8. Количественный состав сложного вещества. Массовая доля элемента, ее расчет по формуле веществ

Массовая доля вещества A в системе – отношение его массы к массе всей системы (часто эту величину выражают в %):

_A =  100%

Все задачи, связанные с расчетами по массовым долям, следует решать, используя эту формулу. Чтобы избежать досадных технических ошибок, рекомендуем при проведении расчетов сразу же % перевести в доли.

Объемная доля компонента – отношение объема компонента к объему всей системы:

Мольная доля компонента – отношение количества вещества (моль) компонента A к общему количеству молей всех компонентов системы:

9. Химический эквивалент, фактор эквивалентности, молярная масса эквивалента. Закон эквивалентов

Эквивалент­­­­­­^­­___это реальная или условная частица вещества Х, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному водороду или в данной окислительно-восстановительной реакции одному электрону.

Например, в реакции 2HCl + Ca(OH)₂ =CaCl₂ + 2H₂O двум атомам водорода в НСl соответствует одна частица Ca(OH)₂. Следовательно, одному атому водорода эквивалентна условная частица, равная 1/2 Ca(OH)₂ .Это и будет эквивалентом гидроксида кальция. Число ½ носит название фактора эквивалентности, которой обозначается символом f _экв.

Фактор эквивалентности f _экв. – это число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции. Фактор эквивалентности может равняться единице или быть меньше её f _экв. ≤ 1.

f _экв.(Х) =1/ Z ,

Z - абсолютное значение степени окисления элемента или число электронов, перешедших от восстановителя к окислителю.

Для кислоты фактор эквивалентности f_экв равен обратной величине её основности (число ионов Н⁺ в молекуле кислоты, которое замещается в реакции на металл):

f _экв(кислоты) =1/N(Н⁺) 1.1

Для основания фактор эквивалентности f _экв равен обратной величине его кислотности (число ионов ОН^- в молекуле основания, которые в реакции замещаются на кислотные остатки):

f _экв(основания) =1/N(ОН^-) 1.2

Фактор эквивалентности одного и того же вещества в разных реакциях может быть различным. Это видно из следующего примера.

H₃PO₄ + 3KOH = K₃PO₄ + 3H₂O

В данной реакции нейтрализации фосфорной кислоты, три иона Н⁺ замещаются на К⁺, т.е.(Н⁺)=3. Следовательно, согласно формуле (1.1) фактор эквивалентности фосфорной кислоты будет равен:

f _экв(H₃PO₄) = 1/N(Н⁺)=1/3

Если же реакция протекает по уравнению H₃PO₄ + 2KOH = K₂НPO₄ + 2H₂O

То f _экв(H₃PO₄) = 1/N(Н⁺)=1/2

Для эквивалентов как условных частиц можно рассчитать молярную массу и количество вещества.

Молярная масса эквивалента вещества Х (г/моль) – масса 1 моль эквивалента этого вещества- это есть произведение фактора эквивалентности на молярную массу этого вещества:

М_экв(Х) = f _экв(Х) ∙ М(Х) = 1/Z(Х) ∙ М(Х) 1.3

Молярную массу эквивалента можно называть также эквивалентной массой.

Количество вещества (моль) – отношение массы вещества к молярной массе его эквивалента:

n (f _эквХ) = m(Х) / М_экв(Х) 1.4

Количественные соотношения между эквивалентами веществ, участвующих в химической реакции, задаются законом эквивалентов.

Для реакции А+В=С+D согласно этому закону

n_экв (А) = n_экв (В) = n_экв (С) = n_экв (D) т.е. вещества взаимодействуют и образуются в количествах, которые равны количествам веществ эквивалентов.

Таким образом, для взаимодействующих веществ А и В можно записать:

n_экв (А) = n_экв (В).

Используя формулу(1.4), получаем

m (A) = m (B)

М_экв(A) М_экв(B) или m(A) = М_экв(A)

m(B) М_экв(B) 1.5

Соотношение (1.5) является следствием закона эквивалентов, т.е. массы реагирующих веществ относятся между собой как их молярные массы эквивалентов.

Эквивалентным объёмом называется объём, занимаемый при данных условиях 1 эквивалентом вещества. Значение эквивалентного объёма вещества, находящегося в газообразном состоянии, можно найти, зная, что в мольном объёме любого газа, состоящего из одноатомных молекул, содержится 1 моль атомов, состоящего из двухатомных молекул - 2 моля атомов и т.д. Так, в 22,4л Н₂ содержатся при нормальных условиях 2 моля атомов водорода. Поскольку эквивалент водорода равен 1 моль, то в 22,4л Н₂ содержатся 2 эквивалента водорода; значит, эквивалентный объём водорода равен 22,4/2=11,2л/моль.