Количественный анализ основы титриметрического метода анализа Химический эквивалент

Химическим эквивалентом называется условная или реальная частица вещества, которая может присоединять, высвобождать или другим способом быть эквивалентна катиону водорода в ионообменных реакциях или электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

В роли химического эквивалента может выступать молекула (формульная единица), атом или ион вещества. В этом случае эквивалент является реально существующей частицей. Но часто он представляет собой условную частицу, которая в целое число раз меньше молекулы (формульной единицы), атома или иона вещества.

Одному и тому же веществу Х может соответствовать несколько химических эквивалентов. Определить, что именно представляет собой химический эквивалент Х (реальную частицу или какую-то часть её), можно только, исходя из конкретной химической реакции, в которой это вещество участвует.

Число, показывающее, какую часть реальной частицы вещества Х составляет его химический эквивалент, называется фактором эквивалентности и обозначаетсяf_экв.(Х).

Фактор эквивалентности вещества является безразмерной величиной и определяется по формуле

где z* – число эквивалентности вещества.

В реакциях ионного обмена для кислоты число эквивалентности равно числу ионов Н⁺, замещённых в её молекуле на ионы металла илиNH₄⁺.

У одноосновных кислот (HCl,HNO₃, и т.д.) число эквивалентности всегда равно единице. Для многоосновных кислот (H₃PO_4, H₂Sи т.д.) оно может принимать несколько значений, в зависимости от количества замещенных ионов водорода в их молекулах.

Для основания в реакциях ионного обмена число эквивалентности равно количеству ионов ОН^-, замещённых в его формульной единице на кислотные остатки.

У однокислотных оснований (КОН, NaOHи т.д.) число эквивалентности всегда равно единице. Многокислотные основания (Al(OH)₃,Ba(OH)₂и т.д.) могут иметь несколько значений числа эквивалентности.

Для соли число эквивалентности равно произведению числа ионов металла (или NH₄⁺), содержащихся в её формульной единице, на заряд одного такого иона.

В общем случае эквивалент любого вещества Х записывается следующим образом 1/z*(X).

Поясним вышесказанное на примере следующих реакций:

1. H₃PO₄ + 3KOH = K₃PO₄ + 3H₂O

f_экв.(H₃PO₄) = f_экв.(KOH) = 1

Химическими эквивалентами исходных веществ будут, соответственно:

1/3 (H₃PO₄) составляет 1/3 часть молекулы;

1(KOH) совпадает с формульной единицей вещества.

В реакции на одну молекулу Н₃РО₄ расходуется три формульных единицы КОН, но на 1·3 = 3 химических эквивалента Н₃РО₄ расходуется такое же количество химических эквивалентов (3·1 = 3) КОН.

2. H₃PO₄ + Ca(OH)₂ = CaHPO₄ + 2H₂O

f_экв.(H₃PO₄) = f_экв.( Ca(OH)₂) =

Химическими эквивалентами исходных веществ будут, соответственно:

(H₃PO₄) составляет 1/2 часть молекулы;

(Ca(OH)₂) составляет 1/2 часть формульной единицы.

В реакции на одну молекулу Н₃РО₄ расходуется одна формульная единица Ca(OH)₂, но на 1·2 =2 химических эквивалента Н₃РО₄ расходуется такое же количество химических эквивалентов (1·2 = 2) Ca(OH)₂.

3. Al(OH)₃ + 2HCl = AlOHCl₂ + 2H₂O

f_экв.(Al(OH)₃) = f_экв.( HCl) = 1

Химическими эквивалентами исходных веществ будут соответственно:

(Al(OH)₃) составляет 1/2 часть формульной единицы;

1(HCl) совпадает с молекулой вещества.

В реакции на одну формульную единицу Al(OH)₃ расходуется две молекулы HCl, но на 1·2=2 химических эквивалента Al(OH)₃ расходуется такое же количество химических эквивалентов (1· 2=2)HCl.

4. Al₂(SO₄)₃ + 3BaCl₂ = 3BaSO₄↓ + 2AlCl₃

f_экв.(Al₂(SO₄)₃) =f_экв.( BaCl₂) =

Химическими эквивалентами исходных веществ будут, соответственно:

(Al₂(SO₄)₃) составляет 1/6 часть формульной единицы;

(BaCl₂) составляет 1/2 часть формульной единицы.

В реакции на одну формульную единицу Al₂(SO₄)₃ расходуется три формульных единицы BaCl₂, но на 1·6=6 химических эквивалентов Al₂(SO₄)₃ расходуется такое же количество химических эквивалентов (3·2 = 6) BaCl₂.

Для вещества Х, участвующего в окислительно-восстановительной реакции (ОВР), z* является величиной, равной числу электронов, которые одна его молекула (формульная единица) присоединяет (если Х является окислителем) или отдаёт (если Х является восстановителем) в ходе реакции.

Например, в реакциях:

1) 3H₂S^-2 + 2 HN⁺⁵ O₃ = 3S⁰ + 2N⁺² O + 4 H₂O

_{восстановитель окислитель}

S^-2- 2ē =S⁰2 3

6

N⁺⁵ + 3ē = N⁺² 3 2

f_экв.( H₂S)= ; f_экв.( HNO₃)=.

Химическими эквивалентами исходных веществ будут, соответственно:

(H₂S) составляет 1/2 часть молекулы,

(HNO₃) составляет 1/3 часть молекулы.

В реакции на три молекулы H₂S расходуется две молекулы HNO₃, но на 3·2=6 химических эквивалентов H₂S расходуется такое же количество химических эквивалентов (2·3=6) HNO₃.

2) 5H₂C₂⁺³O₄+2KMn⁺⁷O₄+3Н₂SО₄=10C⁺⁴O₂+K₂SO₄+ 2Mn⁺²SO₄ +8H₂O

_{восстановитель окислитель}

2С⁺³- 2ē = 2С⁺⁴ 2 5

10

Mn⁺⁷ + 5ē = Mn⁺² 5 2

f_экв.( H₂C₂O₄ )= ; f_экв.( KMnO₄) = .

Химическими эквивалентами исходных веществ будут, соответственно:

(H₂C₂O₄) составляет 1/2 часть молекулы;

(KMnO₄) составляет 1/5 часть формульной единицы.

В реакции на пять молекул H₂C₂O₄ расходуется две формульных единицы KMnO₄, но на 5·2=10 химических эквивалентов H₂C₂O₄ расходуется такое же количество химических эквивалентов (2·5=10) KMnO₄.

3) 2С⁰+ 2HN⁺⁵O₃= 2C⁺⁴O₂ +N₂⁺¹O+H₂O

_{восстановитель окислитель}

С⁰- 4ē = С⁺⁴ 4 2

8

2N⁺⁵+ 8ē = 2N⁺¹ 8 1

f_экв.(С)= ;f_экв.(HNO₃)= .

Химическими эквивалентами исходных веществ будут, соответственно:

(С) составляет ¼ часть атома;

(HNO₃) составляет 1/4 часть молекулы.

В реакции на два атома С расходуется две молекулы HNO₃ и на 2·1=2 химических эквивалента С расходуется такое же количество химических эквивалентов (2·1=2) HNO₃.

Количества прореагировавших молекул (формульных единиц) исходных веществ в большинстве химических реакций не относятся друг к другу как 1:1. Исключение составляют те случаи, когда в уравнении реакции перед формулами реагентов стоят одинаковые стехиометрические коэффициенты. Но в любой химической реакции количества расходованных химических эквивалентов исходных веществ равны между собой.