2 Расчеты по эквивалентам, законам эквивалентов и атомной теплоемкости

2.1 Общие положения

В основе всех этих расчетов лежат:

1) определение понятия „эквивалент", как число массовых частей элемента, радикала или вещества, взаимо­действующего с 1,008 массовыми частями водорода или с 8,00 массовыми частями кислорода (т. е. приходящееся на одну единицу валентности);

2) закон эквивалентов „Элементы или вещества взаимодействуют между собой в массовых количествах, про­порциональных их эквивалентам", выражаемый в виде про­порции между массами и эквивалентами реагентов:

т₁ : т₂ = Э₁ : Э₂ (26)

Эквиваленты элементов равны их атомным массам, де­ленным на валентности. Обозначая эквивалент через Э, атомную массу через А, валентность — n, имеем:

Отсюда находятся важные величины— эквиваленты кис­лорода н водорода

Э_O =

Отсюда же следует, что эквиваленты элементов пере­менной валентности бывают разными в различных валентныx состояниях этих элементов.

Грамм-эквиваленты газообразных веществ могут быть выражены как в весовой, так и в объемной форме, исходя из грамм-молекулярного объема газов при нормаль­ных условиях 22,4 литра/моль.

Пример 24. Найти эквиваленты азота в его соеди­нениях: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂О₅.

Решение

1. Валентности азота в соединениях соответственно рав­ны +1, +2, +3, +4, +5.

2. Делим атомную массу азота (приблизительно 14) на валентности и находим:

Пример 25. Найти объем, занимаемый одним грамм-эквивалентом кислорода при нормальных условиях.

Решение

Грамм-молекула кислорода O₂ имеет вес 32 г и занима­ет объем при нормальных условиях 22,4 литра. Грамм-эквивалент кислорода равен 8 г, занимает объем х л. Отсюда составляем пропорцию;

32 : 8 = 22,4 : х ;

2.2 Определение эквивалентов сложных веществ

Эквиваленты сложных веществ в свободном состоянии равны их молекулярным массам, деленным на число еди­ничных валентных связей между электроположительной и электроотрицательной частями молекул. Отсюда выте­кают известные правила:

1. Эквивалент кислоты равен ее молекулярной массе, деленной на основность, то есть число водородных ато­мов в ней, способных замещаться металлом. Например, эк­вивалент ортофосфорной кислоты равен ее молекулярной массе, деленной на три. Напомним ее формулу: Н₃РО₄.

2. Эквивалент основания равен его молекулярной мас­се, деленной на валентность металла. Например, эквива­лент гидроксида кальция Са(ОН)₂ равен его молеку­лярной массе, деленной на два.

3. Эквивалент средней или кислой соли равен ее молеку­лярной массе, деленной на произведение числа атомов металла на его валентность. Например, эквивалент ортофосфата кальция Ca₃(PО₄)₂ равен его молекулярной массе, деленной на 23, т.е. на 6. Но эквиваленты кис­лых фосфатов кальция СаНРО₄ и Са(Н₂РО₄)₂ равны их молекулярным массам, деленным на 21, то есть на 2.

4. Эквивалент основной соли равен ее молекулярной массе, деленной на число гидроксильных групп, приняв­ших участие в реакции её образования. Например, экви­валент основного карбоната меди (CuOH)₂CO₃ равен ее молекулярной массе, деленной на 2 по числу гидроксиль­ных групп.

Следует всегда иметь в виду, что эквивалент сложно­го вещества определяется условиями реакции. Поэтому он не является постоянной величиной и может иметь раз­личные значения.

Поясним это на примере взаимодействия серной кис­лоты со щелочью:

H₂SO₄ + КОН = КНSО₄ + Н₂O

В этой реакции молекула кислоты реагирует с одной мо­лекулой щелочи КОН, что соответствует одному эквива­ленту водорода. Поэтому эквивалент кислоты равен ее молекулярной массе .

H₂SО₄ + 2 KOH = K₂SO₄ + 2 H₂О

В данной реакции молекула кислоты соответствует двум эквивалентам водорода (или двум эквивалентам КОН). Поэтому эквивалент кислоты равен ее молекулярной мас­се, деленной на два .

Таким образом, в этих двух реакциях серная кислота имеет два различных эквивалента.

Ниже приводятся примеры расчетов по эквивалентам.

Пример 26. Найти эквиваленты гидрата окиси алю­миния Аl(ОН)₃, серной кислоты H₂SО₄ и сульфата алюми­ния Al₂(SO₄)₃.

Валентность алюминия в его соединениях +3, основность серной кислоты 2.

Мол. масса А1(ОН)₃ = 27 + 3(16 + 1) = 78;

Мол. масса H₂SO₄ = 21 + 32 + 416 = 98;

Мол. масса Аl₂(SO₄)₃ = 227 + 3(32 + 416) = 342;