Определение фактора эквивалентности и числа эквивалентности
В этом посте рассмотрим два важных понятия, без которых понимание темы «Химический эквивалент» будет неполным: f – фактор эквивалентности и z – эквивалентное число.
Определение фактора эквивалентности и эквивалентного числа проводится только для конкретной ситуации. На схеме показаны такие ситуации.ры, казано числа эквивалентности
Если вспомнить сопоставление стоимости товара с химической частицей, о котором шла речь здесь, то фактор эквивалентности будет показывать долю «товара» (долю реальной частицы), которая соответствует одному рублю (иону водорода или электрону).
Определение фактора эквивалентности связано с нахождением числа эквивалентности z. Они являются обратнозависимыми величинами.
f = 1/ z
Смысл числа эквивалентности заключается в том, что оно показывает сколько эквивалентов содержится в одной частице вещества. Или иначе говоря показывает «сколько рублей стоит тот или иной товар»
Разберем все сказанное выше на примерах.
Taк, для реакции полной нейтрализации эквивалент серной кислоты Э (H2S04) = 1/2 H2S04, т. e. эквивалентное число z = 2, a фактор эквивалентности f = 1/2.
Рассмотрим несколько наиболее распространенных химических реакций. B реакции:
OH-+ H+ = H2O
c одним ионом водорода реагирует один гидроксид-ион, следовательно, Э (OH-) = OH-. Реакцию нейтрализации можно записать в молекулярном виде:
Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H20
или в ионном:
Ca2+ + 2OH- +2H+ +2Cl- = Ca2+ +2Cl- + 2H20
В ионном уравнении сразу видно, что одному иону водорода соответствует 1/2 Ca2+, 1 OH-, 1 Cl-, т. e. ион водорода эквивалентен 1/2 иона кальция одному гидроксид-иону, одному иону хлора. Следовательно,
Э (Ca2+) = 1/2 Ca2+, Э (CI-) = CI-, Э (OH-) = OH-.
Попробуем записать уравнение этой реакции относительно одного иона водорода, тогда в уравнении реакции четко видно факторы эквивалентности:
1/2 Ca(OH)2 + HCI = 1/2 CaCl2+ H20
Если таким образом проанализировать различные уравнения реакций нейтрализации, то можно увидеть общие закономерности: для кислот эквивалентное число равно числу замещаемых в конкретной реакции ионов водорода, a для оснований – числу замещаемых гидроксид-ионов.
Для реакций, в которых принимают участие соли, определение фактора эквивалентности и эквивалентов можно определить косвенными методами, например:
AIC13 + 3 AgN03 = AI(N03)3 + 3AgC1.
Чтобы определить эквиваленты A1C13 и AgN03, введем вспомогательные реакции:
AlCl3 + 3HN03 = 3HCI + AI(N03)3
3AgN03 + 3HCI = 3AgC1 + 3HN03
AICI3 + 3AgN03 = AI(N03)3 + 3AgCl
Одному иону водорода эквивалентна 1/3 молекулы AICI3 x молекула AgN03, следовательно, Э(A1C13) = 1/3AICI3, a Э(AgN03)= AgN03.
Рассмотрев несколько реакций c участием солей, мы убедимся, что эквивалентное число для соли равно произведению количества замещаемых ионов металла на заряд катиона или произведению числа замещаемых анионов кислотных остатков на их заряд.
Теперь перейдем к окислительно-восстановительным процессам.
Cu2+ + 2e = Cu0.
B этом случае c одним ионом меди взаимодействуют два электрона, следовательно,
Э(Cu2+)=1/2Cu2+
Эквивалентное число для иона меди равно числу отдаваемых электронов. B общем случае эквивалентное число в окислительно-восстановительных реакциях определяется числом электронов, которые отдает одна частица восстановителя или принимает одна частица окислителя. Например, рассмотрим реакцию:
K2Cr207 + 14HC1 = 2CrCl3 + 7H20 + + 2KCI + 3Cl2;
Cr2072- + 14H+ + 6CI- = 2Cr3+ + 3CI2 + 7H20
Cr2072- + 14H++ 6e = 2Cr3++ 7H20
2C1- – 2e = CI2
По количеству электронов, участвующих в соответствующих полуреакциях, находим эквивалентные числа: z(Cr2072-) = 6; z(Cr3+) = 3; z(Cl-) = 1; z(C12) = 2.
A теперь определяем эквиваленты: Э(Cr2072-) = 1/6Cr2072-; Э(Cr3+) = 1/3Cr3+; Э(CI-) = Cl-; Э(Cl2) = 1/2Cl2.
Для веществ, в состав которых входят указанные ионы можем записать: Э(K2Cr207) = 1/6K2Cr207; Э(CrCl3) = 1/3CrC13; Э(HCl) = HCI.
Задача 3.
По заданному условию для газа определите все остальные его параметры (незаполненные графы). Привести все расчеты, ответ представить в виде фрагмента данной таблицы.
| Вариант | Газ | Масса, г | Объем, л | Абсолютная масса одной молекулы | Количество вещества, моль | Число молекул | |
| При p=100 кПа | При н.у. | ||||||
| O2 | |||||||
| H2 | |||||||
| Cl2 | |||||||
| CH4 | |||||||
| F2 | 3∙1023 | ||||||
| SO2 | 0,1 | ||||||
| H2S | 1∙1023 | ||||||
| Cl2O | |||||||
| NO | |||||||
| N2O | 0,5 | ||||||
| NO2 | 1,5∙1023 | ||||||
| PH3 | 2,41 | ||||||
| CO | 0,2 | ||||||
| CO2 | 6,02 | ||||||
| N2 | |||||||
| C2H6 | 0,5 | ||||||
| H2 | 1,5 | ||||||
| C3H8 | 0,6∙1020 | ||||||
| NH3 | 4,82 | ||||||
| C2H2 | |||||||
| C4H10 | 1,5 | ||||||
| Ar | |||||||
| He | 0,5∙1023 | ||||||
| HCl | 1,205 | ||||||
| C2H4 |
PV=(m/M)*RT –ур-е Менделеева –Клапейрона
Количество молей = число частиц/ NA=m/M
PV/T=P1V1/T1
1 моль в-ва =молек.массе в-ва - содержит 6,02*1023 частиц (число Авогадро, NA)
Для определения массы молекулы m 0 нужно разделить массу m вещества на число N молекул в нем:
. (23.5)
Таким образом, чтобы найти массу молекулы вещества, нужно знать молярную массу вещества M и постоянную Авогадро N A. Молярная масса вещества обычно определяется химическими методами, постоянная Авогадро с высокой степенью точности определена несколькими физическими методами.
МОЛЬ - это КОЛИЧЕСТВО ВЕЩЕСТВА, равное 6,02.1023 структурных единиц данного вещества – молекул (если вещество состоит из молекул), атомов (если это атомарное вещество), ионов (если вещество является ионным соединением).
Примеры:
1 моль (1 М) воды = 6 . 1023 молекул Н2О,
1 моль (1 М) железа = 6 . 1023 атомов Fe,
1 моль (1 М) хлора = 6 . 1023 молекул Cl2,
1 моль (1 М) ионов хлора Cl- = 6 . 1023 ионов Cl-.
1 моль (1 М) электронов е- = 6 . 1023 электронов е-.
Теперь мы имеем удобную единицу количества вещества моль, с помощью которой легко отмерять равные порции молекул или атомов простым взвешиванием.
Разумеется, если мы увеличим или уменьшим взятое нами количество воды (18 г) и оксида кальция (56 г) в одинаковое количество раз, то и порции реагирующих молекул уменьшатся или возрастут во столько же раз.
Допустим, 1,8 г воды полностью прореагируют с 5,6 г СаО, а 180 г Н2О тоже без остатка прореагируют с 560 г СаО. Другими словами 0,1 моль воды прореагирует с 0,1 моль СаО, а 10 моль воды прореагируют с 10 моль СаО и т.д.
Как мы видим, масса одного моля какого-нибудь вещества (в граммах) числено совпадает с молекулярной или атомной массой этого вещества (в а.е.м. или в безразмерном выражении - как в случае относительной атомной или молекулярной массы). Это очень удобно для химических расчетов.
Например, молекулярная масса (молекулярный вес) метана CH4 составляет (12 + 4) = 16 а.е.м. Тогда для реакции горения метана:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
справедливо, что из 1 моля метана получаются 2 моля воды и что из 16 г метана получается 2 . 18 = 36 г воды.
Масса одного моля вещества называется МОЛЯРНОЙ МАССОЙ. Она бозначается буквой М и имеет размерность г/моль. Количество молей вещества n находят из отношения массы m этого вещества (г) к его молярной массе М (г/моль).
Например, число молей в m г воды составляет: n = m /18. Для m г металлического натрия: n = m /23, и так далее.
И наоборот, массу вещества определяют как произведение молярной массы на количество вещества: m = n . M. Так, масса 0,1 моля Na составляет 0,1 моль×23 г/моль = 2,3 г.
Молярная масса численно всегда совпадает с молекулярной массой (или атомной массой - если вещество состоит не из молекул, а из атомов). В таблице 5-1 для иллюстрации приведены молярные массы М для нескольких веществ разного строения.
Таблица 5-1. Молярные массы различных веществ.
| Вещество | Молекулярная или атомная масса (округлена) | молярная масса М |
| Вода Н2О | 18 а.е.м | 18 г/моль |
| СаО | 56 а.е.м. | 56 г/моль |
| Углерод 12С | 12 а.е.м. | 12 г/моль |
| Медь Cu | 63,5 a.e.м. | 63,5 г/моль |
| Атом хлора Сl | 35,5 а.е.м. | 35,5 г/моль *) |
| Ион хлора Cl– | 35,5 а.е.м | 35,5 г/моль |
| Молекула хлора Cl2 | 71 а.е.м | 71 г/моль *) |
*) Атомарный хлор и молекулярный хлор - разные вещества, обладающие разными физическими и химическими свойствами.
