Лабораторная работа № 2. «Химический эквивалент»

I. Разделы теоретического курса для повторения.

Абсолютная и относительная атомные массы. Абсолютная и относительная молекулярные массы. Моль. Молярная масса. Качественный и количественный состав вещества.

Закон сохранения массы вещества. Закон постоянства состава. Закон простых объемных отношений. Закон Авогадро и следствия из него. Молярный объем газообразных веществ. Относительная плотность газов.

Определение молекулярной массы газообразных веществ по относительной плотности. Химический эквивалент простых и сложных веществ. Фактор эквивалентности. Молярная масса эквивалента (эквивалентная масса). Молярный объем эквивалента (эквивалентный объем). Закон эквивалентов.

2. Теоретическая часть.

Химическим эквивалентом элемента называется реальная или условная частица, которая может присоединять, замещать, высвобождать или каким – либо другим образом быть равноценна одному атому (иону) водорода в ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Исходя из определения, эквивалент для водорода равен 1 атому:

Э (Н) = 1 атом водорода.

Все, что соединяется, замещает или иным образом соответствует 1 атому водорода, будет эквивалентом другого вещества.

Так, в соединениях: НСl, Н₂О, NН₃ и СН₄, эквивалент хлора будет равен 1 атому, кислорода - 1/2 атома, азота - 1/3 атома и углерода соответственно - 1/4 атома.

Э (Сl) = 1 атом хлора

Э (О) = 1 атом кислорода

Э (N) = 1 атом азота

Э (С) = 1 атом углерода

Три последние частицы являются не реальными, а условными.

Эквивалент элемента в соединении легко рассчитать по формуле:

Э_{элемента} =

где Э_{элемента} - эквивалент элемента;

В - валентность элемента в соединении.

Количество эквивалентов вещества, выражается в молях.

Масса 1 моль эквивалентов вещества называется молярной массой его эквивалента.

Размерность молярной массы эквивалента - [г/моль].

Молярную массу эквивалента элемента можно рассчитать по формуле:

M _экв. =

где,

M _экв. - молярная масса эквивалента элемента;

М - молярная масса элемента;

В - валентность элемента в соединении.

Так, в приведенных выше примерах (НСl, Н₂О, NН₃ СН₄), молярные массы эквивалентов хлора, кислорода, азота и углерода соответственно равны.

М_экв. (Cl) = 35,5/1 = 35,5 г/моль,

М_экв. (O) = 16/2 = 8 г/моль,

М_экв. (N) = 14/3 = 4,66 г/моль,

М_экв. (C) = 12/4 = 3 г/моль.

Понятия об эквивалентах и молярных массах эквивалентов распространяются также на сложные вещества.

Эквивалентом сложного вещества называется реальная или условная частица этого вещества, которая взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества.

Для определения эквивалентов (Э) и молярных масс эквивалентов (М_экв.) простых и сложных веществ удобно использовать понятие фактор эквивалентности ( f ).

Фактором эквивалентности для вещества называется число, показывающее какая доля частицы (атома, молекулы) этого вещества равноценна одному иону водорода H⁺ в реакциях обмена или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Эквивалент любого вещества можно рассчитать по формуле:

Э = 1 ∙ f_{вещества.}

Значение молярной массы эквивалента вещества можно рассчитать по формуле:

М_экв = М_{вещества.} ∙ f_{вещества.}

В свою очередь фактор эквивалентности может быть найден:

• для элемента

f_элем. =

• для кислоты

f_{кислоты} =

• для основания

f_{основания} =

• для соли (средней)

f_соли =

Например, эквивалент элемента алюминия определяется по формуле:

Э (Аl) = 1 ∙ f_элем. = 1 ∙ 1 / В = 1 ∙ 1 / 3 = 1/3 атома

В свою очередь, значение молярной массы эквивалента для алюминия будет равно:

М_экв (Аl) = М (¹/₃ Аl) = М ∙ f_элем. = М ∙ 1 / В = 27 ∙ 1 / 3 = 9 г/моль

Эквивалент и молярная масса эквивалента соли – сульфата алюминия будут соответственно равны:

Э [Аl₂(SO₄)₃] = 1 ∙ f_соли = 1 ∙ 1 /n ∙ В = 1 ∙ 1 /2 ∙ 3 = 1/6 молекулы

В свою очередь, значение молярной массы эквивалента для сульфата алюминия будет равно:

М_экв [Аl₂(SO₄)₃] = М [¹/₆ Аl₂(SO₄)₃] = М ∙ f_соли= М ∙ 1 /n ∙ В =

342 ∙ 1 / 6 = 57 г/моль

Таким образом, эквиваленты и молярные массы эквивалентов простых и сложных веществ можно рассчитать по формулам, приведенным ниже.

Как видно из приведенных формул, молярная масса эквивалента как элемента, так и сложного вещества не всегда является постоянной величиной.

Эквивалент и молярная масса эквивалента элемента зависят от валентности, которую проявляет элемент в соединении.

Эквивалент и молярная масса эквивалента сложного вещества определяются конкретной реакцией, в которой участвует данное вещество.

Например, в реакции с образования гидросульфата натрия серная кислота нейтрализуется не полностью:

Н₂SО₄ + NаОН = NаНSO₄ + Н₂О.

В этой реакции потенциально двухосновная серная кислота проявляет основность, равную 1, значит фактор эквивалентности этой кислоты в данной реакции равен 1. Значение эквивалента кислоты в данной реакции:

Э (H₂SO₄) =1∙ f = 1/основность = 1 молекула

Значение молярной массы эквивалента серной кислоты в данной реакции:

М_экв. (H₂SO₄) =M∙ f = M ∙ 1/основность = 98 ∙ 1 = 98 г/моль,