Более подробно о расчетах в объемном анализе см. соответствующую тему справочника по химии: Расчеты в объемном анализе
Эквивалент – это реальная или условная частица, которая в кислотно-основных реакциях присоединяет (или отдает) один ион Н+ или ОН–, в окислительно-восстановительных реакциях принимает (или отдает) один электрон, реагирует с одним атомом водорода или с одним эквивалентом другого вещества. Например, рассмотрим следующую реакцию:
H3PO4 + 2KOH ® K2HPO4 + 2H2O.
В ходе этой реакции только два атома водорода замещаются на атомы калия, иначе, в реакцию вступают два иона Н+ (кислота проявляет основность 2). Тогда по определению эквивалентом H3PO4 будет являться условная частица 1/2H3PO4, т.к. если одна молекула H3PO4 предоставляет два иона Н+, то один ион Н+ дает половина молекулы H3PO4.
С другой стороны, на реакцию с одной молекулой ортофосфорной кислотой щелочь отдает два иона ОН–, следовательно, один ион ОН– потребуется на взаимодействие с 1/2 молекулы кислоты. Эквивалентом кислоты является условная частица 1/2Н3РО4, а эквивалентом щелочи частица КОН.
Число, показывающее, какая часть молекулы или другой частицы вещества соответствует эквиваленту, называется фактором эквивалентности (f Э). Фактор эквивалентности – это безразмерная величина, которая меньше, либо равна 1. Формулы расчета фактора эквивалентности приведены в таблице 1.1.
Таким образом, сочетая фактор эквивалентности и формульную единицу вещества, можно составить формулу эквивалента какой-либо частицы, где фактор эквивалентности записывается как химический коэффициент перед формулой частицы:
| f Э (формульная единица вещества) º эквивалент |
В примере, рассмотренном выше, фактор эквивалентности для кислоты, соответственно, равен 1/2, а для щелочи КОН равен 1.
Между H3PO4 и КОН также могут происходить и другие реакции. При этом кислота будет иметь разные значения фактора эквивалентности:
H3PO4 + 3KOH ® K3PO4 + 3H2O f Э(H3PO4) = 1/3
H3PO4 + KOH ® KН2PO4 + H2O f Э(H3PO4) = 1.
Следует учитывать, что эквивалент одного и того же вещества может меняться в зависимости от того, в какую реакцию оно вступает. Эквивалент элемента также может быть различным в зависимости от вида соединения, в состав которого он входит. Эквивалентом может являться как сама молекула или какая-либо другая формульная единица вещества, так и ее часть.
Таблица 1.1 – Расчет фактора эквивалентности
| Частица | Фактор эквивалентности | Примеры |
| Элемент |  ,
где В (Э) – валентность элемента
| 
|
| Простое вещество |  ,
где n (Э) – число атомов элемента (индекс в химической формуле), В (Э) – валентность элемента
| f Э(H2) = 1/(2×1) = 1/2; f Э(O2) = 1/(2×2) = 1/4; f Э(Cl2) = 1/(2×1) = 1/2; f Э(O3) = 1/(3×2) = 1/6 |
| Оксид | ,
где n (Э) – число атомов элемента (индекс в химической формуле оксида), В (Э) – валентность элемента
| f Э(Cr2O3) = 1/(2×3) = 1/6; f Э(CrO) = 1/(1×2) = 1/2; f Э(H2O) = 1/(2×1) = 1/2; f Э(P2O5) = 1/(2×5) = 1/10 |
| Кислота |  ,
где n (H+) – число отданных в ходе реакции ионов водорода (основность кислоты)
| f Э(H2SO4) = 1/1 = 1 (основность равна 1) или f Э(H2SO4) = 1/2 (основность равна 2) |
| Основание |  ,
где n (ОH–) – число отданных в ходе реакции гидроксид-ионов (кислотность основания)
| f Э(Cu(OH)2) = 1/1 = 1 (кислотность равна 1) или f Э(Cu(OH)2) = 1/2 (кислотность равна 2) |
| Соль |  ,
где n (Ме) – число атомов металла (индекс в химической формуле соли), В (Ме) – валентность металла; n (А) – число кислотных остатков, В (А) – валентность кислотного остатка
| f Э(Cr2(SO4)3) = 1/(2×3) = 1/6 (расчет по металлу) или f Э(Cr2(SO4)3) = 1/(3×2) = 1/6 (расчет по кислотному остатку) |
| Частица в окислительно-восстановительных реакциях |  ,
где  – число электронов, участвующих в процессе окисления или восстановления
| Fe2+ + 2  ® Fe0
f Э(Fe2+) =1/2;
MnO4– + 8H+ + 5 ® ® Mn2+ + 4H2O
f Э(MnO4–) = 1/5
|
| Ион |  ,
где z – заряд иона
| f Э(SO42–) = 1/2 |
Пример. Определите фактор эквивалентности и эквивалент у солей: а) ZnCl2, б) КНСО3, в) (MgOH)2SO4.
Решение: Для расчетов воспользуемся формулами, приведенными в таблице 1.1.
а) ZnCl2 (средняя соль):
.
f Э(ZnCl2) = 1/2, поэтому эквивалентом ZnCl2 является частица 1/2ZnCl2.
б) КНСО3 (кислая соль):
.
f Э(КНСО3) = 1, поэтому эквивалентом КНСО3 является частица КНСО3.
