Эквивалентные уравнения в химических реакциях

Эквивалентные уравнения в химических реакциях

Эквивалент – это реальная или условная частица, которая в кислотно-основных реакциях присоединяет (или отдает) один ион Н + или ОН – , в окислительно-восстановительных реакциях принимает (или отдает) один электрон, реагирует с одним атомом водорода или с одним эквивалентом другого вещества. Например, рассмотрим следующую реакцию:

В ходе этой реакции только два атома водорода замещаются на атомы калия, иначе, в реакцию вступают два иона Н + (кислота проявляет основность 2). Тогда по определению эквивалентом H ₃ PO ₄ будет являться условная частица 1/2 H ₃ PO ₄, т.к. если одна молекула H ₃ PO ₄ предоставляет два иона Н + , то один ион Н + дает половина молекулы H ₃ PO ₄.

С другой стороны, на реакцию с одной молекулой ортофосфорной кислотой щелочь отдает два иона ОН – , следовательно, один ион ОН – потребуется на взаимодействие с 1/2 молекулы кислоты. Эквивалентом кислоты является условная частица 1/2Н₃РО₄, а эквивалентом щелочи частица КОН.

Число, показывающее, какая часть молекулы или другой частицы вещества соответствует эквиваленту, называется фактором эквивалентности ( f _Э). Фактор эквивалентности – это безразмерная величина, которая меньше, либо равна 1. Формулы расчета фактора эквивалентности приведены в таблице 1.1.

Таким образом, сочетая фактор эквивалентности и формульную единицу вещества, можно составить формулу эквивалента какой-либо частицы, где фактор эквивалентности записывается как химический коэффициент перед формулой частицы:

f _Э (формульная единица вещества) º эквивалент

В примере, рассмотренном выше, фактор эквивалентности для кислоты, соответственно, равен 1/2, а для щелочи КОН равен 1.

Между H ₃ PO ₄ и КОН также могут происходить и другие реакции. При этом кислота будет иметь разные значения фактора эквивалентности:

Следует учитывать, что эквивалент одного и того же вещества может меняться в зависимости от того, в какую реакцию оно вступает. Эквивалент элемента также может быть различным в зависимости от вида соединения, в состав которого он входит. Эквивалентом может являться как сама молекула или какая-либо другая формульная единица вещества, так и ее часть.

Таблица 1.1 – Расчет фактора эквивалентности

Частица

Фактор эквивалентности

Примеры

Элемент

,

где В(Э) – валентность элемента

Простое вещество

,

где n (Э) – число атомов элемента (индекс в химической формуле), В(Э) – валентность элемента

f _Э (O₃) = 1/(3 × 2) = 1/6

Оксид

,

где n (Э) – число атомов элемента (индекс в химической формуле оксида), В(Э) – валентность элемента

f _Э (P₂O₅) = 1/(2 × 5) = 1/10

Кислота

,

где n ( H + ) – число отданных в ходе реакции ионов водорода (основность кислоты)

f _Э ( H ₂ SO ₄ ) = 1/1 = 1 (основность равна 1)

(основность равна 2)

Основание

,

где n (О H – ) – число отданных в ходе реакции гидроксид-ионов (кислотность основания)

f _Э ( Cu ( OH )₂) = 1/1 = 1 (кислотность равна 1) или

(кислотность равна 2)

,

где n (Ме) – число атомов металла (индекс в химической формуле соли), В(Ме) – валентность металла; n (А) – число кислотных остатков, В(А) – валентность кислотного остатка

f _Э ( Cr ₂ ( SO ₄ )₃) = 1/(3 × 2) = 1/6 (расчет по кислотному остатку)

Частица в окислительно-восстано­вительных реакциях

,

где – число электронов, участвующих в процессе окисления или восстановления

Fe 2+ + 2 ® Fe 0

MnO₄ – + 8H + + 5 ® ® Mn 2+ + 4H₂O

f _Э ( MnO ₄ – ) = 1/5

,

где z – заряд иона

f _Э ( SO ₄ 2– ) = 1/2

Пример. Определите фактор эквивалентности и эквивалент у солей: а) ZnCl ₂, б) КНСО₃, в) ( MgOH )₂ SO ₄.

Решение: Для расчетов воспользуемся формулами, приведенными в таблице 1.1.

а) ZnCl ₂ (средняя соль):

.

f _Э( ZnCl ₂) = 1/2, поэтому эквивалентом ZnCl ₂ является частица 1/2 ZnCl ₂.

б) КНСО₃ (кислая соль):

.

f _Э(КНСО₃) = 1, поэтому эквивалентом КНСО₃ является частица КНСО₃.

в) ( MgOH )₂ SO ₄ (основная соль):

.

f _Э ( ( MgOH )₂ SO ₄ ) = 1/2, поэтому эквивалентом ( MgOH )₂ SO ₄ является частица 1/2( MgOH )₂ SO ₄.

Эквивалент, как частица, может быть охарактеризован молярной массой (молярным объемом) и определенным количеством вещества n _э. Молярная масса эквивалента (М_Э) – это масса одного моль эквивалента. Она равна произведению молярной массы вещества на фактор эквивалентности:

М_Э = М × f _Э.

Молярная масса эквивалента имеет размерность «г/моль».

Молярная масса эквивалента сложного вещества равна сумме молярных масс эквивалентов образующих его составных частей , например:

М_Э(соли) = М_Э(Ме) + М_Э(кислотного остатка).

Газообразные вещества помимо молярной массы эквивалента имеют молярный объем эквивалента ( или V _Э) – объем, занимаемый молярной массой эквивалента или объем одного моль эквивалента . Размерность « л/моль » . При н.у. получаем:

Закон эквивалентов был открыт в 1792 г. И. Рихтером. Современная формулировка закона: вещества реагируют и образуются согласно их эквивалентам . Все вещества в уравнении реакции связаны законом эквивалентов, поэтому:

n _э(реагента₁) = … = n _э(реагента _n ) = n _э (продукта₁) = … = n _э (продукта _n )

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:

или или ,

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

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

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

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

Эквивалентные уравнения в химических реакциях

Для химической реакции, записанной в общем виде:

Это выражение (8) является математической записью закона эквивалентов.

Число моль эквивалентов вещества можно рассчитать через массу т(В) вещества В:

n (1/ z B ) = (9)

или объем V ( B ) газообразного вещества В:

n (1/ z B ) = (10)

Закон эквивалентов дает возможность производить расчеты без уравнения реакции. Кроме того, из закона эквивалентов можно вывести еще одну формулу для расчета молярной массы эквивалента оксида:

М(1/ z оксида ) = М(1/ z элемента ) + М(1/ z О) = М(1/ z элемента ) + 8 (11)

Пример 5: Молярная масса эквивалента некоторого металла равна 12 г/моль. Какая масса этого металла прореагировала с кислотой, если при этом выделилось 1150 мл водорода (н.у.)?

Решение: По закону эквивалентов число моль эквивалентов прореагировавшего металла и водорода одинаково:

Выразим число моль эквивалентов металла через отношение масс [формула (9)], а для водорода – через отношение объемов [формула (10)]:

= .

Молярный объем эквивалента водорода известен V (1/2 Н₂) = 11.2 л/моль. Таким образом, в реакции с кислотой прореагировало металла

m ( Me ) = = = 1.23 г.

Пример 6: При нагревании в кислороде 3.60 г некоторого металла его масса увеличилась до 5.04 г. Рассчитайте молярную массу эквивалента металла и его оксида.

Решение : По условию задачи металл реагирует с кислородом с образованием оксида (условное обозначение МеО). Закон эквивалентов для данной реакции имеет вид:

Рассчитаем сначала молярную массу эквивалента металла через отношение к кислороду (т.к. для кислорода известна молярная масса эквивалента М(1/2 О)=8 г/моль).

=; =

Отсюда молярная масса эквивалента металла равна М(1/ z Ме) = 20 г/моль.

Аналогично произведем расчет для оксида:

=; =.

М(1/ z МеО) = 28 г/моль.

Другим вариантом расчета молярной массы эквивалента оксида будет использование формулы (11):

М(1/ z МеО ) = М(1/ z Ме ) + 8 = 28 г/моль.

Ответ : 20 г/моль; 28 г/моль.

Пример 7: В оксиде некоторого элемента массовая доля кислорода составляет 20 %. Рассчитайте молярную массу эквивалента элемента и его оксида.

Решение : Про любой оксид можно сказать, что он получен по реакции окисления элемента кислородом. Закон эквивалентов для такой реакции окисления можно записать как:

=.

Далее необходимо рассчитать массы элемента и кислорода в любой произвольно взятой массе оксида. Наиболее удобно принять массу оксида за 100 г (100%).Т.о., в 100 г оксида содержится 20 г кислорода и 80 г элемента.

=

Молярная масса эквивалента элемента равна М(1/ z элемента) = 32 г/моль. Отсюда молярная масса эквивалента оксида составляет:

М(1/ z оксида ) = М(1/ z элемента ) + 8 = 32 + 8 = 40 г/моль.

