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 (fэкв) — 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 fэкв(Н3РО4) = 1/2
Эквивалент фосфорной кислоты — 1/2 молекулы Н3РО4.
Н3РО4 + NaOH → NaH2PО4 + Н2О fэкв(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 fэкв(МnO4-) = 1/5.
Пример 1.2. Определите фактор эквивалентности сульфата алюминия и фосфата натрия в реакции
Al2(SO4)3 + 2Na3PO4 → 2АlРO4 + 3Na2SO4
Al3+ + РО43- → АlРO4
Решение. Так как в составе формульной единицы Al2(SO4)3 содержатся два иона Al3+, fэкв[Al2(SO4)3] = 1/(2•3), или l/6; fэкв(Na3PO4) = 1/(1•3) = 1/3, так как в составе формульной единицы Na3PO4 содержится один ион РO43-.
Молярная масса эквивалента (М экв) — это масса одного моль эквивалента. Она равна произведению молярной массы вещества на фактор эквивалентности:
М экв = fэкв• М
Количество вещества эквивалента (νэкв) — это количество вещества, условной структурной единицей которого является эквивалент:
νэкв = fэкв 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.