5. Количество вещества эквивалентов.

Обозначение n_эк(В), единицы измерения моль-эк. Если известна масса вещества и молярная масса эквивалентов, то количество вещества эквивалентов рассчитывают по формуле:

(21)

где m(В) – масса вещества, г;

Мэк(В) – молярная масса эквивалентов вещества, г/моль-эк.

Для газообразных веществ можно рассчитать n_эк(В), зная объем газа, который он имеет при н.у.:

(22)

где V^o(В) – объем газа при н.у., л;

–молярный объем эквивалентов газа при н.у., л/моль-эк

Между количеством вещества эквивалентов n_эк(В) и количеством вещества n(В) существует простая зависимость :

n_эк(В) = n(В) · Z(В) (23)

Пример. Рассчитать Z(В), Мэк(В) всех веществ, принимающих участие в реакциях а) и б), а так же газообразных веществ в реакции а).

а) Fe₂O_{3 (т)} + 3CO_(г) = 2Fe_(т) + 3CO_2(г)

б) Al₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 2Al(OH)₃ + 3Na₂SO₄

Решение. Прежде всего необходимо определить к какому типу реакций (обменная или окислительно - восстановительная) относится данная реакция, для чего рассчитывают степени окисления атомов или групп атомов в формульных единицах всех веществ.

Реакция а)

является окислительно-восстановительной.

Находим атомы, которые изменяют степени окисления, и выписываем их, с учетом числа в составе одной формульной единицы и числа отданных и принятых электронов:

а) для реагентов

б) для продуктов

Расчеты всех величин приведены в таблице 5.

Таблица 5

ФЕ		Z(B)	M(B), г/моль
Fe2O3	6	6	160,0	26,7	-
CO	2	2	28,0	14,0	11,2
Fe	3	3	56,0	18,7	-
CO2	2	2	44,0	22,0	11,2

Реакция б)

является обменной, т.к. степени окисления атомов и групп атомов в ходе реакции не изменяются. Далее необходимо выбрать те части формульных единиц (положительно или отрицательно заряженных) по которым будет производится расчет суммарного заряда замещающихся ионов, а далее – Z(B) и Мэк(В). Расчеты приведены в таблице 6.

Таблица 6.

ФЕ	Замещаю- щиеся ионы	qi	Ni	Z(В)= Ni·│qi│	М(В), г/моль
Al2(SO4)3	SO4^–^2	–2	3	3·2=6	342,0	57,0
NaOH	Na^+	+1	1	1·1=1	40,0	40,0
Al(OH)3	OH^–	–1	3	3·1=3	78,0	26,0
Na2SO4	Na^+	+1	2	2·1=2	142,0	71,0

6. Закон эквивалентов.

Согласно закону эквивалентов все вещества реагируют и образуются в эквивалентных количествах.

Например, для реакции

2CO + O₂ = 2CO₂ (24)

n_эк(CO) = n_эк(O₂)=n_эк(CO₂) (25)

Для реакции в общем виде:

n_AA + n_BB = n_CC + n_DD , (26)

где A,B – реагенты;

C,D – продукты реакции;

n_A,n_B,n_C,n_D – стехиометрические коэффициенты,

закон эквивалентов имеет вид:

n_эк(A) = n_эк(B) = n_эк(C) = n_эк(D) (27)

Т.е. количество вещества эквивалентов всех участвующих в реакции (26) веществ (реагентов А и В и образовавшихся продуктов C и D) одинаковы. Поэтому, если количество вещества эквивалентов одного из веществ (реагента или продукта) известно по условию задачи, то определены и n_эк всех остальных веществ, участвующих в реакции, и необходимость их расчета отпадает. В этом состоит преимущество проведения расчетов по закону эквивалентов.

Для любой химической реакции (см. уравнение реакции в общем виде (26)) соблюдается условие (27), которое также может быть представлено следующим образом:

n(А) · Z(A)= n(В) · Z(B)= n(С) · Z(C)= n(D) · Z(D) (28)

Условие (28) упрощает определение эквивалентного числа в сложных реакциях.

Пример. Определить Z(Cr₂(SO₄)₃) в обменной реакции, выраженной уравнением

Cr₂(SO₄)₃ + 12KOH = 2K₃[Cr(OH)₆] + 3K₂SO₄

Решение. Для приведенной реакции запишем условие (28):

n( Cr₂(SO₄)₃) · Z(Cr₂(SO₄)₃)= n( KOH) · Z(KOH)

Из уравнения реакции:

n( Cr₂(SO₄)₃) = 1 n(KOH) = 12

Поскольку Z(KOH) = 1 (не может быть другим, см. табл. 2), то

Если известны массы веществ, участвующих в реакции, то используя уравнения (21) и (27) можно записать:

(29)

или

(30)

Уравнение (30) является математическим выражением закона эквивалентов.

Если одно из веществ уравнения (26), например B, находится в газообразном состоянии и известен его объем при н.у., то количество вещества эквивалентов этого газа можно рассчитать по уравнению (22), а математическая запись закона эквивалентов для веществ A и B будет иметь вид:

(31)

Пример. Рассчитать массу алюминия, вступившего в реакцию с разбавленной серной кислотой, если в результате реакции образуется 10,2 л водорода (н.у.).

Решение. Запишем уравнение реакции и укажем степени окисления атомов и заряды ионов:

Реакция окислительно-восстановительная. Находим атомы, которые изменяют степени окисления, и выписываем их, с учетом числа в составе одной формульной единицы и числа отданных и принятых электронов:

Al^o – = Al⁺³ Z(Al) = 3

H₂^o – = 2H⁺¹ Z(H₂) = 2

Согласно закону эквивалентов:

.

Отсюда выражаем массу алюмиия:

Рассчитаем М_эк(Al) и :

Подставив полученные значения М_эк(Al) и , а так жеV^o(H₂), рассчитаем массу алюминия: