Химический эквивалент

Эквивалентом можно назвать реальную или условную частицу вещества, которая может замещать, присоединять или быть каким-либо другим способом эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Молярную массу эквивалента в большинстве обменных реакций (идущих без изменения степеней окисления участвующих в них элементов) можно рассчитать как отношение молярной массы вещества к числу рвущихся или образующихся связей в расчете на один атом или одну молекулу в ходе химической реакции.

Молярная масса эквивалента одного и того же вещества может быть различна в разных реакциях.

Молярную массу эквивалента в окислительно-восстановительных реакциях (идущих с изменением степеней окисления участвующих в них элементов) можно рассчитать как отношение молярной массы вещества к числу отданных или принятых электронов в расчете на один атом или одну молекулу в ходе химической реакции.

Для нахождения эквивалентной массы вещества в растворе пользуются простыми соотношениями:

Для кислоты H_nA_m:

Э_к=M/n, где n – число ионов Н⁺ в кислоте. Например, эквивалентная масса соляной кислоты HCl находится: Э_к =М/1, т.е. численно равна молярной массе; эквивалентная масса фосфорной кислоты Н₃РО₄ равна: Э_к =М/3, т.е. в 3 раза меньше её молярной массы.

Для основания K_n(OH)_m:

Э_осн=М/m, где m – число гидроксид-онов ОН^- в формуле основания. Например, эквивалентная масса гидроксида аммония NH₄OH равна его молярной массе: Э_осн =М/1; эквивалентная масса гидроксида меди (II) Cu(OH)₂ в 2 раза меньше его молярной массы: Э_осн =М/2.

Для соли K_nA_m:

Э_с=М/(n×m), где n и m, соответственно, количество катионов и анионов соли. Например, эквивалентная масса сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ равна: Э_с =М/(2×3)=M/6.

Закон эквивалентов – на 1 эквивалент одного вещества в реакции приходится 1 эквивалент другого вещества.

Из закона эквивалентов следует, что массы (или объемы) реагирующих и образующихся веществ пропорциональны молярным массам (молярным объемам) их эквивалентов. Для любых двух веществ, связанных законом эквивалентов, можно записать:

= = =

где m ₁ и m ₂ – массы реагентов и (или) продуктов реакции, г;

Э₁, Э₂ – молярные массы эквивалентов реагентов и (или) продуктов реакции, г/моль;

V ₁, V ₂ – объемы реагентов и (или) продуктов реакции, л;

ЭV₁, ЭV₂ – молярные объемы эквивалентов реагентов и (или) продуктов реакции, л/моль.

Газообразные вещества помимо молярной массы эквивалента имеют молярный объем эквивалента (ЭV - объем, занимаемый молярной массой эквивалента или объем одного моль эквивалента). При н.у. ЭV(O₂) = 5,6 л/моль, ЭV(Н₂) = 11,2 л/моль,

Задача 1. На сгорание массы 12,4 г неизвестного элемента был израсходован объем 6,72 л кислорода. Рассчитайте эквивалент элемента и определите, какой элемент был взят в данной реакции.

По закону эквивалентов

ЭV(O₂) – эквивалентный объем кислорода, равный 5,6л

Э(элемента) = =10,3г/моль-экв

Для определения элемента необходимо найти его молярную массу. Валентность элемента (В), молярная масса (М) и эквивалент (Э) связаны соотношением Э = , отсюда М = Э∙В, (где В – валентность элемента).

В данной задаче валентность элемента не указана, поэтому при решении необходимо использовать метод подбора, с учетом правил определения валентности – элемент, расположенный в нечетной (I, III, V, VII) группе таблицы Менделеева, может иметь валентность, равную любому нечетному числу, но не более номера группы; элемент, расположенный в четной (II, IV, VI, VIII) группе таблицы Менделеева, может иметь валентность, равную любому четному числу, но не более номера группы.

М = Э ∙ В = 10,3 ∙ I = 10,3 г/моль

Элемента с атомной массой 10,3 в таблице Менделеева нет, поэтому продолжаем подбор.

М = Э ∙ В = 10,3 ∙ II = 20,6 г/моль

Элемента с атомной массой 10,3 в таблице Менделеева нет, поэтому продолжаем подбор.

М = Э ∙ В = 10,3 ∙ III = 30,9 г/моль

Такая атомная масса у элемента № 15, этот элемент – фосфор (P).

(Фосфор расположен в V группе таблицы Менделеева, валентность этого элемента может быть равна III).

Ответ: элемент – фосфор (P).

Задача 2. На растворение 3,269 г неизвестного металла было израсходовано 5,6 г гидроксида калия. Рассчитайте эквивалент металла и определите, какой металл был взят для данной реакции.

По закону эквивалентов:

Эквивалент основания определяется как отношение его молярной массы к количеству групп ОН^- в основании: М(КОН)=Аr(К)+ Аr(О)+ Аr(Н) =39+16+1 =56 г/моль

Э(КОН) = = =56 г/моль

Эквивалент металла Э(Ме)= = = 32,69 г/моль-экв

В данной задаче валентность элемента не указана, поэтому при решении необходимо использовать метод подбора, с учетом правил определения валентности. Валентность всегда равна целым числам, М = Э ∙ В = 32,69 ∙ I = 32,69 г/моль

Элемента с атомной массой 10,3 в таблице Менделеева нет, поэтому продолжаем подбор.

М = Э ∙ В = 32,69 ∙ II = 65,38 г/моль.

Такая молярная масса у элемента цинка (Zn).

Ответ: металл - цинк, Zn

Задача 3. Металл образует оксид, в котором массовая доля металла составляет 70%. Определите, какой металл входит в состав оксида.

Примем массу оксида, равной 100 г, тогда масса металла будет равна 70 г (т.е. 70% от 100г), а масса кислорода будет равна:

m(O)= m(оксида)-m(Ме) = 100 – 70 =30 г

Воспользуемся законом эквивалентов:

, где Э(О) = 8 г.

Э(Ме) = = =18,67 г/моль-экв

М (Ме) = Э ∙ В = 18,69 ∙ I = 18,69 г/моль

Элемента с такой молярной массой в таблице Менделеева нет, поэтому продолжаем подбор.

М = Э ∙ В = 18,69 ∙ II = 37,34 г/моль. Элемента с такой молярной массой в таблице Менделеева нет, поэтому продолжаем подбор.

М = Э ∙ В = 18,69 ∙ III = 56 г/моль.

Такая молярная масса у элемента Железо (Fe).

Ответ: металл - Железо (Fe).

Задача 4. Двухосновная кислота содержит 2,04% водорода, 32,65% серы и 65,31% кислорода. Определите валентность серы в этой кислоте.

Примем массу кислоты, равной 100 г, тогда масса водорода будет равна 2,04 г (т.е. 2,04 % от 100г), масса серы -32,65 г, масса кислорода - 65,31 г.

Находим эквивалент серы по кислороду, используя закон эквивалентов:

, где Э(О) = 8 г.

Э_(S) = = = 4 г/моль-экв

Валентность серы в том случае, если все атомы кислорода будут присоединены к сере, будет равна:

В = = = 8, следовательно, атомы кислорода образуют в этой кислоте восемь химических связей. Кислота по условию – двухосновная, значит две связи, образуемые атомами кислорода, приходятся на соединение с двумя атомами водорода. Таким образом, из восьми связей кислорода на соединение с серой используется шесть связей, т.е. валентность серы в данной кислоте равна VI. Один атом кислорода образует две связи (валентности), поэтому количество атомов кислорода в кислоте можно рассчитать следующим образом:

n(О) = = 4.

Соответственно, формула кислоты будет H₂SO₄.

Валентность серы в кислоте – VI, формула кислоты - H₂SO₄ (серная кислота).