Что такое эквивалент металла
Обновлено: 05.05.2024
Материалы из методички: Сборник задач по теоретическим основам химии для студентов заочно-дистанционного отделения / Барботина Н.Н., К.К. Власенко, Щербаков В.В. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. -155 с.
Эквивалент. Закон эквивалентов
Эквивалент – реальная или условная частица вещества Х, которая в данной кислотно-основной реакции или реакции обмена эквивалентна одному иону водорода Н + (одному иону ОН — или единичному заряду), а в данной окислительно- восстановительной реакции эквивалентна одному электрону.
Фактор эквивалентности fэкв(X) – число, показывающее, какая доля реальной или условной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода или одному электрону в данной реакции, т.е. доля, которую составляет эквивалент от молекулы, иона, атома или формульной единицы вещества.
Наряду с понятием “количество вещества”, соответствующее числу его моль, используется также понятие количество эквивалентов вещества.
Закон эквивалентов: вещества реагируют в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Если взято n(экв1) моль эквивалентов одного вещества, то столько же моль эквивалентов другого вещества n(экв2) потребуется в данной реакции, т.е.
При проведении расчетов необходимо использовать следующие соотношения:
1. Молярная масса эквивалента вещества X равна его молярной массе, умноженной на фактор эквивалентности:
2. Количество эквивалентов вещества X определяется делением его массы на молярную массу эквивалента:
3. Объём моль-эквивалента газа Х при н.у. равен молярному объёму газа, умноженному на фактор эквивалентности:
4. Молярная масса эквивалента сложного вещества равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих это вещество атомов (ионов).
5. Молярная масса эквивалента оксида равна молярной массе эквивалента элемента плюс молярная масса эквивалента кислорода.
6. Молярная масса эквивалента гидроксида металла равна молярной массе эквивалента металла плюс молярная масса эквивалента гидроксила, например:
М[½Са(ОН)2] = 20 + 17 = 37 г/моль.
7. Молярная масса эквивалента сульфата металла равна молярной массе эквивалента металла плюс молярная масса эквивалента SO4 2- , например,
М(½ СаSO4) = 20 + 48 = 68 г/моль.
Эквивалент в кислотно-основных реакциях
На примере взаимодействия ортофосфорной кислоты со щелочью с образованием дигидро-, гидро- и среднего фосфата рассмотрим эквивалент вещества H3PO4.
Эквивалент NaOH соответствует формульной единице этого вещества, так как фактор эквивалентности NaOH равен единице. В первом уравнении реакции молярное соотношение реагентов равно 1:1, следовательно, фактор эквивалентности H3PO4 в этой реакции равен 1, а эквивалентом является формульная единица вещества H3PO4.
Во втором уравнении реакции молярное отношение реагентов H3PO4 и NaOH составляет 1:2, т.е. фактор эквивалентности H3PO4 равен 1/2 и её эквивалентом является 1/2 часть формульной единицы вещества H3PO4 .
В третьем уравнении реакции количество веществ реагентов относятся друг к другу как 1:3. Следовательно, фактор эквивалентности H3PO4 равен 1/3, а её эквивалентом является 1/3 часть формульной единицы вещества H3PO4.
Таким образом, эквивалент вещества зависит от вида химического превращения, в котором принимает участие рассматриваемое вещество.
Следует обратить внимание на эффективность применения закона эквивалентов: стехиометрические расчёты упрощаются при использовании закона эквивалентов, в частности, при проведении этих расчётов отпадает необходимость записывать полное уравнение химической реакции и учитывать стехиометрические коэффициенты. Например, на взаимодействие без остатка 0,25 моль-экв ортофосфата натрия потребуется равное количество эквивалентов вещества хлорида кальция, т.е. n(1/2CaCl2) = 0,25 моль.
Эквивалент в окислительно-восстановительных реакциях
Фактор эквивалентности соединений в окислительно-восстановительных реакциях равен:
где n – число отданных или присоединенных электронов.
