Химический эквивалент. Современные представления

1.

ХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ.
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

2.

Формулы для вычисления
количества вещества:
m
;
M
0
V
0;
Vm
PV
;
RT

3.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О
ХИМИЧЕСКОМ ЭКВИВАЛЕНТЕ
Эквивалент (Э) — это реальная или условная
частица, соответствующая одному иону водорода в
кислотно-основных или ионообменных реакциях
или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.
Эквивалент — безразмерная величина, состав
которой выражают с помощью химических формул и
символов.

4.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О
ХИМИЧЕСКОМ ЭКВИВАЛЕНТЕ
Согласно определению эквивалента в обменных
реакциях имеем :
1) для однозарядных частиц эквивалент равен самой
частице:
Э(Na+) = Na+ ; Э(K+) = K+ ; Э(Cl–) = Cl– ; Э(OH–) = OH–
2) для двухзарядных частиц – половине частицы:
Э(Сa2+) = ½ Сa2+ ; Э(Mg2+) = ½ Mg2+ ; Э(S2–) = ½ S2– ;
3) для трехзарядных частиц – 1/3 частицы:
Э(Al3+) = 1/3 Al3+ ;
Э(Fe3+) = 1/3 Fe3+ ;
Э(PO43–) = 1/3 PO43– ;

5.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О
ХИМИЧЕСКОМ ЭКВИВАЛЕНТЕ
При определении эквивалента вещества необходимо
исходить из конкретной реакции, в которой участвует
данное вещество.
Так, из уравнения реакции
2КОН + H2SО4 = K2SО4 + 2H2О
Следует, что одному иону водорода соответствует
одна молекула КОН, одна молекула Н2О, 1/2
молекулы H2SО4 и 1/2 молекулы K2SО4, поэтому
Э(КОН) = КОН,
Э(Н2O) = Н2O,
Э(H2SO4)= 1/2 H2SО4,
Э(K2SО4) = 1/2 K2SО4.

6.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О
ХИМИЧЕСКОМ ЭКВИВАЛЕНТЕ
Эквивалент воды в окислительно-восстановительной реакции
О2 + 4Н+ + 4е = 2Н2O
отличается от эквивалента, определенного выше. В
данном примере одному электрону соответствует 1/2
молекулы воды, т. е. Э(Н2О) = ½Н2O. Одному
электрону эквивалентна 1/4 молекулы кислорода,
следовательно, Э(О2) = 1/4О2.

7.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О
ХИМИЧЕСКОМ ЭКВИВАЛЕНТЕ
Моль эквивалентов — количество вещества,
содержащего 6,02•1023 эквивалентов. Массу одного
моля эквивалентов называют молярной массой
эквивалентов вещества (Мэ). Единица измерения
— г/моль.
Например, молярные массы эквивалентов веществ в
рассмотренных примерах равны:
Мэ(КОН) = М(КОН) = 56 г/моль;
MЭ(H2SО4) = ½ M(H2SО4) = 98/2 = 49 г/моль;
MЭ(K2SО4) = ½ M(K2SО4) = 174/2 = 87 г/моль;
МЭ(О2) = 32/4 = 8 г/моль и т. д.

8.

ФАКТОР ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ (fЭ).
Число, обозначающее, какая доля от реальной
частицы эквивалентна одному иону водорода
или одному электрону, называют фактором
эквивалентности (fЭ).
Так, в рассмотренных примерах fЭ(КОН) = 1;
fЭ(H2SО4) = 1/2; fЭ(K2SО4) = 1/2; fЭ(О2) = 1/4.
fЭ = 1/ Z,
где Z – суммарный заряд функциональных,
замещенных в процессе реакции

9.

РАСЧЕТ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТОВ
На основе закона эквивалентов можно вывести
следующие формулы для расчета молярной массы
эквивалентов веществ:
а) для простого вещества
МЭ = MА / B,
где МА — молярная масса атома данного вещества;
В — валентность атома;
б) для сложного вещества
МЭ = М /(В∙n),
где М ─ молярная масса данного вещества; В ─
валентность функциональной группы; n ─ число
функциональных групп в молекуле.

10.

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГРУППЫ
Для кислот функц. группой является ион Н+,
для оснований — ион ОН–,
для солей — ион металла Мn+.
Например.
МЭ(АI) = МА/В = 27/3 = 9 г/моль;
MЭ(H2SО4) = М/(В∙n) = 98/2 = 49 г/моль;
MЭ(AI2(S04)3) = М/(В∙n) = 342/(3 • 2) = 57 г/моль.
М э = fэ M

11.

ПРИМЕРЫ
В приведенных ниже реакциях рассчитайте фактор
эквивалентности fЭ и молярную массу эквивалента МЭ
веществ в левой части уравнения:
1. NaOH + NaCl = Na2SO4 + HCl
2. Zn(OH)NO3 + HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O
3. H2SO4 + NaCl = NaHSO4 + HCl
4. NaHCO3 + CaSO4 = CaCO3 + NaHSO4
5. Fe(OH)2Cl + 2HCl = FeCl3 + 2H2O
6. H2SO4 +2KOH = K2SO4 + 2H2O
7. Al(OH)(OOCCH3)2 + 3HCl = AlCl3 + 2CH3COOH +
H2O
8. KAl(SO4)2 + 2BaCl2 = KCl + AlCl3 + 2BaSO4

12.

ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ ОБЪЕМ (VЭ)
Эквивалентным объемом называется объем 1 моля
эквивалентов вещества.
Для вычисления эквивалентного объема (Vэ) газов
необходимо знать число молей эквивалентов в одном
моле газа:
Так, МЭ(Н2) = 1/2М(Н2) = 1 г/моль
т. е. VЭ(H2) = 1/2VМ (H2) = 22,4/2 = 11,2 л.
Аналогично, МЭ(О2) = 1/4М(О2) = 32/4 = 8 г/моль,
VЭ(О2) = 1/4VМ (О2) = 22,4 : 4 = 5,6 л.

13.

ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ
«массы веществ, реагирующих друг с
другом или получающихся в результате
реакции, пропорциональны молярным
массам их эквивалентов».
Математическая запись закона:
m1
m2
=
MЭ,1
MЭ,2
Где m1 и m2 – массы веществ (в граммах). MЭ,1 и MЭ,2 –
молярные массы эквивалентов этих веществ (г/моль).

14.

ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ
Выражение для закона эквивалентов можно
представить иначе:
m1/M Э,1 = m2/M Э,2 = …
или
vЭ,1 = vЭ,2 = …
Отсюда следует, что количества моль эквивалентов веществ в реакции равны между собой.
Для реагирующих веществ, находящихся в растворе,
закон эквивалентов представляют в виде:
Сэкв,1V1 = Сэкв,2V2
Сэкв,1 и Сэкв,2 –молярные концентрации эквивалентов растворов
V1 и V2 – объемы растворов.

15.

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ
Молярная масса:
М = m/v
Мэ = m/v э
Молярная масса эквивалента:
МЭ = MА / B
Мэ = М/(В·n)
Закон эквивалентов:
m1/т2 = МЭ1/МЭ2 =...,
cэкв.1·V1 = cэкв.2·V2
Для веществ, реагирующих
в растворе

16.

Расчеты по закону
эквивалентов
Задача 1.
При окислении 0,253 г. металлического магния
получено 0,420 г. оксида магния. Какова
эквивалентная масса магния?

17.

Расчеты по закону эквивалентов
Решение 1 :
Из условия задачи следует, что 0,253 г магния взаимодействует с 0,420 - 0,253 = 0,167 г кислорода. МЭ,О = 8
г/моль. По закону эквивалентов имеем
0,253 г
0,167 г
Отсюда:
=
MЭ,Mg
8 г/моль
0,253 • 8
= 12,1 г/моль.
МЭ,Mg =
0,167

18.

Расчеты по закону эквивалентов
Задача 2. Медь образует с кислородом
соединение, анализом которого установлено,
что оно состоит из 79,9 % меди и 20,1%
кислорода. Определить МЭ меди.

19.

Расчеты по закону эквивалентов
Решение 2
На 79,9 мас. частей меди приходится 20,1 мас.
частей кислорода. По закону эквивалентов, чтобы
найти МЭ меди надо узнать сколько мас. частей меди
будет приходиться на 8 мас. частей кислорода.
На 20,1 м. ч. (О) приходится 79,9 мас. ч. (Cu)
На 8 м. ч. (О)
«
«
« МЭ,Cu
МЭ,Cu =
79,9 • 8
20,1
= 31,8 г/моль.

20.

ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ ОБЪЕМ (V Э )
Пример 3.
Идентифицируйте металл, если 0,24 г его
вытеснили из кислоты 221 мл водорода (н.у.) с
образованием иона со степенью окисления + 2.

21.

ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ ОБЪЕМ (VЭ)
Решение 3. В законе эквивалентов заменим массу
водорода и его молярную массу эквивалента
соответствующими объемами. Напомним, что объем 1
моль эквивалентов водорода равен 11 200 мл (н.у.).
Тогда
V(H2)
m(металла)
МЭ(металла)
=
VЭ(H2);
МЭ (металла) = (0,24 • 11 200) / 221 = 12,16 г/моль.
Так как искомый металл проявляет
окисления + 2, то его молярная масса
степень
М (металла) = МЭ(металла)•B = 12,16 • 2 = 24,3 г/моль,
Ответ: искомый металл — магний.

22.

ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ ОБЪЕМ (VЭ)
Пример 4.
Какую массу алюминия растворили в кислоте,
если объем выделившегося водорода при Т = 291
К и парциальном давлении водорода 97,83 кПа
равен 113 мл?

23.

ЭКВИВАЛЕНТНЫЙ ОБЪЕМ (VЭ)
Решение 4. Находим объем, который занимают 113
мл водорода при н. у.:
Vo = VpTо /(poT) = 113∙97,83∙273/(101,3 • 291) = 103 мл.
Зная, что молярная масса эквивалента алюминия
равна 9 г/моль и объем одного моля эквивалентов
водорода при н. у. равен 11,2 л, по закону
эквивалентов получим:
m(АI) / МЭ(АI) = Vо(Н2) / VЭ(Н2);
m(АI) = 9 • 103 /11200 = 0,082 г.
Следовательно, в кислоте растворили 0,082 г
алюминия.

24.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
В.1. Приведите примеры химических соединений с
молярной
массой,
равной
молярной
массе
эквивалента.
В.2. Сколько моль эквивалентов содержится в 100 г
карбоната кальция?
В.3. Вычислите объем моля эквивалентов аммиака
при н. у. по реакции
NH3 + НСl = NH4CI

25.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
В.4. Определите массу трех молей эквивалентов
гидроксида натрия.
В.5. Чему равна масса моль эквивалентов хлорида
кальция?
В.6. Сколько моль эквивалентов содержится в 10 г
гидроксида бария?
В.7. Какой объем занимают 0,2 моль эквивалентов
водорода (н. у.)?

26.

ЗАДАЧИ ПОВЫШЕННОЙ СЛОЖНОСТИ
B.58. Смешали 800 мл 3 н. раствора КОН и 1,2 л
раствора КОН с массовой долей 12% и плотностью
раствора 1,1 г/мл. Сколько моль эквивалентов щелочи
содержится в 500 мл полученного раствора?
B.59. Сколько моль эквивалентов СаСО3 могут
прореагировать с 179 мл раствора НСI плотностью
1,02 г/мл с массовой долей 4%?
B.60. Сколько моль эквивалентов алюминия
прореагирует с 86 мл раствора соляной кислоты
плотностью 1,06 г/мл с массовой долей 12%?

27.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ
Рассчитайте массу (или объем) продуктов реакции,
если прореагировало указанное количество моль
эквивалентов одного из веществ при нормальных
условиях.
Номер
вариант
а
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Реакция
Количество моль
эквивалентов
исходного вещества
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + Н2
0,2 моль Zn ,
Н2O2 + O3 = Н2O + O2
0,3 моль O3
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2О3 + 8SО2
1 моль O2
Cu(OH)2 + НС1 = CuOHCl + H2O
0,5 моль НС1
Cu(OH)2 + 2HC1 = CuCl2 + 2H2О
0,5 моль НС1
H2SО4 + 2КОН = K2SO4 + 2H2О
4 моль КОН
SO2+1/2O2 = SO3
0,1 моль O2
CO + H2O = CO2 + H2
2 моль Н2O
N2 + O2 = 2NO
3 моль N2
2H2 + O2 = 2H2O
0,6 моль Н2

28.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ
Номер
варианта
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Реакция
Fe2O3 + ЗН2 = 2Fe + 3Н2O
2Н2О2 = 2Н2О + О2
ЗН2 + N2 = 2NH3
Н2 + N2O4 = 2NO2
2NH4NO3 = 4H2O + O2 + 2N2
4HC1 + O2 = 2C12 + 2H2O
SO2 + 2H2 = S + 2H2O
CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
Количество моль
эквивалентов
исходного вещества
0,4 моль Н2
0,1 моль Н2O2
3 моль Н2
1 моль N2O4
0,2 моль NH4NO3
0,4 моль O2
0,5 моль Н2
2 моль O2
3 моль O2
5 моль O2

29.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ
Номер
варианта
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Реакция
H2 + С2Н6 = 2СН4
PbO2 + H2 = PbO + H2O
NaH + H2O = NaOH + H2
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2
Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2
H2 + Cl2 = 2HC1
C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2
2SO2 + O2 = 2SO3
CS2 + 3O2 = CO2 + 2SO2
Количество моль
эквивалентов
исходного вещества
0,1 моль Н2
0,6 моль РbO2
0,4 моль Н2О
0,3 моль О2
2 моль SiО2
0,5 моль С12
1 моль С2Н12О6
3 моль О2
2 моль SО2
6 моль О2