = 34 г/моль,

Задача 4. Определить объём 1 моль-экв О₂, NH₃ и H₂S при н.у. в реакциях:

V_экв(NH₃) = 22,4× 1/3 = 7,47 л – в первой реакции.

V_экв(NH₃) = 22,4× 1/5 = 4,48 л – во второй реакции.

В третьей реакции для сероводорода V_экв(H₂S)=22,4 1/6 = 3,73 л.

Задача 5. 0,45 г металла вытесняют из кислоты 0,56 л (н.у.) водорода. Определить молярную массу эквивалента металла, его оксида, гидроксида и сульфата.

Задача 6. Рассчитать массу перманганата калия, необходимую для окисления 7,9 г сульфита калия в кислой и нейтральной средах.

f_экв(K₂SО₃) = 1/2 (в кислой и нейтральной среде).

В кислой среде М_экв(KMnO₄) = 158·1/5 = 31,6 г/моль, m(KMnO₄) = 0,1·31,6 = 3,16 г.

В нейтральной среде М_экв (KMnO₄) = 158·1/3 = 52,7 г/моль, m(KMnO₄) = 0,1·52,7 =5,27 г.

Задача 7. Рассчитать молярную массу эквивалента металла, если оксид этого металла содержит 47 мас.% кислорода.

Выбираем для расчётов образец оксида металла массой 100 г. Тогда масса кислорода в оксиде составляет 47 г, а масса металла – 53 г.

В оксиде: n_экв (металла) = n_экв(кислорода). Следовательно:

53:М_экв(Ме) = 47:(32·1/4). В результате получаем М_экв(Ме) = 9 г/моль.

Задачи для самостоятельного решения

2.1. Молярная масса эквивалента металла равна 9 г/моль. Рассчитать молярную массу эквивалента его нитрата и сульфата.

Ответ: 71 г/моль; 57 г/моль.

2.2. Молярная масса эквивалента карбоната некоторого металла составляет 74 г/моль. Определить молярные массы эквивалентов этого металла и его оксида.

Ответ: 44 г/моль; 52 г/моль.

2.3. Рассчитать объём 1 моля эквивалента сероводорода (н.у.), который окисляется до оксида серы (IV).

Ответ: 3,73 л.

2.4. Определить молярную массу эквивалента Ni(OH)Cl в реакциях:

Ni(OH)Cl + NaOH = Ni(OH)₂ + NaCl.

Ответ: 55,6 г/моль; 111,2 г/моль.

2.5. При взаимодействии 4,8 г неизвестного металла и 13 г цинка с соляной кислотой выделяется одинаковый объём водорода. Вычислить молярные массы эквивалентов металла, его оксида и его хлорида.

Ответ: М_{Э(металла)}=12 г/моль; М_{Э(оксида)}=20 г/моль, М_{Э(хлорида)}=47,5 г/моль.

2.6. Рассчитать молярные массы эквивалентов металла и его гидроксида, если хлорид этого металла содержит 79,7 мас.% хлора, а молярная масса эквивалента хлора равна 35,5 г/моль.

Ответ: М_{Э(металла)}=9 г/моль; М_{Э(оксида)}=26 г/моль.

2.7. Какой объём 0,6 М раствора H₂O₂ пойдёт на окисление 150 мл 2н. раствора FeSO₄ в реакции:

Ответ: 250 мл.

2.8. Определить объём хлора (н.у), необходимый для окисления 100 мл 0,5н раствора K₂MnO₄.

Ответ: 0,56 л.

2.9. 0,66 г кислоты требуются для нейтрализации 10 мл 1М раствора КОН. Найти молярные массы эквивалентов кислоты и ее кальциевой соли в обменной реакции.

Ответ: М_{Э(кислоты)}=66 г/моль; М_Э(соли)=85 г/моль.

2.10. Бромид металла в результате обменной реакции полностью переведен в сульфат, при этом масса уменьшилась в 1,47 раз. Найти молярную массу эквивалента металла. Определить какой это металл.

Ответ: М_{Э(металла)}=20 г/моль; Са.

