Методические указания. варіативної навчальної дисципліни

 

ПРОГРАМА

варіативної навчальної дисципліни

(за вибором університету)

 

Редактор Колесник І.М.

 

Комп’ютерне верстання Колесник І.М.

 

 

Формат 60х84. Папір офсетний.

Друк на різографі. Умовн.друк. арк. 1,2. Обл.-видав.арк.1,5.

Тираж 100 прим.

 

Малий видавничий центр філософського факультету

Львівського національного університету імені Івана Франка

вул. Університетська, 1, 79000, Львів.

 

 

Методические указания

Закон эквивалентов открыт в конце 18 века: вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах. Для решения задач удобно пользоваться другой формулировкой: массы (объемы) реагирующих веществ пропорциональны молярным массам эквивалентов или эквивалентным объемам.

- количество эквивалентов - количество эквивалентов

Химическим эквивалентом элемента (молярной массой эквивалента) называется такое его количество (моль), которое соответствует 1 моль атомов водорода (соединятся с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях). Химический эквивалент не является постоянной величиной, он зависит от валентности (степени окисления) элемента.

Молярная масса эквивалента (м^э) – это масса одного эквивалента (грамм/моль*экв, килограмм/моль*экв). Молярная масса эквивалента равна частному от деления молярной массы его атомов (А) на валентность (степень окисления) элемента (В) в данном соединении:

М^Э=А/В

Например, молярная масса эквивалента серы в SO₂ и SO₃ соответственно равны 32/4 = 8 г/моль и 32/6 = 5.33 г/моль.

Эквивалентным объемом (л/моль, м³/моль) называется объем, занимаемый при данных условиях (Р, Т) 1 эквивалентов вещества. Значения эквивалентного объема вещества, находящегося в газообразном состоянии, можно найти, зная, что в молярном объеме любого газа, состоящего из одноатомных молекул, содержится 2 моля атомов и т.д. Так в 22.4 л Н₂ содержится при нормальных условиях (Р₀=760 мм рт.ст.=101325 Па; Т₀ = 273 К) 2 моля атомов водорода. Поскольку эквивалент водорода равен 1 моль, то в 22.4 л Н₂ содержится 2 эквивалента водорода; значит, эквивалентный объем водорода равен

22.4/2 = 11.2 л/моль = 11.2 * 10^-3 м³/моль.

Пример № 1. Определить фактор эквивалентности (f^э) и молярные массы элементов (М^э )в соединениях HF, H₂O, NH₃, CH₄.

Решение. В указанных соединениях с 1 моль атомов водорода соединяется 1 моль атомов фтора, 1/2 моль атомов кислорода, 1/3 моль атомов азота, 1/4 моль атомов углерода.

Следовательно, фактор эквивалентности фтора, кислорода, азота и углерода соответственно равны 1 моль, 1/2 моль, 1/3 моль, 1/4 моль. Исходя из молярных масс атомов этих элементов, определяем, молярную масса эквивалента фтора равна 19 г/моль, кислорода – 16 * 1/2 = 8 г/моль, азота – 14 * 1/3=4.67 г/моль, углерода – 12 * 1/4=3 г/моль.

Для определения молярной массы эквивалента не обязательно исходить из его соединения с водородом. Молярную массу эквивалента можно вычислить по составу соединения данного элемента с любым другим, молярная масса эквивалента которого известна.

Пример № 2. Вычислить молярную массу эквивалента металла, зная, что его хлорид содержит 79.78% хлора. Молярная масса эквивалента хлора равна 35.45 г/моль•экв.

Решение. Содержание металла в этом соединении составляет: 100 – 79.78=20.22%. Согласно закону эквивалентов: количество эквивалентов металла равно количеству эквивалентов хлора m_ме/ М^э _ме = m_Сl/ М^э _Сl, т.е.

20.22/ М^э _ме = 79,78/35.45 => М^э _ме=20.22•35.45/79.78=8.98 г/моль. Молярная масса эквивалента металла равена 8.99 г/моль.

Молярные массы эквивалентов химических соединений так же как молярные массы эквивалентов элементов могут иметь переменные значения. Это определяется характером превращения веществ.

Молярные массы эквивалентов оксидов в реакциях обмена:

где М_оксида – молярная масса оксида; n – число атомов элемента;

В – валентность (степень окисления) элемента.

Пример № 3. Определить эквивалентные массы оксидов железа.

Решение. Железо образует три оксида FeO, Fe₂O₃, FeO₃.

