7. Закон эквивалентов для реакций, протекающих в растворах.

Молярная концентрация эквивалентов.

При проведении реакции в растворе содержание растворенного вещества можно рассчитать, зная объем раствора и молярную концентрацию эквивалентов растворенного вещества. Молярная концентрация эквивалентов равна количеству вещества эквивалентов растворенного вещества, содержащемуся в одном литре раствора. Обозначение с_эк(В). Единицы измерения моль-эк/л.

(32)

где n_эк(В) – количество вещества эквивалентов растворенного

вещества, моль-эк;

V – объем раствора, л.

Запись с_эк(Na₂SO₄) = 0,1 моль-эк/л следует понимать так: в 1 литре раствора содержится 0,1 моль-эк Na₂SO₄ .

Единицы измерения моль-эк/л можно заменить буквой "н".

с_эк(H₃PO₄) = 0,2 моль-эк/л. или с_эк(H₃PO₄) = 0,2 н.

Из уравнения (32) следует, что n_эк растворенного вещества в растворе, объем которого равен V, равно:

n_эк(В) = с_эк(В) · V (33)

Тогда для реакции (26), записанной в общем виде и протекающей в растворе, закон эквивалентов для реагентов будет записываться в следующем виде:

с_эк(А) · V(A) = с_эк(B) · V(B), (34)

где с_эк(А), с_эк(B) – молярные концентрации эквивалентов растворов, моль-эк/л;

V(A), V(B) – объемы растворов А и В, л или см³.

Пример. На нейтрализацию 20 см³ раствора H₂SO₄ израсходовано 25 см³ раствора KOH, молярная концентрация эквивалентов которого равна 0,1 н. Рассчитать молярную концентрацию эквивалентов раствора кислоты.

Решение. Согласно закону эквивалентов:

n_эк(H₂SO₄) = n_эк(KOH).

n_эк можно выразить через с_эк(B) и объем раствора (см. уравн. 33):

с_эк(H₂SO₄) · V(H₂SO₄) = с_эк(KOH) · V(KOH)

Отсюда

При решении задач по закону эквивалентов следует помнить:

1. Молярная масса эквивалентов сложного вещества может быть рассчитана по правилу сложения (аддитивности), т.е. равна сумме молярных масс эквивалентов структурных элементов, образующих данное вещество.

а) oксиды Э_nО_m, где Э - элемент; О – кислород.

М_эк(Э_nО_m) = М_эк(Э) + М_эк(О₂) М_эк(О₂) = 8 г/моль (35)

б) кислоты Н_nХ, где Н – водород; Х – кислотный остаток.

М_эк(Н_nХ) = М_эк(Н₂) + М_эк(Х) М_эк(Н₂) = 1 г/моль (36)

в) основания Ме(ОН)_n, где Ме – металл, ОН – гидроксильная группа

М_эк(Ме(ОН)_n) = М_эк(Ме) + М_эк(ОН) М_эк(ОН) = 17 г/моль (37)

г) соли Ме_nX_m, где Ме – металл; Х – кислотный остаток

М_эк(Ме_nX_m) = М_эк(Ме) + М_эк(Х) (38)

(38а)

Эквивалентное число кислотного остатка Х по величине равно его заряду.

д) гидриды МеН_n, где Ме – металл; Н – водород

М_эк(МеН_n) = М_эк(Ме) + М_эк(Н₂) М_эк(Н₂) = 1 г/моль (39)

2. Молярная масса эквивалентов элемента связана с абсолютной величиной степени окисления этого элемента в соединении соотношением:

, (40)

где М(Э) – молярная масса элемента, г/моль;

|С.О.(Э)| – степень окисления элемента по модулю.

3. Можно пользоваться схемой химического процесса, т.е. указывать только реагенты и продукты, не расставляя уравнивающие стехиометрические коэффициенты.

Например:

Ме + О₂ →Ме_nО_m (41)

Ме + кислота → Н₂ + соль (42)

кислота + основание → соль + вода (43)

Пример. При окислении 10,8 г металла образовалось 20,4 г оксида металла. Вычислите М_эк(Ме) и М_эк(Ме_nО_m).

Решение. Запишем схему процесса:

Ме + О₂ → Ме_nО_m

и закон сохранения массы:

m(O₂) + m(Me) = m(Ме_nО_m)

Отсюда m(O₂) = 20,4 – 10,8 =9,6 г

Согласно закону эквивалентов:

,

учитывая, что М_эк(О₂) = 8 г/моль-эк (см. табл. 4), находим:

Поскольку для оксидов М_эк(Э_nО_m) = М_эк(Э) + М_эк(О₂), то получаем

М_эк(Me_nO_m) = 9 + 8 = 17 г/моль-эк.

Пример. Рассчитать молярную массу эквивалентов и молярную массу металла, если в гидриде этого металла на 1 атом металла приходится 2 атома водорода, а массовая доля водорода в гидриде составляет 4,76 %.

Решение. Гидрид представляет собой соединение металла с водородом. Составим схему образования гидрида:

Ме + H₂ → Ме H₂

Запишем закон эквивалентов:

Чтобы рассчитать М_эк(Ме) необходимо знать m(Me) и m(H₂), а М_эк(Н₂) = 1 г/моль-эк (см.табл. 4).

Поскольку ω%(Ме) + ω%(Н₂) = 100%,

то w %(Me) = 100 – 4,74 = 95,24 %.

Если принять массу гидрида равной 100 г , то массы составляющих его элементов численно будут равны их массовым долям в соединении. Чтобы убедиться в этом, составим и решим пропорции относительно m(Me) и m(H₂):

m(MeH₂) ­ – 100%

m(Me) – w %(Me)

m(MeH₂) – 100%

m(H₂) – w %( H₂),

Подставляя в закон эквивалентов соответствующие значения, получаем:

Т.к. М_эк(Ме) и М(Ме) связана соотношением

то

С.О.(Ме) = +2 поскольку из условия задачи известно, что на 1 атом металла приходится 2 атома водорода, а степень окисления водорода в гидридах равна –1. Рассчитываем молярную массу металла:

М(Ме) = 20·2 = 40 г/моль.

ЗАДАЧИ

1.Вычислите: а) Vэк(N₂O₅);

б) Мэк(В): Ni₂O₃,MnSO₄,HCN;

в) Мэк(Со(ОН)₂) в реакции

2Co(OH)₂ + H₂SO₄ = (CoOH)₂SO₄ + 2H₂O.

2.В какой массе H₂SO₄ содержится столько же n_эк (H₂SO₄), сколько в 140 г Cr(OH)₃?

3. Определите степень окисления железа в сульфиде (Fe_xS_y), содержащим 53,85 % железа. C.O.(S) = –2.

4..Молярная масса эквивалентов некоторого металла равна

9,0 г/моль-эк. Определите объем кислорода (н.у.), необходимый для окисления 15,2 г этого металла. Рассчитайте массовую долю этого металла в его оксиде.

5.Оксид пятивалентного элемента содержит 43,67 % элемента. Определите атомную массу и назовите элемент.