Как мы видим, термины "молекулярная масса" и "молярная масса" применимы не только к веществам молекулярного строения, но и к атомарным и ионным веществам. В таблице 5-1 каждая из указанных в правой колонке “порций” вещества содержит 6,02×1023 структурных единиц этих веществ.
Молярная масса М – постоянная величина для каждого конкретного вещества. Без неё не обойтись при вычислении количества молей (n). Однако в дальнейшем для нас основным рабочим инструментом будет именно МОЛЬ вещества.
http://av-physics.narod.ru/molecule/molecule-mass.htm
Задача 4.
Рассчитайте: а) массовую долю растворенного вещества; б) молярную концентрацию; в) молярную концентрацию эквивалента; г) титр; д) мольную долю растворенного вещества растворов, полученных при растворении веществ в воде.
| Вариант | Растворенное вещество | Объем воды, мл | Плотность раствора, г/мл | |
| формула | масса | |||
| H3PO4 | 1,036 | |||
| KOH | 1,280 | |||
| HNO3 | 1,210 | |||
| H2SO4 | 1,037 | |||
| NaOH | 1,090 | |||
| HCl | 1,100 | |||
| H3PO4 | 1,113 | |||
| KOH | 1,137 | |||
| HNO3 | 1,090 | |||
| H2SO4 | 1,120 | |||
| NaOH | 1,250 | |||
| HCl | 1,050 | |||
| H3PO4 | 1,210 | |||
| KOH | 1,220 | |||
| HNO3 | 1,070 | |||
| H2SO4 | 1,350 | |||
| NaOH | 1,430 | |||
| HCl | 1,150 | |||
| H3PO4 | 1,181 | |||
| KOH | 1,050 | |||
| HNO3 | 1,370 | |||
| H2SO4 | 1,037 | |||
| NaOH | 1,055 | |||
| HCl | 1,075 | |||
| H3PO4 | 1,028 |
Плотность воды = 0,998 г/см3=1г/см3
Массовая доля
Массовая доля — отношение массы растворённого вещества к массе раствора. Массовая доля измеряется в долях единицы или в процентах.
,
где:
- m1 — масса растворённого вещества, г;
- m — общая масса раствора, г.
Массовое процентное содержание компонента, m%
m%=(mi/Σmi)*100
В бинарных растворах часто существует однозначная (функциональная) зависимость между плотностью раствора и его концентрацией (при данной температуре). Это даёт возможность определять на практике концентрации важных растворов с помощью денсиметра (спиртометра, сахариметра, лактометра). Некоторые ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора (спирта, жира в молоке, сахара). Следует учитывать, что для некоторых веществ кривая плотности раствора имеет максимум, в этом случае проводят 2 измерения: непосредственное, и при небольшом разбавлении раствора.
Часто для выражения концентрации (например, серной кислоты в электролите аккумуляторных батарей) пользуются просто их плотностью. Распространены ареометры (денсиметры, плотномеры), предназначенные для определения концентрации растворов веществ.
| Пример. Зависимость плотности растворов H2SO4 от её массовой доли в водном растворе при 25 °C[ источник не указан 174 дня ] | ||||||||||||
| ω, % | ||||||||||||
| ρ H2SO4, г/мл | 1,032 | 1,066 | 1,102 | 1,139 | 1,219 | 1,303 | 1,395 | 1,498 | 1,611 | 1,727 | 1,814 | 1,834 |
Править] Объёмная доля
Основная статья: Объёмная доля
Объёмная доля — отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах.
,
где:
- V1 — объём растворённого вещества, л;
- V — общий объём раствора, л.
Как и было указано выше, существуют ареометры, предназначенные для определения концентрации растворов определённых веществ. Такие ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора. Для распространённых растворов этилового спирта, концентрация которых обычно выражается в объёмных процентах, такие ареометры получили название спиртомеров или андрометров.
[править] Молярность (молярная объёмная концентрация)
Молярная концентрация — количество растворённого вещества (число молей) в единице объёма раствора. Молярная концентрация в системе СИ измеряется в моль/м³, однако на практике её гораздо чаще выражают в моль/л или ммоль/л. Также распространено выражение в «молярности». Возможно другое обозначение молярной концентрации 
, которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным. Примечание: единица «моль» не склоняется по падежам. После цифры пишут «моль», подобно тому, как после цифры пишут «см», «кг» и т. д.
,
где:
- ν — количество растворённого вещества, моль;
- V — общий объём раствора, л.
[править] Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента, или просто «нормальность»)
Нормальная концентрация — количество эквивалентов данного вещества в 1 литре раствора. Нормальную концентрацию выражают в моль-экв/л или г-экв/л (имеется в виду моль эквивалентов). Для записи концентрации таких растворов используют сокращения «н» или «N». Например, раствор содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.
,
где:
- ν — количество растворённого вещества, моль;
- V — общий объём раствора, л;
- z — число эквивалентности (фактор эквивалентности
).
Нормальная концентрация может отличаться в зависимости от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный раствор H2SO4 будет однонормальным, если он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата калия KHSO4, и двухнормальным в реакции с образованием K2SO4.