Химические эквиваленты

Химические эквиваленты

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по математике:

Закона постоянства количественных отношений при химических реакциях следует, что данному количеству одного из участвующих в реакции веществ соответствует строго определенное количество другого из них. Такие количества называются эквивалентными (равноценными) количествами. Взятые применительно к определенному стандарту эквивалентные количества элементов и веществ носят название химических эквивалентов. Из существа понятия о химическом эквиваленте вытекает закон эквивалентов, который гласит, что в химических реакциях массы элементов и веществ относятся друг к другу как их эквиваленты.

Этот закон в математической форме выражается так: где Эх — эквивалент одного из веществ, Э% — эквивалент второго из них. Эквиваленты являются безразмерными величинами. Главное их значение заключается в том, что они служат для выражения стехиометрических отношений участвующих в реакции веществ. Размерными величинами являются грамм-эквиваленты. Это количества, которые, будучи выраженными в граммах, численно равны эквивалентам. Размерность грамм-эквива-лента — г/г-зкв.

Величина химического эквивалента зависит от типа и характера реакции,

в которой элемент или вещество участвует. Выше было указано, что химические эквиваленты берутся по определенному стандарту. Так, например, при реакциях соединения элементов друг с другом или замещения друг друга в качестве стандарта берется 1 единица массы водорода или 8 единиц массы кислорода.

Таким образом, эквивалент водорода равняется 1, а кислорода 8. (Сравнивая эквиваленты водорода и кислорода с их атомными массами, мы видим, что каждый из них равен атомной массе, деленной на валентность. Это распространяется на эквиваленты всех элементов. Эквивалент элемента при реакциях соединения или замещения равен атомной массе элемента, деленной на валентность, проявляемую элементом при реакции. Например, атомная масса кальция равна 40, а валентность его 2. Отсюда следует, что эквивалент кальция 20. Атомная масса серы 32. При проявлении серой валентности 2 эквивалент ее будет 16. Так как элементы могут проявлять переменную валентность, то такие элементы имеют по два или несколько эквивалентов. Эквиваленты сложных веществ в разных реакциях могут быть разными. Остановимся здесь на эквивалентах кислот, оснований и солей при реакциях обмена. 1.

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Эквивалент кислоты численно равен частному от деле ния молекулярной массы на число атомов водорода, участвующих в реакции от каждой молекулы. Примеры. Азотная кислота HNO, — одноосновная кислота. В состав молекулы входит только один атом водорода. Поэтому эквивалент азотной кислоты всегда равен молекулярной массе —63. Серная кислота HiS04 — двухосновная кислота.

В состав молекулы входят 2 атома водорода.

В химических реакциях могут участвовать от молекулы один или два атома водорода. В первом случае эквивалент серной кислоты будет равен молекулярной массе — 98; во втором случае половине молекулярной массы —49. 2. Эквивалент основания Чсленно равен частному от деления молекулярной массы на валентность металла, входящего в состав основания. Примеры» Эквивалент гидроокиси натрия NaOH равен молекулярной массе — 40. Эквивалент гидроокиси кальция Са(ОН)$ равен половине молекулярной массы —37. Эквивалент соли численно равен частному от деления молекулярной массы на произведение валентности металла, входящего в состав соли, и числа атомов его, участвующих в реакции от каждой молекулы. Примеры. Эквивалент хлорида натрия NaG численно равен молекулярной массе — 58,6. Эквивалент хлорида кальция СаС1я численно равен половине молекулярной массы — 55,5.

Эквивалент сульфата алюминия Al^SOJ, определяем следующим образом. Валентность алюминия 3, а в состав молекулы соли входят 2 атома. Поэтому эквивалент соли Als(SO^a равен Ve молекулярной массы: Mausoj, и 342; ^Ai.fsoj. *=» в 57 Эквивалент соли KAlfSO*), при взаимодействии с гидроокисью калия КОН определяем из уравнения реакции: . В этой реакции от молекулы KAlfSO^ участвует только один атом алюминия, валентность которого 3.

Поэтому эквивалент соли KAl(SOj, при этой реакции равен V» молекулярной массы: ХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ Эквивалент соли KAl(SO«), при уравнении реакции: Из уравнения реакции видно, что оба металла (калий и алюминий) из соли’ KA1(S0J, обмениваются на металл барий из хлорида бария. Так как валентность кали$П)авна 1, а валентность алюминия 3, то эквивалент соли KA](S04)a равен V« молекулярной массы: Вычисление химических эквивалентов оо экспериментальным данным.

Находя по экспериментальным данным стехиометричес-кое отношение количеств элементов или веществ и зная эквивалент одного из них, можно на основании закона эквивалентов вычислить эквивалент второго. Пример 1. При окислении 2,81 г кадмия получено 3,21 г окиси кадмия. Определить эквивалент кадмия.