в) (MgOH)2SO4 (основная соль):
.
f Э((MgOH)2SO4) = 1/2, поэтому эквивалентом (MgOH)2SO4 является частица 1/2(MgOH)2SO4.
Задача 5.
Рассчитайте, сколько миллилитров крепкого раствора I нужно взять, чтобы путем разбавления его водой приготовить заданный объем раствора II указанной концентрации.
| Вариант | Раствор I | Раствор II | ||||
| вещество | концентрация | ρ, г/мл | объем, мл | концентрация | ρ, г/мл | |
| Н3РО4 | ω = 10% | 1,053 | сэк = 0,1 моль/л | - | ||
| СаС12 | сэк = 0,1 моль/ л | - | Т = 0,001 г/мл | - | ||
| А1С13 | сэк = 0,1 моль/л | - | с = 0,01 моль/л | - | ||
| КОН | с = 2 моль/л | 1,095 | ω = 4% | 1,035 | ||
| ВаС12 | Т = 0,02 г/мл | - | сэк = 0,1 моль/л | - | ||
| CuSO4 | сэк = 0,2 моль/л | - | с = 0,05 моль/л | - | ||
| H2SO4 | ω = 15% | 1,12 | ω = 8% | 1,055 | ||
| Na2CO3 | с = 1,0 моль/л | - | Т = 0,001 г/мл | - | ||
| A1(NO3)2 | сэк = 0,5 моль/л | - | с = 0,1 моль/л | - | ||
| NaOH | ω = 5% | 1,055 | сэк = 0,09 моль/л | - | ||
| Ca(NO3)2 | Т = 0,2 г/мл | - | с = 1,1 моль/л | - | ||
| CdCl2 | с = 0,1 моль/л | - | T = 0,001 г/мл | - | ||
| HC1 | ω = 20% | 1,100 | сэк = 0,1 моль/л | - | ||
| CoCl2 | с = 0,5 моль/л | - | сэк = 0,2 моль/л | - | ||
| CrCl3 | Т = 0,01 г/мл | - | с = 0,01 моль/л | - | ||
| HNO3 | ω = 20% | 1,115 | с = 0,01 моль/л | - | ||
| FeCl3 | сэк = 0,5 моль/л | - | Т = 0,005 г/мл | - | ||
| K2CO3 | с = 0,05 моль/л | - | сэк = 0,03 моль/л | - | ||
| KOH | Т = 0,2 г/мл | - | ω = 10% | 1,095 | ||
| K2S | сэк = 4 моль/л | - | с = 0,5 моль/л | - | ||
| Mg(NO3)2 | с = 3 моль/л | - | сэк = 0,5 моль/л | - | ||
| H2SO4 | ω = 96% | 1,840 | 10 000 | T = 0,01 г/мл | - | |
| Na2S | сэк = 2,5 моль/л | - | с = 0,5 моль/л | - | ||
| K2SO4 | с = 0,6 моль/л | - | сэк = 1 моль/л | - | ||
| NaOH | T = 0,1 г/мл | - | ω = 5% | 1,055 |
TV=m=CVM
m раствора=плотность*объем
mв-ва=m раствора*w
mв-ва=mр-ра*w
Vр-ра=mр-ра/плотность
| Ceq | = | С |
| ----- | ||
| feq |
Моль/л
Таблица 1.1 – Расчет фактора эквивалентности
| Частица | Фактор эквивалентности | Примеры |
| Элемент | ,
где В (Э) – валентность элемента
|
|
| Простое вещество | ,
где n (Э) – число атомов элемента (индекс в химической формуле), В (Э) – валентность элемента
| f Э(H2) = 1/(2×1) = 1/2; f Э(O2) = 1/(2×2) = 1/4; f Э(Cl2) = 1/(2×1) = 1/2; f Э(O3) = 1/(3×2) = 1/6 |
| Оксид | ,
где n (Э) – число атомов элемента (индекс в химической формуле оксида), В (Э) – валентность элемента
| f Э(Cr2O3) = 1/(2×3) = 1/6; f Э(CrO) = 1/(1×2) = 1/2; f Э(H2O) = 1/(2×1) = 1/2; f Э(P2O5) = 1/(2×5) = 1/10 |
| Кислота | ,
где n (H+) – число отданных в ходе реакции ионов водорода (основность кислоты)
| f Э(H2SO4) = 1/1 = 1 (основность равна 1) или f Э(H2SO4) = 1/2 (основность равна 2) |
| Основание | ,
где n (ОH–) – число отданных в ходе реакции гидроксид-ионов (кислотность основания)
| f Э(Cu(OH)2) = 1/1 = 1 (кислотность равна 1) или f Э(Cu(OH)2) = 1/2 (кислотность равна 2) |
| Соль | ,
где n (Ме) – число атомов металла (индекс в химической формуле соли), В (Ме) – валентность металла; n (А) – число кислотных остатков, В (А) – валентность кислотного остатка
| f Э(Cr2(SO4)3) = 1/(2×3) = 1/6 (расчет по металлу) или f Э(Cr2(SO4)3) = 1/(3×2) = 1/6 (расчет по кислотному остатку) |
| Частица в окислительно-восстановительных реакциях | ,
где – число электронов, участвующих в процессе окисления или восстановления
| Fe2+ + 2 ® Fe0
f Э(Fe2+) =1/2;
MnO4– + 8H+ + 5 ® ® Mn2+ + 4H2O
f Э(MnO4–) = 1/5
|
| Ион | ,
где z – заряд иона
| f Э(SO42–) = 1/2 |