Для определения фактора эквивалентности рассмотрим три уравнения реакций с участием перманганата калия:
В результате получаем следующую схему превращения KMnO4.
Схема превращений KMnO4 в различных средах
Таким образом, в первой реакции fэкв(KMnO4) = 1/5, во второй – fэкв(KMnO4) = 1/3, в третьей – fэкв(KMnO4) = 1.
Следует подчеркнуть, что фактор эквивалентности дихромата калия, реагирующего в качестве окислителя в кислой среде, равен 1/6:
Примеры решения задач
Задача 1. Определить фактор эквивалентности сульфата алюминия, который взаимодействует со щелочью.
Решение. В данном случае возможно несколько вариантов ответа:
Задача 2. Определить факторы эквивалентности Fe3О4 и KCr(SO4)2 в реакциях взаимодействия оксида железа с избытком хлороводородной кислоты и взаимодействия двойной соли KCr(SO4)2 со стехиометрическим количеством щёлочи КОН с образованием гидроксида хрома (III).
Задача 3. Определить факторы эквивалентности и молярные массы эквивалентов оксидов CrО, Cr2О3 и CrО3 в кислотно-основных реакциях.
CrО3 – кислотный оксид. Он взаимодействует со щёлочью:
Молярные массы эквивалентов рассматриваемых оксидов равны:
Задача 4. Определить объём 1 моль-экв О2, NH3 и H2S при н.у. в реакциях:
Vэкв(NH3) = 22,4× 1/3 = 7,47 л – в первой реакции.
Vэкв(NH3) = 22,4× 1/5 = 4,48 л – во второй реакции.
В третьей реакции для сероводорода Vэкв(H2S)=22,4 1/6 = 3,73 л.
Задача 5. 0,45 г металла вытесняют из кислоты 0,56 л (н.у.) водорода. Определить молярную массу эквивалента металла, его оксида, гидроксида и сульфата.
Задача 6. Рассчитать массу перманганата калия, необходимую для окисления 7,9 г сульфита калия в кислой и нейтральной средах.
fэкв(K2SО3) = 1/2 (в кислой и нейтральной среде).
В кислой среде Мэкв(KMnO4) = 158·1/5 = 31,6 г/моль, m(KMnO4) = 0,1·31,6 = 3,16 г.
В нейтральной среде Мэкв (KMnO4) = 158·1/3 = 52,7 г/моль, m(KMnO4) = 0,1·52,7 =5,27 г.
Задача 7. Рассчитать молярную массу эквивалента металла, если оксид этого металла содержит 47 мас.% кислорода.
Выбираем для расчётов образец оксида металла массой 100 г. Тогда масса кислорода в оксиде составляет 47 г, а масса металла – 53 г.
В оксиде: nэкв (металла) = nэкв(кислорода). Следовательно:
53:Мэкв(Ме) = 47:(32·1/4). В результате получаем Мэкв(Ме) = 9 г/моль.
Задачи для самостоятельного решения
2.1. Молярная масса эквивалента металла равна 9 г/моль. Рассчитать молярную массу эквивалента его нитрата и сульфата.
Ответ: 71 г/моль; 57 г/моль.
2.2. Молярная масса эквивалента карбоната некоторого металла составляет 74 г/моль. Определить молярные массы эквивалентов этого металла и его оксида.
Ответ: 44 г/моль; 52 г/моль.
2.3. Рассчитать объём 1 моля эквивалента сероводорода (н.у.), который окисляется до оксида серы (IV).
Ответ: 3,73 л.
2.4. Определить молярную массу эквивалента Ni(OH)Cl в реакциях:
Ni(OH)Cl + NaOH = Ni(OH)2 + NaCl.
Ответ: 55,6 г/моль; 111,2 г/моль.
2.5. При взаимодействии 4,8 г неизвестного металла и 13 г цинка с соляной кислотой выделяется одинаковый объём водорода. Вычислить молярные массы эквивалентов металла, его оксида и его хлорида.
Ответ: МЭ(металла)=12 г/моль; МЭ(оксида)=20 г/моль, МЭ(хлорида)=47,5 г/моль.
2.6. Рассчитать молярные массы эквивалентов металла и его гидроксида, если хлорид этого металла содержит 79,7 мас.% хлора, а молярная масса эквивалента хлора равна 35,5 г/моль.
Ответ: МЭ(металла)=9 г/моль; МЭ(оксида)=26 г/моль.
2.7. Какой объём 0,6 М раствора H2O2 пойдёт на окисление 150 мл 2н. раствора FeSO4 в реакции:
Ответ: 250 мл.
2.8. Определить объём хлора (н.у), необходимый для окисления 100 мл 0,5н раствора K2MnO4.
Ответ: 0,56 л.
2.9. 0,66 г кислоты требуются для нейтрализации 10 мл 1М раствора КОН. Найти молярные массы эквивалентов кислоты и ее кальциевой соли в обменной реакции.
Ответ: МЭ(кислоты)=66 г/моль; МЭ(соли)=85 г/моль.
2.10. Бромид металла в результате обменной реакции полностью переведен в сульфат, при этом масса уменьшилась в 1,47 раз. Найти молярную массу эквивалента металла. Определить какой это металл.
Инженерное образование
Химическая и ядерно-химическая технология относятся к числу наиболее быстро развивающихся отраслей России и по темпам своего развития намного опережают другие отрасли.
Для работы на всех отраслевых предприятиях необходимы инженеры-химики, специализирующиеся в области химической и радиохимической технологий, разбирающиеся в методах и процессах переработки природного сырья и отработавшего ядерного топлива, постигшие законы экологии.
Как и на многих наукоемких специальностях, на этой предусмотрен расширенный до пяти с половиной лет срок обучения на дневном отделении. В рамках инженерной подготовки студенты изучают инженерную графику, механику, моделирование химико-технологических процессов. В качестве специальных дисциплин проходят процессы и аппараты химической технологии, радиохимию, системы управления химико-технологическими процессами, технологию основных материалов современной энергетики и основы радиационной безопасности, химические реакторы, экономику ядерной отрасли и др. Учебный план Перечень преподаваемых дисциплин
«В НИЯУ МИФИ готовят профессионалов высокого уровня, которые в ближайшие тридцать лет будут управлять атомной энергетикой не только в России, но и за ее пределами.»
Сергей Кириенко
генеральный директор ГК "Росатом" (2005—2016)
Высококвалифицированные кадры
Для организации учебного процесса на кафедре «Химия и технология материалов современной энергетики» СТИ НИЯУ МИФИ был создан коллектив преподавателей, имеющих большой опыт научной и практической деятельности в области химии, радиохимии, радиохимической технологии и радиоэкологии. В учебном процессе участвуют не только штатные преподаватели, но и высококвалифицированные специалисты Сибирского химического комбината. Некоторые занятия проводятся по сетевой форме обучения.
Современные лаборатории
Обучение включает специальные дисциплины, связанные с будущей профессией, которые проходят в современных учебных и учебно-исследовательских лабораториях.
Лабораториия общей и неорганической химии
Проводятся занятия по дисциплинам «Общая и неорганическая химия», «Химия», «Избранные главы по химии элементов», «Учебная практика» для студентов 1-2 курсов
Лаборатория органической химии
Проводятся занятия по дисциплине «Органическая химия» для студентов 1-2 курсов
Лаборатория физической и коллоидной химии
Проводятся занятия по дисциплинам «Физическая химия», «Коллоидная химия», «Поверхностные явления и дисперсные системы», «Химическое сопротивление и защита от коррозии» для студентов 1-3, 5 курсов
Лаборатория радиохимии
Проводятся занятия по дисциплинам «Радиохимия», «Основы радиохимии», «Технология основных материалов современной энергетики и основы радиационной безопасности» для студентов 2-5 курсов
Лаборатория физико-химических исследований материалов современной энергетики
Проведение физико-химических исследований по НИР, НИРС, ОКР, ОТР, учебных занятий по основным и дополнительным образовательным программам
Лаборатория аналитической химии
Проводятся занятия по дисциплине «Аналитическая химия», «Физико-химические методы анализа» для студентов 2-3 курса
Наши студенты - наша гордость!
