Какие преимущества имеют стехиометрические расчеты с использованием закона эквивалентов? Эквивалент и закон эквивалентов 1.1. Масса и количество вещества
Массу вещества в химии измеряют в граммах, а количество - в молях.
Моль - количество вещества, которое содержит столько структурных единиц (молекул, атомов, ионов, эквивалентов и т.д.), сколько атомов содержится в 0,012 кг (12 г) углерода-12.
При использовании термина ''моль'' следует указывать частицы, к которым относится этот термин. Соответственно, можно говорить: ''моль молекул'', ''моль атомов'', ''моль ионов'', ''моль эквивалентов'' и т.д. Например, моль молекул водорода, моль атомов водорода, моль ионов водорода, моль эквивалентов водорода. Так как 12 г углерода-12 содержит ~ 6,022∙1023 атомов углерода (постоянная Авогадро), то моль - количество вещества, которое содержит 6,022∙10 23 структурных элементов (молекул, атомов, ионов, эквивалентов и т.д.).
Отношение массы вещества к количеству вещества называют молярной массой, М. Другими словами, молярная масса - это масса одного моля вещества. Основной единицей молярной массы в системе СИ является кг/моль, в химической практике - г/моль. Например, молярная масса лития М(Li) = 6,939 г/моль, молярная масса метана М(СН 4) = 16,043 г/моль. Если вместо слов ''атомная масса лития'' сказать ''молярная масса лития'' - ошибки не будет.
Для газообразных веществ отношение объема вещества к количеству вещества называют молярным объемом, V М. Другими словами, молярный объем - это объем одного моля газообразного вещества. Это величина постоянная. Для любого газообразного вещества при нормальных условиях (н.у.: Т 0 = 273 К, Р 0 = 101,3 кПа или 760 мм рт. ст.) V М = 22,4 л.
1.2. Расчеты эквивалентов
Эквивалент (Э) - это реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образом эквивалентна одному иону водорода (Н+) в ионообменных реакциях или одному электрону (е-) в окислительно-восстановительных реакциях.
Например, в реакции:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
эквивалентом будет реальная частица - ион Na+, в реакции
Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O
эквивалентом будет являться условная (мнимая) частица 1/2Zn(OH)2.
Так же, как в случае молекул, атомов или ионов, эквивалент описывают с помощью химических формул. Например, гидроксид калия во всех обменных реакциях может присоединять один ион водорода, следовательно, эквивалентом гидроксида калия будет молекула КОН. Э={КОН}. Эквивалентом соляной кислоты в ионообменных реакциях будет НСl. Э={НСl}. Цинк может окисляться только до Zn 2+, следовательно, в окислительно-восстановительных реакциях эквивалентом цинка будет условная величина, половина его атома или иона, Э=1/2{Zn}. Для фосфорной кислоты Э=1/3{Н 3 РО 4 }. Это химическая формула эквивалента.
Число, обозначающее, какая доля от реальной частицы эквивалентна одному иону водорода или одному электрону, получила название фактора эквивалентности, fЭ.
Так, в рассматриваемых случаях эквивалентом гидроксида калия будет молекула КОН и f Э (КОН) = 1, f Э (НСl) = 1, а эквивалентом иона Zn 2+ будет половина иона Zn 2+, f Э (Zn) = 1/2.
Масса одного моля эквивалентов называется молярной массой эквивалентов вещества (эквивалентной массой) М Э . Она рассчитывается, как произведение фактора эквивалентности на молярную массу вещества:
М Э =f Э ∙М (г/моль) (1)
Молярная масса эквивалента сложного вещества равна сумме молярных масс эквивалентов образующих его составных частей.
Газообразные вещества помимо молярной массы эквивалента имеют молярный объем эквивалента, V Э, (или эквивалентный объем) - объем, занимаемый молярной массой эквивалента или объем одного моль эквивалента.
Он измеряется в литрах и вычисляется (при н.у., Т 0 = 273 К, Р 0 = 760 мм рт. ст. или 101,3 кПа), как произведение фактора эквивалентности на молярный объем газа:
V Э = f Э ∙Vм = f Э ∙22,4 (л) (2)
Физический смысл эквивалента заключается в том, что эквивалент характеризует реакционные возможности вещества: сколько именно ионов водорода или эквивалентных ему однозарядных частиц может использовать молекула (ион) вещества в ионообменных реакциях, или сколько именно электронов потребуется для превращения этой молекулы (иона) в окислительно-восстановительных реакциях (ОВР).
Максимальное содержание эквивалентов в молекуле вещества, как в ионообменных реакциях, так и в ОВР можно определить по формулам, рассматривая состав соединения.
Пример 1. В обменных реакциях при максимальном содержании эквивалентов в молекуле определить: а) фактор эквивалентности, f Э; б) химическую формулу эквивалента, Э; в) молярную массу эквивалентов, М Э, для следующих веществ из классов кислот, оснований и солей: Н 3 РО 4, Са(ОН) 2, Аl 2 (SО 4) 3
