Химический эквивалент

В химии широко используются понятия химический эквивалент (Э) (эквивалент), моль эквивалентов, молярная масса эквивалентов вещества (М_экв.).

Химический эквивалент (Э) – реальная или условная частица, соответствующая одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях. Её состав выражают с помощью химических формул и символов. Эквивалент безразмерная величина. При определении эквивалента вещества необходимо исходить из конкретной реакции, в которой участвует конкретное вещество. Определим эквиваленты КОН и Са(ОН)₂ в следующих реакциях:

КОН + HCl → KCl + H₂O (1)

1 молекула 1 молекула

_{– +}

Ионное уравнение: ОН + Н → H₂O

Из ионного уравнения реакции следует, что одному иону водорода соответствует один гидроксид-ион, входящий в состав одной молекулы КОН, поэтому Э(КОН) = КОН следовательно, 1 эквивалент КОН совпадает с его формульной единицей (ФЕ) – 1ФЕ КОН.

В молекуле гидроксида кальция Са(ОН)₂ два гидроксид-иона.

Нужно помнить, что в реакциях замещения происходит постепенное замещение одноименно заряженных ионов. Поэтому при взаимодействии Са(ОН)₂ с HCl возможно протекании реакции нейтрализации по двум направлениям:

1). частичная нейтрализация Са(ОН)₂

Са(ОН)₂ + HCl → Са(ОН)Cl + H₂O (2)

1 молекула 1 молекула

В реакции обмена участвует один гидроксид-ион Са(ОН)₂. Он соответствует одному иону водорода молекулы HCl. Поэтому один эквивалент Са(ОН)₂ соответствует одной формульной единице:

Э(Са(ОН)₂) = 1ФЕ(Са(ОН)₂)

1 моль Са(ОН)₂ 1 эквивалент

2). полная нейтрализация Са(ОН)₂

Са(ОН)₂ + 2HCl → СаCl₂ + H₂O (3)

1 молекула 2 молекулы

В реакции обмена участвует два гидроксид-иона Са(ОН)₂. Они соответствуют двум ионам водорода двух молекул HCl, следовательно, в одной формульной единице Са(ОН)₂ содержится 2 эквивалента Са(ОН)₂:

1 моль Са(ОН)₂ 2 эквивалента

1/2 Са(ОН)₂ 1 эквивалент

В данном случае, в одной формульной единице Са(ОН)₂ содержится два эквивалента Са(ОН)₂, таким образом 1 экв. Са(ОН)₂ = 1/2 ФЕ(Са(ОН)₂).

Из рассмотренных уравнений реакций нейтрализации раствора Са(ОН)₂ раствором HCl видно, что эквивалент вещества может быть переменной величиной.

Число, обозначающее, какая доля реальной частицы эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основных (ионообменных) реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях, называется фактором эквивалентности (f_экв.).

В рассмотренных выше примерах f_экв.(КОН) = 1,

в реакции (2) f_экв.(Са(ОН)₂) = 1,

а в реакции (3) f_экв.(Са(ОН)₂) = 1/2.

Единицей измерения количества вещества эквивалентов является моль.

Моль эквивалентов – количество вещества, содержащего 6,02 × 10²³ эквивалентов.

Количество вещества эквивалентов обозначается символом n_экв.(в-ва) и представляет собой физическую величину, пропорциональную числу эквивалентов вещества (в-ва):

N_экв.(в-ва)

n_экв.(в-ва) =,

N_A

где N_экв.(в-ва) – число эквивалентов вещества;

N_A – число Авогадро.

Количество вещества эквивалентов измеряется в молях.

Молярная масса эквивалентов вещества (М_экв.) – это масса одного моля эквивалентов вещества.

Единицей измерения молярной массы эквивалентов является г/моль. Молярные массы эквивалентов можно рассчитать, если известны молярные массы веществ и их фактор эквивалентности, по формуле

М_экв.(в-ва) = М(в-ва) × f_экв.(в-ва),

где М(в-ва) – молярная масса данного вещества;

f_экв.(в-ва) – фактор эквивалентности вещества.

Фактор эквивалентности вещества рассчитывают по следующим формулам:

₁;

f_{экв . (кислоты)} = число ионов в молекуле кислоты, участвующих в химической реакции

₊

Пример: В молекуле серной кислоты Н₂SO₄ максимальное число ионов Н равно двум:

₊

Н О О

₊ S

Н О О, поэтому при полной нейтрализации кислоты

f_{экв .} (Н₂SO₄) = 1/2.

В молекуле фосфористой кислоты Н₃РО₃, имеющей следующее строение:

₊

Н О О

₊ Р

Н О Н, тоже два иона водорода,

поэтому при полной нейтрализации кислоты:

f_{экв .} (Н₃РO₃) = 1/2.

В молекуле уксусной (этановой) кислоты СН₃СООН, имеющей строение

О ₊

СН₃С – О – Н, один ион водорода, поэтому

f_{экв .} (СН₃СОOН) = 1/1 = 1.

Фактор эквивалентности оснований и амфотерных гидроксидов, проявляющих свойства оснований рассчитывается по формуле:

₁;

f_{экв (основания)} = число ионов в молекуле основания, участвующих в химической реакции

Пример: В молекуле Fe(OH)₂ два гидроксид-иона. При полной нейтрализации основания Fe(OH)₂ его фактор эквивалентности равен:

f_экв Fe(OН)₂ = 1/2.

Фактор эквивалентности соли рассчитывается по формуле:

₁ .

f_{экв . (соли)} = число ионов металла в молекуле соли умноженное на заряд иона металла

Пример: В молекуле соли Cr₂(SO₄)₃ число ионов хрома равно двум, а заряд иона хрома + 3, тогда

_{1 1}

f_экв (Cr₂(SO₄)₃) = =.

^{2 × 3 6}

Используя математические выражения М_экв.(в-ва) = М(в-ва) × f_экв.(в-ва),

рассчитаем молярные массы эквивалентов в уравнениях реакций (1) – (3):

1). М_экв.(КОН) = М(КОН) × f_экв.(КОН) = 56 × 1 = 56 г/моль;

2). М_экв.(Са(ОН)₂) = М(Са(ОН)₂) × f_экв.(Са(ОН)₂) = 74 × 1 = 74 г/моль;

3). М_экв.(Са(ОН)₂) = М(Са(ОН)₂) × f_экв.(Са(ОН)₂) = 74 × 1/2 = 37 г/моль.

Таким образом, молярная масса эквивалентов одного и того же вещества могут иметь различные значения.

Для расчета молярной массы эквивалентов различных типов веществ используют следующие математические выражения:

1). Для простого вещества:

_Ма

М_экв.(в-ва) =,

^В

где М_а – молярная масса атома данного простого вещества;

В – степень окисления атома.

2). Для оксидов:

Эквивалент оксидов равен сумме молярных масс эквивалентов атома элемента и атома кислорода и определяется по формуле:

_{М(оксида)}

М_экв.(в-ва) =,

^{В × С}

где М – молярная масса оксида;

В – степень окисления элемента в оксиде;

С – число атомов элемента в оксиде.

Пример: Рассчитаем М_экв.(Fe₂O₃).

Алгоритм решения:

Дата добавления: 2014-11-25