Узнай что думают наши студенты и выпускники об учебе на нашей кафедре в СТИ НИЯУ МИФИ.
Прохождение практики и трудоустройство
Наши студенты проходят производственную практику на ведущих предприятиях атомной промышленности и разрабатывают процессы извлечения материалов ядерно-топливного цикла атомной энергетики из природного и техногенного сырья, нормы выработки и технологических нормативов расходования сырья, материалов и энергетических затрат. Измеряют основные параметры технологического процесса, свойств сырья и продукции. Анализируют технологический процесс, выявляют недостатки и разрабатывают мероприятия по его совершенствованию. Исследуют радиационную устойчивость материалов и радиационно-химических процессов при производстве и эксплуатации ядерных энергетических установок.
Предприятия и организации ГК «Росатом» – партнеры в образовательной и научной деятельности
Наиболее популярные профессии среди выпускников — инженер-материаловед, инженер-химик, химик-технолог. Возможные места работы — научно-исследовательские центры, энергетические компании, станции и подстанции различной природы и др. Энергетика сейчас активно развивается, изучаются новые способы и методы добычи энергии, соответственно, возрастает интерес рынка к специалистам по материалам и процессам. Средняя зарплата в отрасли для начинающего сотрудника 35–40 тысяч рублей. Опытные спецы зарабатывают не менее 60 тысяч.
Мониторинг трудоустройства выпускников
Ежегодно министерство образования проводит мониторинг трудоустройства выпускников вузов страны.
Убедись сам, что наши специалисты востребованы уже сегодня .
ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАССА
ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАССА (химический эквивалент). Эквивалентная масса элемента - это масса 1 эквивалента элемента; эквивалентом элемента называют такое его количество, которое реагирует с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. При образовании соединений элементы взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентным массам или величинам, кратным этим массам. Для численного выражения эквивалентных масс необходим эталон; в качестве такого эталона приняты атомная масса водорода или ее эквивалент, например атомная масса хлора (Cl – ), 1/2 атомной массы кислорода (O 2– ) или 1/3 атомной массы алюминия (Al 3+ ). Таким образом, эквивалентная масса элемента равна его атомной массе, деленной на его валентность или степень окисления. В настоящее время атомные массы указывают в единицах, отнесенных к массе изотопа углерода с массовым числом 12; этому изотопу приписана масса 12,0000. Тогда атомная масса водорода будет равна 1,00797, хлора – 35,453, кислорода – 15,9994, алюминия – 26,9815. Следовательно, эквивалентная масса элемента – это масса, которая может химически соединяться или замещать в химическом соединении 1,00797 ч. (ч. – часть) водорода, 35,453 ч. хлора, 7,9997 (15,9994:2) ч. кислорода, 8,9938 (26,9815:3) ч. алюминия либо их эквиваленты. При таком определении эквивалентную массу можно найти экспериментально.
Методы определения.
Первые опыты по определению эквивалентных масс провели Дж.Дальтон, Й.Берцелиус, Ж.Дюма, Ж.Стас и другие ученые, но основная заслуга принадлежит здесь Т.Ричардсу, который впервые выполнил тщательные измерения эквивалентных масс с высочайшей точностью. Нагревая чистый перхлорат калия KClO3, превращали его в хлорид калия (KCl), при этом из 100 масс. ч. KClO3 образовывалось 60,835 масс. ч. KCl и 39,165 масс. ч. кислорода. Поскольку одна молекула KClO3 содержит на 3 атома кислорода, т.е. на 47,998 масс. ч., больше, чем KCl, то эквивалентная масса хлорида равна 47,998 Ч (60,835:39,165) = 74,555. Далее, известное количество чистого серебра превращали в нитрат серебра, который использовали для осаждения хлорида серебра из раствора при взаимодействии с чистым хлоридом калия. Было установлено, что для полного превращения 74,555 масс. ч., т.е. массового эквивалента хлорида калия KCl, в хлорид серебра, который содержит 35,453 масс. ч. хлора, требуется 107,87 масс. ч. серебра. Эквивалентная масса калия при этом равна 74,555 – 35,453 = 39,102. Аналогично, зная эквивалентную массу серебра и изучая реакции образования им соответствующих галогенидов, например бромида AgBr, можно рассчитать эквивалентную массу галогена (в частности, брома). С использованием эквивалентных масс хлора и брома были определены эквивалентные массы многих металлов. Для нахождения эквивалентной массы какого-либо металла (М) синтезируют его чистый хлорид или бромид MBrx и осаждают галоген в виде галогенида серебра. Зная массы использованного MBrx и полученного AgBr, эквивалентные массы серебра (107,87) и брома (79,999), несложно определить эквивалентную массу металла М, который соединяется с 79,999 масс. ч. брома.
Описанный метод используется для точных расчетов, а для приближенных оценок можно применять другие способы, основанные на измерении объема и расчете массы водорода, выделившегося при растворении металла в кислоте, на определении массы одного металла, вытесняемого известным количеством другого из раствора, на определении состава гидридов или оксидов непосредственно по реакции соединения или аналитическими методами. Эквивалентные массы позволяют не только устанавливать соотношения, в которых элементы соединяются или замещают друг друга, но и точно определять атомные массы.
Кратные эквивалентные массы.
Иногда два элемента соединяются друг с другом в разных соотношениях, образуя два (или более) разных соединения. Например, известны два оксида меди. В одном из них, оксиде меди(II), 31,8 ч. меди соединены с эквивалентной массой, т.е. с 7,9997 масс. ч., кислорода, тогда как в оксиде меди(I) эта же эквивалентная масса кислорода соединена с 63,6 масс. ч. меди. Соответственно эквивалентные массы меди равны 31,8 и 63,6, при этом последняя величина ровно в два раза больше первой, а значит, эквивалентные массы являются кратными величинами. Этот вывод согласуется с ранее высказанным утверждением, что элементы соединяются пропорционально их эквивалентным массам или величинам, кратным этим массам.
Электрохимический эквивалент.
При прохождении через электролит количества электричества 1 F (фарадей) = 96 500 Кл (1 Кл = 1 А Ч с) выделяется один химический эквивалент (т.е. эквивалентная масса) любого вещества. Следовательно, масса, выделяемая при прохождении 1 Кл (кулон), равна 1 экв., деленному на 96 500. Эта величина, называемая электрохимическим эквивалентом данного элемента, лежит в основе еще одного метода экспериментального определения эквивалентных масс.
Эквивалентные массы соединений.
Понятие эквивалентной массы было распространено и на соединения; в этом случае эквивалентная масса определяется как масса вещества, кратная эквивалентной массе элемента, являющегося ключевым для данного соединения. Например, для кислот ключевым элементом является водород, образующий в растворе ионы водорода; таким образом, эквивалентная масса кислоты есть масса кислоты, кратная 1,00797 массовым частям водорода, способного образовывать ионы водорода, т.е. водорода, который может быть замещен. Другими словами, эквивалентная масса кислоты равна ее молярной массе, деленной на основность кислоты. Эквивалентная масса основания есть масса основания, которая реагирует с эквивалентной массой любой кислоты и, следовательно, является химическим эквивалентом этой массы. Иначе можно сказать, что эквивалентная масса основания равна его молярной массе, деленной на валентность металла, образующего основание. Для солей эквивалентная масса обычно кратна эквивалентной массе металла, образовавшего эту соль; она равна молярной массе соли, деленной на произведение валентности металла и числа его атомов в молекуле соли. Для эквивалентной массы окислителей и восстановителей можно дать несколько определений. С практической точки зрения наиболее удобно определение, согласно которому эквивалентная масса есть количество вещества, кратное 7,9997 ч. кислорода (или реагирующее с ними) либо его эквиваленту. Другое определение основано на том, что при восстановлении этого количества кислорода происходит перенос одного электрона. В этом случае эквивалентная масса окислителя или восстановителя есть масса, соответствующая массе вещества, принимающего или отдающего один электрон в окислительно-восстановительной реакции.
