Эквивалентный объем

Выше уже говорилось, что простые вещества (или химические соединения), вступающие в химические реакции друг с другом, а также продукты реакций находятся в строго определенных количественных соотношениях. Следствием этого факта было введение в научный и практический обиход понятия эквивалент. Эквивалентом химического элемента (или молем эквивалентов) называется такое его количество, которое может заместить или присоединить к себе в химических, реакциях 1 моль атомов водорода или любого другого химического элемента, эквивалент которого известен. В соединениях , , , эквиваленты хлора, серы, азота и углерода равны 1 молю, 1/2 моля, 1/3 моля и 1/4 моля, соответственно. Эквивалент (или моль эквивалентов) сложного вещества - это такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом атомов водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества.

Масса одного эквивалента (или моля эквивалентов) химического элемента или вещества называется их эквивалентной массой (или молярной массой эквивалентом). Единицей измерения эквивалентной массы служит г/моль. Эквивалентная масса химического элемента равна отношению мольной массы атомов к его валентности В:

.

Так, эквивалентные массы хлора, серы, азота и углерода в приведенных выше соединениях равны 34,45 г/моль, (32/2=16) г/моль, (14/3=4,67) г/моль и (12/4=3) г/моль.

Способ определения эквивалентной массы сложных соединений зависит от их класса. Так, эквивалентная масса кислоты равна ее мольной массе , деленной на основность О (число ионов водорода Н⁺, которое кислота отдает в реакции с основанием; основность равна 1, - 2, - 3):

.

Эквивалентная масса основания равна его мольной массе , отнесенной к валентности металла :

.

И наконец, эквивалентная масса соли определяется как отношение ее мольной массы к произведению валентности металла на число k его атомов в молекуле:

.

Многие элементы, соединяясь друг с другом, могут образовывать по несколько соединений (например, СО и ). Отсюда следует, что эквивалент химического элемента и его эквивалентная масса могут различаться в зависимости от того, какое соединение было взято для их определения. Так, в случае приведенных выше моно- и диоксида углерода эквивалентные массы углерода равны, соответственно, (12/2 = 6) г/моль и (12/4 = 3) г/моль, поскольку мольная масса атомов углерода равна 12 г/моль, а его валентность равна 2 в случае монооксида углерода и 4 - в случае диоксида.

Кроме понятия эквивалентной массы, широко пользуются также понятием эквивалентного объема, под которым понимают объем, который занимает 1 эквивалент рассматриваемого газообразного вещества. Единицей измерения эквивалентного объема является л/моль. Поскольку 1 эквивалент водорода (атомарного) составляет половину 1 моля молекулярного водорода, становится понятно, что эквивалентный объем водорода при нормальных условиях равен половине мольного объема, т.е. 11.,2 л/моль. Соответственно, эквивалентный объем кислорода равен 5,6 л/моль, так как эквивалент кислорода равен 1/4 моля, т.е. в 2 раза меньше эквивалента водорода.

Изучение количественных закономерностей химических реакций привело к установлению закона эквивалентов: Массы и (или объемы и ) реагирующих друг с другом веществ пропорциональны их эквивалентным массам и (объемам и ):

.

Из этого уравнения легко получается соотношение:

,

где и - количества эквивалентов реагентов. Как видим, количества эквивалентов реагирующих без остатка веществ равны между собой.

Рассмотрим для примера решение задач, в которых встречаются понятия, о которых только что шла речь.

Пример 1. Чему равна эквивалентная масса металла, если при взаимодействии 3 г его оксида с серной кислотой образовалось 9 г сульфата?

Решение. Составим уравнение реакции и - для наглядности - проставим под формулами оксида и сульфата их массы:

Зг 9г

Эквивалентная масса металла равна отношению его мольной массы к валентности. Записав формулу оксида в виде , мы тем самым определили, что валентность металла равна 2. Нам остается найти мольную массу металла. Для этого составим пропорцию:

3 г оксида так относятся к 9 г сульфата, как

мольная масса оксида относится к мольной массе

( + 16) г/моль ( +96) г/моль сульфата

Из этой пропорции получаем следующее равенство;

( + 16)´9 = ( + 96)´3, откуда находим 24 г/моль.

Деля эту величину на найденную валентность, находим, что эквивалентная масса металла 12 г/моль.

Ответ: 12 г/моль.

Примечание: Если бы мы записали формулу оксида в виде , то формула сульфата должна была бы быть записана в виде , что означало бы, что валентность металла равна 1. Проделав аналогичные математические выкладки, мы получили бы, что 12 г/моль, а следовательно, 12 г/моль, как и в первом случае.

Пример 2. При взаимодействии с водой некоторого количества металла с эквивалентной массой, равной 19,55 г/моль, выделилось 3 л водорода. Определить массу металла.

Решение. Поскольку эквивалентный объем водорода известен (11,2 л/моль), составим пропорцию:

19,55 г/моль металла эквивалентны 11,2 л/моль водорода,

а х г металла эквивалентны 3 л водорода,

откуда

Ответ: Масса металла равна 5,24 г.

Дата добавления: 2014-11-29