Материал: Основные понятия и законы в курсе химии учебное пособие

42. Если содержащийся в воздухе кислород (21,00%) полностью перейдёт в озон, какова будет плотность полученной газовой смеси по отношению к воздуху (ответ с точностью до тысячных).

Ответы. 1. 6,02 1022. 2. 3,01 1024. 3. 3 моль. 4. 4 1023. 6. NH2. 7. 20 г. 8. 35,5. 9. Fe2(SO4)3. 10. а) LiH, SiH4, N2H4, CH3OH; б) CH4. 11. Si2H6. 12. Na2CO3.

13.. 14. FeS2; 24 г. 15. Cu(NO3)2 3H2O. 16. С2Н2. 17. 3,2 л СО; 11,8 л СО2. 18. С7Н5O2Na. 19. С2Н6. 20. CH3OH. 21. (NH4)2CO3.

22. 2 л; 3 л. 23. 1,12 л. 24. а) 2,24 л; б) 2,03 л. 25. 60% О2; 40% Н2. 26. 28,6% О2; 71,4% Н2; 120кПа. 27. Ca. 28. 84 г/моль, С6Н12. 29. 2,0 л. 30. Al. 31. 6,13 1024.

32. 2,88 г. 33. 44,4 Cu; 55,6 CuO. 34. 35 г. 35. 75%. 36. 1,93 м3. 37. 16%. 38. 54 л. 39. 30 мл. 40. 5 л. 41. 40,88 л. 42. 1,075.

4. ЭКВИВАЛЕНТ. МОЛЯРНАЯ МАССА ЭКВИВАЛЕНТА. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ

Эквивалентом вещества (Э) называется такое его количество, которое взаимодействует (соединяется, замещает) без остатка с атомами водорода количеством вещества 1 моль или с атомами кислорода количеством вещества

0,5 моль.

Единицей эквивалента вещества является моль.

Молярная масса эквивалента (эквивалентная масса, МЭ) – это масса одного эквивалента вещества. Выражается в г/моль.

Молярная масса эквивалента вещества (А) связана с его молярной массой: равна произведению фактора эквивалентности этого вещества (fэкв.) на его молярную массу:

МЭ(А) = М(А)·fэкв.(А).

Фактор эквивалентности (fэкв.) – число, показывающее, какая часть моля (элемента, вещества, частицы) эквивалентна 1 моль атомарного водорода или 0,5 моль атомарного кислорода. Фактор эквивалентности и эквивалент численно равны.

Фактор эквивалентности – безразмерная величина, равная 1/z.

● Для элемента “z” – абсолютное значение степени окисления или валентность.

Например, в соединениях HCl, H2S, NH3 фактор эквивалентности, эквивалент и молярная масса эквивалента элементов хлора, серы и азота соответственно равны:

fэкв.(Cl)= 11 ; fэкв.(S)= 12 ; fэкв.(N)= 13

Э(Cl)=1моль; Э(S)=0,5моль; Э(N)=1/3моль;

Мэ(Cl)=35,5г/моль/1=35,5г/моль; Мэ(S)=32г/моль/2=16г/моль; Мэ(N)=14г/моль/3=4,7г/моль.

16

●Для веществ окислителей или восстановителей, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях, “z” – это число электронов, которое отдаёт восстановитель или принимает окислитель.

Например, фактор эквивалентности (fэкв.), эквивалент (Э) и молярная масса эквивалента (МЭ) KMnO4 и K2SO3 в реакции окисления сульфита калия перманганатом калия в кислой среде таковы.

2KMnO4+5K2SO3+3H2SO4→6K2SO4+2MnSO4+3H2O

2MnO4−+16H++5SO32−+5H2O → 2Mn2++8H2O+5SO42−+10H+ 2MnO4−+6H++5SO32− → 2Mn2++3H2O+5SO42−

Для KMnO4: fэкв.=1/5; Э=0,2моль; МЭ=31,6г/моль. Для K2SO3: fэкв.=1/2; Э=0,5моль; МЭ=59,5г/моль.

●Для кислот и оснований, не участвующих в обменных процессах, фактор эквивалентности равен 1/z, где “ z” – основность кислоты или кислотность основания.

Например, 1) fэкв.(H2SO4)=1/2; Э=0,5моль; МЭ=98г/моль/2=49г/моль;

2) fэкв.(NaOH)=1/1; Э=1моль; МЭ=40г/моль/1=40г/моль.

● Фактор эквивалентности для кислот и оснований, участвующих в обменном процессе, равен 1/z, где “ z” – число Н+ (для кислот) или число ОН− (для оснований), которыми вещества обмениваются. Например,

1) H2SO4 + KOH = KHSO4 + H2O fэкв.(H2SO4)=1/1; Э=1 моль; МЭ=98 г/моль

2) Al(OH)3 + HCl = Al(OH)2Cl + H2O

fэкв.(Al(OH)3)=1/1; Э=1 моль; МЭ=78 г/моль

3) Al(OH)3 + 3HNO3 = Al(NO3)2 + 3H2O fэкв.(Al(OH)3)=1/3; Э=1/3моль; МЭ=26 г/моль.

Т.о. эквиваленты одних и тех же сложных веществ и молярные массы эквивалентов могут иметь различные значения, если их рассматривать как отдельные вещества и как составные части химических реакций, в которых они участвуют.

●Для солей фактор эквивалентности равен 1/z, где “ z” – произведение валентности металла на число его атомов в формуле вещества. Для растворов солей, участвующих в реакциях, фактор эквивалентности определяется по произведению катионов или анионов на их число (так как

произведение числа ионов ni на заряд ионов zi у катионов и анионов одного и того же вещества одно и то же).