Глинка Н.Л. Общая химия. Л., 1985
Степин Б.Д. Применение Международной системы физических единиц в химии. М., 1990
Степин Б.Д., Цветков А.А. Неорганическая химия. М., 1994
Что такое эквивалент металла
РАСЧЕТ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТА СОЕДИНЕНИЯ
Для любого соединения общей является формула (1), но эквивалентное число z для каждого класса находится по-разному. Рассмотрим основные классы неорганических соединений в реакциях нейтрализации и обмена:
1.Кислоты имеют в своем составе активный водород, способный замещаться в реакциях нейтрализации, следовательно, эквивалентное число z для кислоты равно числу катионов водорода в ее составе, или ее основности.
z кислоты = n (Н + ) = основности . (4)
2.Основания имеют в своем составе гидроксогруппу ОН – , способную соединяться с одним ионом водорода:
Следовательно, эквивалентное число z для основания равно числу гидорксогрупп в его составе, или его кислотности.
z основания = n (ОН – ) = кислотности . (5)
3.Соли имеют в своем составе металл и кислотный остаток. Каждая соль может быть получена реакцией нейтрализации, в которой ион металла замещает ионы водорода. Следовательно, эквивалентное число z для соли равно произведению числа атомов металла в ее составе и степени окисления металла.
z соли = n (Ме) · | С.О .(Ме) | (6)
4.Оксиды состоят из элемента и кислорода. Если предположить, что в реакциях обмена элемент замещается на водород, то эквивалентное число z для оксида равно произведению числа атомов элемента и валентности элемента, образующего оксид.
z оксида = n (элемента) * | C . O .(элемента)| (7)
Пример 2 : Рассчитайте молярные массы эквивалента для соединений: Cu ( OH )2, H 2 CO 3 , Al 2 ( SO 4 )3, Fe 2 O 3 .
Решение: Молярная масса соединения равна:
М( Cu ( OH )2) = 63.5 + (16 +1)2 = 97.5 г/моль.
Cu ( OH )2 относится к классу оснований, в своем составе содержит две группы ОН – , эквивалентное число z ( Cu ( OH )2) = 2. Таким образом, химический эквивалент данного соединения – это условная частица, составляющая 1/2 часть реально существующей молекулы Cu ( OH )2 , или 1/2 Cu ( OH )2 .
Молярная масса эквивалента 1/2 Cu ( OH )2 :
M (1/2 Cu ( OH )2 ) = = = 48.8 г/моль.
H 2 CO 3 относится к классу кислот, в своем составе содержит два водорода, следовательно, эквивалентное число z ( H 2 CO 3 ) = 2.
Молярная масса соединения равна:
М( H 2 CO 3 ) = 1 × 2 + 12 +16 × 3 = 62 г/моль.
Таким образом, молярная масса эквивалента H 2 CO 3 составляет:
M (1/2 H 2 CO 3 ) = = = 31 г/моль.
Al 2 ( SO 4 )3 относится к классу солей, в своем составе содержит два атома металла со степенью окисления +3. Эквивалентное число для соли находим по формуле (6):
z (Al2(SO4)3 )= n(Al) · | С . О .(Al) | = 2 × 3 = 6
М( Al 2 ( SO 4 )3) = 27 × 2 + (32 +16 × 4) × 3 = 342 г/моль.
Теперь можно рассчитать молярную массу эквивалента данной соли:
Fe 2 O 3 относится к классу оксидов, в своем составе содержит два атома железа со степенью окисления +3. Эквивалентное число для оксида находим по формуле (7):
z ( Fe 2 O 3 ) = n ( Fe ) * | C . O .( Fe )| = 2 × 3 = 6
Читайте также: