Фактор эквивалентности. Эквивалентные массы и эквивалентные объемы

Основные количественные законы химии

1) Закон постоянства состава. Химически чистые вещества имеют один и тот же количественный состав независимо от того, каким способом они получены.

2) Закон кратных отношений. Если два элемента образуют между собой несколько различных соединений, то на одну и ту же массу одного из них приходятся такие массы другого, которые относятся между собой как простые целые числа.

Например, массовые соотношения С:О в CO и CO₂ равны 12:16 и 12:32. Следовательно, массовые соотношения углерода, связанные с постоянной массой кислорода в CO₂ и CO, равно 2:1.

3) Закон эквивалентов. Все вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах.

Эквивалент – реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять или быть каким-либо другим способом эквивалентной одному иону водорода.

Безразмерная величина, показывающая, какая часть моля элемента или вещества Х эквивалентна 1 моль атомарного водорода(одному иону водорода.) называется фактором эквивалентности f_э (Х):

3.1Фактор эквивалентности химического элемента Х в его соединениях равен:

f_э (Х) = 1:|с.о.|,

где с.о. – степень окисления элемента Х в данном соединении.

Масса одного эквивалента (эквивалентная масса) М_э(Х), г/моль, определяется по формуле:

М_э(Х) = f_э (Х)·М(Х). (1.1)

Если в реакции участвуют газы, то могут быть найдены их эквивалентные объемы V_э, л/моль (при н.у.) по формуле:

V_э(Х) = f_э (Х)·22,4л. (1.2)

Пример 1. Найти величины факторов эквивалентности и эквивалентных масс для азота в следующих веществах: NН₃, НNО₃, NО₂.

Решение. Для определения фактора эквивалентности химического элемента необходимо определить его степень окисления. Степень окисления – это условный заряд атома элемента в молекуле, рассчитанный исходя из ее электронейтральности и на основе предположения, что молекула состоит из ионов. Водород и кислород в большинстве сложных веществ имеют постоянные степени окисления: водород - +1, кислород -2; но есть исключения. В гидридах активных металлов степень окисления водорода равна -1(NаН^-1), в пероксидах водорода и металлов степень окисления кислорода равна -1(Н₂О₂ ^-1), во фториде кислорода - +2(О⁺²F₂).

Тогда степень окисления азота в NН₃ равна -3, f_э (N) = 1:3,

М_э(N) =14:3=4,67 г/моль.

Соответственно, для НNО₃ степень окисления азота равна +5, f_э (N) = 1:5, М_э(N) =14:5=2,8 г/моль.

В NО₂ степень окисления азота равна +4, f_э (N) = 1:4, М_э(N) =14:4=3,6 г/моль.

3.2.Фактор эквивалентности вещества Х, участвующего в окислительно-восстановительном процессе, равен:

f_э (Х) = 1: N_е, (1.3)

где N_е – количество электронов, которые теряет или присоединяет одна молекула вещества Х.

Пример 2. Найти величину фактора эквивалентности, эквивалентные массу и объем для сероводорода Н₂S, взаимодействующего с кислородом с образованием диоксида серы SO₂ и паров воды.

Решение. В данном химическом процессе степень окисления серы изменяется от -2 (Н₂S) до +4 (SO₂). Следовательно, молекула Н₂S теряет 6 электронов, т.е. f_э (Н₂S) = 1:6; М_э(Н₂S) = 34:6 = 5,66г/моль; V_э(Н₂S) = 22,4:6 = 3,73л/моль.

3.3.Фактор эквивалентности вещества Х, участвующего в ионообменном процессе, равен:

f_э (Х) = 1: (N_i·|z_i|), (1.4)

где N_i и z_i - соответственно число и заряд ионов, которыми обменивается молекула реагирующего вещества со своим партнером.

Пример 3. В нижеприведенных схемах реакций определите факторы эквивалентности исходных веществ:

а) LiOH + H₃PO₄ →Li₂HPO₄ + H₂O

Молекула LiOH теряет в данной реакции один однозарядный ион ОН^- , поэтому f_э (LiOH) = 1: (1·|-1|) = 1; молекула H₃PO₄ обменивается двумя однозарядными ионами Н⁺ , поэтому f_э (H₃PO₄) = 1: (2·|+1|) = 1:2.

Пример 4. Выразить эквивалентную массу оксида, гидроксида, сульфата и хлорида металла.

Решение. Эквивалентная массавещества в общем случае определяется по формуле (1.1). В частном случае ее можно представить как сумму эквивалентных масс составных частей молекулы или кристалла вещества.

1) Эквивалентная масса оксида равна сумме эквивалентных масс элемента и кислорода:

(1.5)

2) В состав гидроксида входят атомы металла и гидроксильные группы:

(1.6)

3) В молекулу сульфата металла входят ионы данного металла и сульфатные группы (SO₄)^2-:

(1.7)

4) Эквивалентную массу хлорида металла определяют по аналогии с предыдущими случаями:

(1.8)

4. Закон эквивалентов: количества эквивалентов всех участвующих в реакции веществ равны между собой.

Следствие из закона эквивалентов. Массы (объемы) реагирующих друг с другом или образующихся в результате реакции веществ пропорциональны их эквивалентным массам М_э (эквивалентным объемам для газов V_э).

m₁: М_э1 = m₂: М_э2 = V₁: V_э1= V₂: V_э2.

Дата добавления: 2014-01-03