Решение. Вычисляем, сколько кислорода ушло на окисление 2,81 е кадмия: Находим стехиометрическое отношение масс кадмия и. кислорода: Согласно закону эквивалентов стехиометрическое отношение масс равно отношению эквивалентов. Поэтому Отсюда Пример 2. Вычислить эквивалент железа исходя из того, чта при соединении железа с серой на 0,85 е железа расходуется 0,50 г серы, эквивалент которой равен 16.

Решение. Стехиометрическое отношение масс железа и серы: Приравниваем это отношение к отношению эквивалентов: Находим эквивалент железа: Пример 3. При реакции между магнием и кислотой израсходовано 0,183 г магния и получено 168 мл водорода при нормальных условиях. Вычислить эквивалент магния. Решение.

В этом случае мы имеем отношение между массой одного элемента и объемом другого. Можно объем водорода перечислить на массу его и вычисления вести обычным методом. Но можно вычисления вести иначе — через отношение грамм-эквивалентов. Так как количество водорода дано в объемных единицах, то вместо грамм-эквивалента водорода следует взять его грамм-эквивалентный объем, который вычисляется следующим образом.

Грамм-моле-кула водорода равна 2 г/моль, а грамм-эквивалент водорода I г/зкв. Значит, по массе грамм-эквивалент водорода в 2 раза меньше грамм-молекулы его. Грамм-молекулярный объем водорода при нормальных условиях равен 22 400 мл/моль. Следовательно, грамм-эквивалентный объем водорода равен II 200 мл/г-же.

В связи с этим решение оформляется следующим образом: Пример 4. На нейтрализацию 0,336 г кислоты расходуется 0,292 г едкого натра NaOH. Вычислить эквивалент кислоты. Решение. Выражаем стехиометрнческое отношение масс кислоты и едкого натра через эквиваленты (ЭЫа0н «= 40): ^КИСЛОТЫ ^КИСЛОТЫ . 0.536 ЭКНСЛ0ТЫ mN«OH 5NaOH * “0Ж 40 Находим эквивалент кислоты: Пример б. На реакцию азотной кислоты с медью израсходовано 1,05 г азотной кислоты и 1,59 г меди. Найти эквивалент азотной кислоты.

Известно, что медь в этой реакции проявляет валентность 2. Метод, изложенный выше4для расчета эквивалентов кислот, относится к реакции обмена, а данная реакция окислительно-восстановительная. Поэтому использовать этот метод для расчета эквивалента азотной кислоты мы не можем. Вычисление производим на основания закона эквивалентов. Решение. Определяем эквивалент меди по атомной массе ее и проявляемой ею валентности: Стехиометрическое отношение масс азотной кислоты и меди приравниваем к отношению эквивалентов: Отсюда Химические эквиваленты имеют разнообразное значение при практических вычислениях. а) Вычисление количества одного из участвующих в реакции веществ по количеству другого, минуя уравнение реакции. Это возможно потому, что отношение эквивалентов выражает сгехиометрическое отношение масс, по которому производится расчет. Пример. Сколько хлорида бария ВаС1в требуется на реакцию с 3,55 г сульфата натрия Na,S04? Решение.

Найти эквиваленты: Выводим сгехиометрическое отношение масс хлорида бария и сульфата натрия по закону эквивалентов: Вычисляем массу хлорида бария ВаС1а по массе сульфата натрия NagSO* и стехиометрическому отношению: ХИМИЧЕСКИЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ б) Вычисление количества эквивалентов всех участвующих в реакции веществ по массе одного из них и значению его эквивалента. Расчет производится исходя из закона эквивалентов. Переставляя в пропорции, выражающей закон эквивалентов, месяц средних и крайних членов, получаем: Но -у- означает количество эквивалентов. Значит, прп химических реакциях количество эквивалентов всех участвукхцих в ней веществ одинаково.

Это имеет большое значение для вычисления количества одного вещества по количеству другого. Пример. К раствору хлорида алюминия прибавили раствор нитрата серебра AgNOa в избытке. Выпал осадок AgCl, масса которого 2,870 г. Сколько хлорида алюминия содержалось в растворе? Решение. Вычисляем, сколько грамм-эквивалентов содержалось в выпавшем осадке Такое же количество грамм-эквивалентов хлорида алюминия содержалось в растворе. Найти массу Л1С18: в) Вычисление валентности элемента по его эквиваленту и атомной массе. Из соотношения между атомной массой, валентностью и эквивалентом элемента может быть определена любая величина, что в общем виде может быть выражено так: Пример. Вычислить валентность хрома в окисле, имеющем состав: Решение. Находим эквивалент хрома: Отсюда Сравнивая найденное числовое значение эквивалента с атомной массой хрома, получаем: Метод нахождения валентности элемента по атомной массе и эквиваленту используется при определении атомной массы элемента по теплоемкости соответствующего ему простого вещества.

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.