М^э _FeO = 71/(2*1) = 35.5 (г/моль); М^э _Fe2O3=159.6/(2*3) = 26.6 (г/моль);

М^э _FeO3= 103.8/(6*1) = 16.3 (г/моль)

Молярные массы эквивалентов кислот в реакциях обмена:

где М_{кислоты} – молярная масса кислоты; n_н – число атомов водорода, содержащихся в молекуле кислоты, способных замещаться на металл.

Пример№4. Определить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности H₃PO₄ в следующих реакциях:

1) H₃PO₄ + 3KOH = K₃PO₄ + 3H₂0;

2) H₃PO₄ + 2KOH = K₂HPO4 + 2H₂0;

3) H₃PO₄ + KOH = KH₂PO₄ + H₂0;

Решение. Молярная масса H₃PO₄ равна 98 г/моль.

В реакции (1) количество n_н атомов водорода, заместившихся на металл, равно 3, следовательно, фактор эквивалентности (эквивалент) Н₃Р0₄ равен 1/3 моль, а молярная масса эквивалента М^э _Н3Р04 = 98/3 = 32.7 (г/моль).

В реакции (2) п_н-2, следовательно, фактор эквивалентности (эквивалент) Н₃Р0₄ равен 1/2 моль, а молярная масса эквивалента М^э _Н3Р04 = 98/2 = 49 (г/моль).

В реакции (3) п_н= 1, следовательно, фактор эквивалентности (эквивалент) Н₃Р0₄ равен 1 моль, молярная масса эквивалента М^э _Н3Р04 = 98/3 = 32.7 (г/моль).

Молярные массы эквивалентов оснований в реакциях обмена:

где M_{основания} – молярная масса основания; n_он – валентность металла или число гидроксильных групп в молекуле основания, способных заместиться на кислотный остаток.

Пример № 5. Определить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности Сu(ОН)₂ в следующих реакциях:

1) Сu(ОН)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O;

2) Сu(ОН)₂ + HCl = CuOHCl + H₂O;

Решение. Молярная масса Сu(ОН)₂ равна 97.5 г/моль. В реакции (1) количество гидроксильных групп n_он, заместившихся на кислотный остаток, равно 2, следовательно фактор эквивалентности Сu(ОН)₂ равен 1/2 моль, а молярная масса эквивалента М^э_Сu(ОН)2 = 97.5/2 = 48.75 (г/моль).

В реакции (2) количество гидроксильных групп n_он, заместившихся на кислотный остаток, равно 1, следовательно эквивалент Сu(ОН)₂ равен 1 моль, а эквивалентная масса Э_Сu(ОН)2 = 97.5/1 = 97.5(г/моль).

Эквиваленты солей в реакциях обмена:

где М_соли – молярная масса соли; – число атомов металла; – валентность (степень окисления) металла.

Пример № 6. Определить молярную массу эквивалента сульфата алюминия.

Решение. Молярная масса сульфата алюминия Al(SO₄)₃ равна 342 г/моль. Следовательно, М^э_Al2(SO4)3 = 342/(2•3) = 57 г/моль.

Окислительно-восстановительные эквиваленты определяются путём деления молярной массы на число электронов, идущих на восстановление или окисление

М^э_о(в) = М_о(в)/n_е

где М_о(в) – молярная масса окислителя (восстановителя); n_е – число электронов, идущих на окисление (восстановление).

Пример № 7. Чему равна молярная масса эквивалентна перманганата калия как окислителя, если это вещество в процессе реакции восстанавливается: 1) до сульфата марганца; 2) до диоксида марганца; 3) манганата калия?

Решение. 1) При восстановлении KMnO₄ до MnSO₄ степень окисления марганца понизится с +7 до +2, т.е. число электронов, идущих на восстановление, равно 5. Следовательно,

М^э_KMnO4 = M_KMnO4/5 = 158/5 = 31.6 (г/моль).

2) При восстановлении KMnO₄ до MnO₂ степень окисления марганца понизится с +7 до +4, т.е. число электронов, идущих на восстановление, равно 3. Следовательно,

М^э_KMnO4 = M_KMnO4/3 = 158/3 = 52.66 (г/моль).

3) При восстановлении KMnO₄ до K₂MnO₄ степень окисления марганца понизится с +7 до +6, т.е. число электронов, идущих на восстановление, равно 1. Следовательно,

М^э_KMnO4 = M_KMnO4/1 = 158/1 = 158 (г/моль).