Примеры расчета эквивалентов веществ

1. Вычисление числа эквивалентности веществ, участвующих в реакциях обмена:

а) для кислоты число эквивалентности определяется количеством ионов водорода, которые замещаются ионами металла, т. е. основностью кислоты:

H3PO4 + NaOH → NaH2PO4 + H2O

Z(H3PO4) = 1, Э (H3PO4) = ФЕ (H3PO4)

H3PO4 + 2NaOH → Na2HPO4 + 2H2O

Z(H3PO4) =2, Э (H3PO4) = 1/2 ФЕ (H3PO4)

H3PO4 + 3NaOH → Na3PO4 + 3H2O

Z(H3PO4) =3, Э (H3PO4) = 1/3 ФЕ (H3PO4)

б) для основания число эквивалентности определяется количеством гидроксид-ионов, которые замещаются анионами кислоты, т. е. кислотностью основания:

Al(OH)3 + HCl → Al(OH)2Cl + H2O,

Z [Al(OH)3] = 1, Э [Al(OH)3] = ФЕ [Al(OH)3]

Al(OH)3 + 2HCl → Al(OH)Cl2 + 2H2O,

Z [Al(OH)3] = 2, Э [Al(OH)3] = 1/2 ФЕ[Al(OH)3]

Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O,

Z [Al(OH)3] = 3, Э [Al(OH)3] = 1/3 ФЕ [Al(OH)3]

в) для соли число эквивалентности определяется произведением степени окисления катиона (или аниона по модулю) n на количество катионов (или анионов) m (Z = n·m):

NaCl Z = 1·1 = 1, Э (NaCl) = ФЕ (NaCl),

Na2SO4 Z = 1·2= 2, Э(Na2SO4) = 1/2 ФЕ(Na2SO4),

Al2(SO4)3 Z = 3·2 = 6, Э[Al2(SO4)3] = 1/6 ФЕ [Al2(SO4)3],

2. Число эквивалентности окислителя и восстановителя в окислительно-восстановительной реакции определяется количеством принятых или отданных электронов.

М_экв (MnO4 – ) = M/Z=119/5= 23,8 г/моль

Экспериментально эквивалент простого вещества может быть определен по количеству присоединяемого кислорода или замещаемого водорода, или другого элемента, эквивалент которого известен.

Эквивалент можно определить электрохимическим путем на основании закона Фарадея, согласно которому при прохождении 96484 Кл электричества через раствор или расплав электролита на электродах подвергается превращению один эквивалент вещества.

В данной работе использован способ определения эквивалента активного металла, основанный на измерении объема водорода при реакции вытеснения его из раствора соляной кислоты:

Согласно закону эквивалентов, один эквивалент металла вытесняет один эквивалент водорода, имеющий молярную массу эквивалента 1 г/моль.

Используя закон Авогадро, можно определить объем, который занимает один эквивалент водорода при определенных физических условиях.

При нормальных физических условиях (р = 1,013·10 5 Па или р = 760 мм рт. ст., Т = 273 K)

1 моль водорода, имеющий массу 2 г/моль, занимает объем V = 22,4 л, тогда 1 эквивалент водорода, имеющий массу 1 г/моль, должен занимать объем Vэкв = 11,2 л.

Таким способом можно рассчитать объем, занимаемый одним эквивалентом любого газа при нормальных условиях.

Вопросы к теоретической части:

Что такое Закон эквивалентов? –

Назовите способы расчета молярных масс эквивалентов простых веществ

Способы расчета молярных масс эквивалентов сложных веществ

Практическая часть

Перед началом работы получают у преподавателя навеску неизвестного металла и записывают в рабочий журнал массу металла m выраженную в граммах.

Определение молярной массы эквивалента металла выполняется в эвдиометре (рис.1), изображенном на рисунке.

Прибор состоит из штатива 1, на котором закреплены бюретки 2 и 3, соединенные шлангом 4. Бюретки градуированы, нулевая отметка шкалы находится в верхней их части. К бюретке 3 присоединена пробирка 5 с отводной трубкой 6. Бюретки заполнены водой, пробирка 5 –концентрированной соляной кислотой.

Перед выполнением работы выставляют прибор в рабочее положение. Для этого впервые устанавливаем бюретки на одном уровне и вынимают пробку из отводной трубки.

Затем определяем цену деления бюретки

В отводную трубку 6 пробирки 5 помещают образец металла с известной массой.

Прибор проверяют на герметичность, медленно поднимая и опуская бюретку 2. При этом уровни воды в бюретке остаются не изменными.

Затем повторно уравнивают положение воды в обеих бюретках и записывают положение уровня h₁ в бюретках 3 по нижней границе мениска.

Далее осторожно сбрасывают металл в кислоту, переводя пробирку 5 из положения 6 в положение 7.

При взаимодействии металла с кислотой наблюдают выделение газа. В пробирке 5 выделяется газ — водород и за счет этого увеличивается объем газа в бюретке 3.

Уровень жидкости понижается, а в бюретке 2 соответственно, повышается. По мере выделения водорода бюретку 2 опускают таким образом, чтобы в обеих бюретках уровень воды был примерно одинаков.

По окончании процесса растворения металла в кислоте в третий раз точно выравнивают уровни воды в обеих бюретках, приводя давление в замкнутом объеме бюретки 3 к атмосферному, и записывают новое положение уровня h₂ в бюретке 3.