Например, Al2(SO4)3.

fэкв.(соли по Al3+) = 2(ni)·3(zi) = 6 => Э = 1/6 моль; fэкв.(соли по SO42−) = 3(ni)·2(zi) = 6 => Э = 1/6 моль; МЭ(Al2(SO4)3) = 342 г/моль / 6 = 57 г/моль.

17

●Фактор эквивалентности для иона (катиона или аниона) равен 1/z, где “z” – заряд иона (его абсолютное значение).

Например, fэкв.(SO42−) = 1/2; Э = 0,5 моль;

МЭ(SO42−) = 96 г/моль : 2 = 48 г/моль.

Если в реакции принимает участие газообразное вещество, то можно пользоваться так называемым эквивалентным объёмом (Vэкв.).

Эквивалентный объём при нормальных условиях (н.у.) для водорода равен 11,2 л/моль, а для кислорода–5,6 л/моль.

Все химические элементы в соединении и вещества в химической реакции находятся в эквивалентных соотношениях. Это даёт возможность, с одной стороны, рассчитать МЭ вещества как сумму значений МЭ составляющих его частей.

Например,

МЭ(ZnO) = МЭ(Zn) + МЭ(О) = 65 г/моль/2 + 8 г/моль = 40,5 г/моль МЭ(HNO3) = МЭ(H+) + МЭ(NО3−) = 1 г/моль + 63 г/моль/1 = 64 г/моль МЭ(Al2(SO4)3) = М Э(Al3+) + М Э(SO42−) = 27 г/моль/3 + 96 г/моль/2 =

9 г/моль + 48 г/моль = 57 г/моль.

Закон эквивалентов предложен Дальтоном и Рихтером. Суть закона сводится к тому, что массы химических элементов в соединении и веществ в химических реакциях прямо пропорциональны эквивалентным массам, или молярным массам их эквивалентов.

Математическая запись закона такова:

Например.

1. Определите металл и вычислите его фактор эквивалентности, эквивалент, молярную массу эквивалента и молярную массу металла, если при окислении 0,16 г металла образовалось 0,224 г оксида.

18

2. При взаимодействии 0,506 г металла с раствором серной кислоты выделилось 100,8 мл водорода (н.у.). Определите металл, его фактор эквивалентности, эквивалент, молярную массу эквивалента и молярную массу металла.

19

5.ЗАДАЧИ ДЛЯ УСВОЕНИЯ СТУДЕНТАМИ ПОНЯТИЙ “ЭКВИВАЛЕНТ”, “МОЛЯРНАЯ МАССА ЭКВИВАЛЕНТА”,

ЗАКОНА ЭКВИВАЛЕНТОВ

1. При растворении в воде 1,6 г металла выделилось 0,896 л (н.у.) водорода. Определите молярную массу эквивалента металла.

2. Для нейтрализации 1,89 г кислоты израсходовано 60 мл 0,5М раствора КОН. Определите молярную массу эквивалента кислоты.

3. При обработке 5,64 г нитрата металла серной кислотой образовалось 4,8 г его сульфата. Определите валентность, эквивалент и молярную массу эквивалента металла.

4. При обработке хлором 4,32 г металла образовалось 21,36 г его хлорида. Определите валентность, эквивалент и молярную массу эквивалента металла.

5. Одно и то же количество металла соединяется с 1,42 г хлора и с 1,92 г кислотного остатка кислородсодержащей кислоты. Определите молярную массу эквивалента кислоты, назовите её.

6. При разложении 15 г карбоната металла образовалось 8,4 г его оксида. Определите валентность, эквивалент и молярную массу эквивалента металла.

7. В раствор, содержащий 2,24 г металла в виде соли-сульфата, погрузили цинковую пластинку. После полного выделения металла масса пластинки увеличилась на 0,94 г. Определите молярную массу эквивалента металла.

8. Для окисления 1,02 г вещества в сернокислой среде израсходовано 1,896 г KMnO4. Определите молярную массу эквивалента этого металла.

9. При сжигании в закрытом сосуде 0,24 г металла образовался оксид. Объём газа, приведённого к нормальным условиям, уменьшился на 112 мл. Определите молярную массу эквивалента металла.

10. При взаимодействии 1,04 г некоторого металла с раствором кислоты выделилось 0,448 л водорода (н.у.). Определите этот металл.

11. Определите молярную массу эквивалента металла, если на восстановление 6,8 г его оксида необходимо столько водорода, сколько его образуется при растворении в соляной кислоте 13 г цинка.

12. При растворении 0,54 г металла в соляной кислоте образовалось 200 мл 0,1М раствора хлорида. Определите, какой металл растворили.

13. На восстановление 4,8 г оксида металла израсходовано 2,016л водорода (н.у.). При растворении образовавшегося металла в HCl выделился 1,344 л Н2 (н.у.) Определите металл и объём Н2 (н.у.), который выделился при растворении образовавшегося металла.

14. В закрытом сосуде, наполненном хлором, сожгли некоторое количество металла, при этом образовалось 32,5 г его хлорида, а объём хлора уменьшился на 6,72 л (н.у.). Определите металл.

15. При сгорании металла массой 6 г образовалось 9,945 г оксида. Чему равна масса металла?

16. Рассчитайте молярную массу эквивалента следующих веществ: а) Al2O3;

б) NaHSO4; в) H2SO4; г) Ba(OH)2; д) (BaOH)2SO4; е) Al2(SO4)3.

20