Расчеты по закону эквивалентов

Количество элемента или вещества, которое взаимодействует с 1 молем атомов водорода (1 г) или замещает это количество водорода в химических реакциях называется эквивалентом данного элемента или вещества.

Эквивалентной массой (Мэ) называется масса 1 эквивалента вещества.

П р и м е р 15 Определите эквивалент и эквивалентные массы брома, кислорода и азота в

соединениях HBr, H2O, NH3.

Решение: В указанных соединениях с 1 молем атомов водорода соединяется 1 моль атомов брома, 1/2 моль атомов кислорода и 1/3 моль атомов азота. Следовательно, согласно определению, эквиваленты брома, кислорода и азота равны соответственно 1 молю, 1/2 моля и 1/3 моля.

Исходя из мольных масс атомов этих элементов, найдем, что эквивалентная масса брома равна 79,9 г/моль, кислорода - 16•1/2 = 8 г/моль, азота - 14•1/3 = 4,67 г/моль.

Эквивалентную массу можно вычислить по составу соединения, если известны мольные массы (М):

1) Мэ(элемента): Мэ = А/В,

где А - атомная масса элемента, В - валентность элемента;

2) Мэ(оксида) = Мэ(элем.) + 8,

где 8 - эквивалентная масса кислорода;

3) Мэ(гидроксида) = М/n(он-),

где n(он-) - число групп ОН-;

4) Мэ(кислоты) = М/n(н+),

где n(н+) - число ионов Н+

5) Мэ(соли) = М/nмеВме,

где nме - число атомов металла; Вме - валентность металла.

П р и м е р 16. Определите эквивалентные массы следующих веществ Al, Fe2O3, Ca(OH)2, H2 SO4, CaCO3.

Решение: Мэ(Аl)= А/В = 27/3 = 9 г/моль; Мэ(Fe2O3) = 160/2•3 = = 26,7 г/моль; Мэ(Са(ОН)2) = 74/2 = 37 г/моль; Мэ(Н2SO4) = 98/2 = 49 г/моль; Мэ(СаСО3) = 100/1•2 = 50 г/моль; Мэ(Al2(SO4)3) = 342/2•3=342/6 = 57 г/моль.

П р и м е р 17. Вычислите эквивалентную массу Н2SO4 в реакциях:

1) Н2SO4+ NaOH = NaHSO4 + H2O

2) H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + H2O

Решение: Эквивалентная масса сложного вещества, как и эквивалентная масса элемента, могут иметь различные значения, и зависят от того в какую химическую реакцию вступает данное вещество.

Эквивалентная масса серной кислоты равна мольной массе, деленной на число атомов водорода, замещенных в данной реакции на металл. Следовательно, Мэ(Н2SO4) в реакции (1) равна 98 г/моль, а в реакции (2) - 98/2 = 49 г/моль.

При решении некоторых задач, содержащих сведения об объемах газообразных веществ, целесообразно пользоваться значением эквивалентного объема (Vэ).

Эквивалентным объемом называется объем, занимаемый при данных условиях 1 эквивалентном газообразного вещества. Так для водорода при н.у. эквивалентный объем равен 22,4•1/2 = 11,2 л, для кислорода - 5,6 л.

Согласно закону эквивалентов массы (объемы) реагирующих друг с другом веществ m1 и m2 пропорциональны их эквивалентным массам (объемам):

m1/ Мэ1 = m2/ М э2. (5)

Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, тогда:

m/Мэ = V0/Vэ. (6)

П р и м е р 18. При сгорании металла массой 5,00 г образуется оксид металла массой 9,44 г. Определите эквивалентную массу металла.

Решение: Из условия задачи следует что, масса кислорода равна разности 9,44 г - 5,00 г = 4,44 г. Эквивалентная масса кислорода равна 8,0 г/моль. Подставляя эти значения в выражение (5) получим:

5,00/Мэ(Ме) = 4,44/8,0; Мз(Ме) = 5,00•8,0/4,44 = 9 г/моль.

П р и м е р 19. При окислении металла(II) массой 16,7 г образовался оксид массой 21,5 г. Вычислите эквивалентные массы: а) металла; б) его оксида. Чему равна молярная масса: в) металла; г) оксида металла?

Решение: m(O2) в оксиде составит: 21,54 - 16,74 = 4,80 г. В соответствии с законом эквивалентов получим:

16,74/Мэ(Ме) = 4,80/8,00,

Откуда: Мэ(Ме) = 27,90 г/моль.

Эквивалентная масса оксида равна сумме эквивалентных масс металла и кислорода и составит 27,90 + 8,00 = 35,90 г/моль.

Молярная масса металла (II) равна произведению эквивалентной массы на валентность (2) и составит 27,90•2 = 55,80 г/моль. Молярная масса оксида металла(II) составит 55,8 + 16,0 = 71,8 г/моль.

П р и м е р 20. Из нитрата металла массой 7,27 г получается хлорид массой 5,22 г. Вычислите эквивалентную массу металла.

Решение: Так как эквивалентная масса нитрата (хлорида) металла равна сумме эквивалентных масс металла (х) и кислотного остатка нитрата (хлорида), то по закону эквивалентов с учетом условия задачи получим:

7,27/5,22 = (х + 62)/(х + 35,5).

Откуда: х = 32,0 г/моль.

П р и м е р 21. Из сульфата металла (II) массой 15,20 г получен гидроксид массой 9,00 г. Вычислите эквивалентную массу металла и определите формулу исходной соли.

Решение: С учетом условия задачи и уравнения (5) получим:

15,2/9,0 = (Мэ(Ме) + 48)/(Мэ(Ме) + 17).

Откуда: Мэ(Ме) = 28 г/моль; М(Ме) = 28•2 = 56 г/моль.

Формула соли: FeSO4.

П р и м е р 22. В какой массе Са(ОН)2 содержится столько же эквивалентов, сколько в Аl(ОН)3 массой 312 г?

Решение: Мэ(Аl(ОН)3) составляет 1/3 его молярной массы, то есть 78/3 = = 26 г/моль.

Следовательно, в 312 г Аl(ОН)3 содержится 312/26 = 12 эквивалентов. Мэ(Са(ОН)2) составляет 1/2 его молярной массы, то есть 37 г/моль. Отсюда, 12 эквивалентов составляют 37•12 = 444 г.

П р и м е р 23. На восстановление оксида металла (II) массой 7,09 г требуется водород объемом 2,24 дм3 (н.у.). Вычислите эквивалентные массы оксида и металла. Чему равна мольная масса металла?

Решение: В соответствии с законом эквивалентов получим:

7,09/2,24 = Мэ(оксида)/11,20; Мэ(оксида) = 35,45 г/моль.

Эквивалентная масса оксида равна сумме эквивалентных масс металла и кислорода, поэтому Мэ(Ме) составит 35,45 - 8,00 = 27,45 г/моль. Мольная масса металла(II) составит 27,45•2 = 54,90 г/моль.

При определении эквивалентных масс различных веществ, например, по объему выделенного газа, последний собирают над водой. Тогда следует учитывать парциальное давление газа. Парциальным давлением газа в смеси называется давление, которое производил бы этот газ, занимая при тех же физических условиях объем всей газовой смеси. Согласно закону парциальных давлений, общее давление смеси газов, не вступающих друг с другом в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь. Если газ собран над жидкостью, то при расчетах следует иметь в виду, что его давление является парциальным и равно разности общего давления газовой смеси и парциального давления пара жидкости.

П р и м е р 24. Какой объем займут при н.у. 120 см³ азота, собранного над водой при 20 ⁰С и давлении 100 кПа (750 мм.рт.ст.)? Давление насыщенного пара воды при 20 °С равно 2,3 кПа.

Решение: Парциальное давление азота равно разности общего давления и парциального давления пара воды:

PN2 = Р - H2O P = 100 - 2,3 = 97,7 кПа.

Обозначив искомый объем через V0 и используя объединенное уравнение Бойля-Мариотта и Гей- Люссака, находим:

V0 = РVT0/TP0 = 97,7•120•273/293•101,3 = 108 см³.

Поиск по сайту: