Молярная масса металла равна
Обновлено: 04.10.2024
Эквивалент и молярная масса эквивалента сложного вещества определяются конкретной реакцией, в которой участвует данное вещество.
Пример 1.
Чему равен эквивалент и молярная масса эквивалента серной кислоты в реакциях с раствором щелочи, если образуется:
Решение.
А) В реакции с образованием гидросульфата натрия серная кислота нейтрализуется не полностью:
В этой реакции серная кислота проявляет основность равную 1. Из этого следует, что фактор эквивалентности этой кислоты в данной реакции равен 1. Найдем значение эквивалента кислоты в данной реакции:
Найдем значение молярной массы эквивалента кислоты:
б) Сульфат натрия образуется при полной нейтрализации кислоты:
В этой реакции основность, проявляемая Н2SO4, равна 2 и значение фактора эквивалентности в этом случае равно 2.
Для газообразных веществ удобно пользоваться понятием молярный объем эквивалента (Vэкв).
Молярный объем эквивалента представляет собой объем одного моль эквивалентов газообразного вещества при нормальных условиях. Размерность молярного объема эквивалента [л/моль].
Так, 1 моль эквивалентов водорода (один моль атомов Н) имеет массу 1 г.
Пример 2.
Используя следствие из закона Авогадро, рассчитать объем, занимаемый одним эквивалентом водорода.
1 моль молекул Н2 имеет массу 2 г и занимает объем 22,4 л, а объем, занимаемый одним эквивалентом водорода (одним моль атомов элемента водорода), который имеет массу 1 г, найдем из пропорции:
Аналогично можно рассчитать молярный объем эквивалента для кислорода, который будет равен:
Введение в химию понятия «эквивалент» позволило сформулировать закон, называемый законом эквивалентов: массы реагирующих друг с другом веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов.
Закон эквивалентов можно записать в следующем виде:
где m1 и m2 - массы взаимодействующих веществ; Мэкв.1 и Мэкв.2 - молярные массы эквивалентов.
Если вещества находятся в газообразном состоянии, удобно пользоваться понятием «молярный объем эквивалента» и следующей формулировкой закона эквивалентов: объемы реагирующих друг с другом газообразных веществ пропорциональны молярным объемам их эквивалентов.
V1 и V2 - объемы реагирующих газообразных веществ,
Vэкв1 и Vэкв2 - молярные объемы их эквивалентов.
Пример 3.
Выразите в молях:
а) 6,02·1021 молекул СО2;
б) 1,20·1024 атомов кислорода;
в) 2,00·1023 молекул воды. Чему равна мольная (молярная) масса указанных веществ?
Решение. Моль – это количество вещества, в котором содержится число частиц любого определенного сорта, равное постоянной Авогадро (6,02·1023). Отсюда
а) 6,02·1021, т.е. 0,01 моль;
б) 1,20·1024, т.е. 2 моль;
в) 2,00·1023, т.е. 1 /З моль.
Масса моля вещества выражается в г/моль. Мольная (молярная) масса вещества в граммах численно равна его относительной молекулярной (атомной) массе, выраженной в атомных единицах массы (а.е.м).
Так как молекулярные массы СО2 и Н2О и атомная масса кислорода соответственно равны 44, 18 и 16 а.е.м., то их мольные (молярные) массы равны:
Пример 4.
Вычислите значение грамм-эквивалента серной кислоты, гидроксида кальция и сульфата алюминия.
Решение:
Пример 5.
На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24 л водорода (н.у.). Вычислите эквивалентную массу оксида и эквивалентную массу металла. Чему равна атомная масса металла?
Нормальные условия по Международной системе единиц (СИ): давление 1,013·10 5 Па (760 мм Т. Ст., 1 атм), температура 273 К или 0°С.
Согласно закону эквивалентов
Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то, как правило, его количество измеряется в объемных единицах (мл, л, м 3 ).
Объем, занимаемый при данных условиях мольной или эквивалентной массой газообразного вещества, называется мольным или, соответственно, эквивалентным объемом этого вещества. Мольный объем любого газа при н.у. равен 22,4 л. Отсюда эквивалентный объем водорода (Vэ) молекула которого состоит из двух атомов, т.е. содержит два моля атомов водорода, равен 22,4:2 = 11,2 л. Отношение mH2 /МЭ(Н2) заменяем равным ему отношением VH2 /VЭ(Н2), где VH2 – объем водорода, VЭ(Н2) эквивалентный объем водорода:
Находим эквивалентную массу оксида металла МЭ(МеО)
7,09/МЭ(МеО) = 2,24/11,2; МЭ(МеО) = 7,09·11,2/2,24 = 35,45 г/моль.
Согласно закону эквивалентов МЭ(МeO) = МЭ(Мe) + МЭ(O2),
отсюда МЭ(Мe) = МЭ(МeО) – МЭ(O2) = 35,45 – 8 = 27,45 г/моль.
Мольная масса металла определяется из соотношения:
где: МЭ – эквивалентная масса, г/моль
А – мольная масса металла, г/моль
В – валентность элемента;
А = Мэ·В = 27,45•2 = 54,9 г/моль.
Так как атомная масса в а.е.м. численно равна мольной (молярной) массе, выражаемой в г/моль, то искомая атомная масса металла 54,9 а.е.м.
Пример 6.
При 25 0 С и давлении93 кПа. (745 мм Т. Ст.) некоторое количество газа занимает объем 152 мл. Найти, какой объем займет это же количество газа при 0 0 С и давлении 101,33 кПа.
Решение.
Подставляя данные задачи в последнее уравнение, получаем:
1. 0,075 г металла вытесняет из раствора соли никеля 0,183 г никеля, а из раствора кислоты – 70 мл водорода, измеренного при нормальных условиях. Определите молярные массы эквивалентов металла и никеля. Ответ: 29,35 г/моль
2. При сгорании трёхвалентного металла в количестве 23,48 г было получено 44,40 г его оксида. Какой металл был сожжен? Определите массу оксида. Ответ: Al2O3 ; 17 г/моль.
3. Определите молярные массы эквивалентов кислот и гидроксидов в реакциях:
Al(OH)3 + 3NaCl = AlCl3 + 3NaOH Ответ: = 26 г/моль
Zn(OH)2 + NaCl = ZnOHCl + NaOH Ответ: 99,4 г/моль
4. На реакцию с 13,61 г дигидрофосфата калия израсходовано 5,61 г гидроксида калия. Вычислите молярную массу эквивалента дигидрофосфата калия и напишите уравнения реакции. Ответ: 136,1 г/моль
5. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,60 г его гидроксида. Вычислите эквивалентную массу металла (МЭ(Ме)). Ответ: 15 г/моль.
6. В какой массе Са(ОН)2 содержится столько же эквивалентов, сколько в 312г А1(ОН)3? Ответ: 444г.
7. Вычислите абсолютную массу молекулы серной кислоты в граммах. Ответ: 1,63* 10 -22
8. На восстановление 3,6 г оксида двухвалентного металла израсходовано 1,7 л водорода (н.у.). Вычислить молярные массы эквивалента оксида и металла. Ответ: 15,72 г.
9. Объемное содержание углекислого газа в воздухе составляет 0,03% (н.у.). Найти количество (моль) и массу (г) СО2, содержащегося в 0,5 м 3 воздуха. Ответ: 0,295 г.
10. Масса колбы вместимостью 750 мл, наполненной при 27°С кислородом, равна 83,3 г. Масса пустой колбы составляет 82,1 г. Определить давление кислорода в колбе. Ответ: 124,65 кПа.
11. При сгорании 5,00 г трехвалентного металла образовалось 9,45 г его оксида. Определите молярную массу эквивалента этого металла и назовите металл. Ответ: 27 г.
12. 0,978 г щелочного металла реагирует с 0,200 г кислорода и с 3,17 г галогена. Определите эквивалент галогена и назовите его. Ответ: галоген – I.
13. Чему равен эквивалент щелочноземельного металла и его оксида, если известно, что 0,608 г металла вытесняют из раствора соляной кислоты 0,560 л водорода (н.у.)? Определите металл. Ответ: металл – Mg.
14. 0,200 г двухвалентного металла вытеснили 197 см 3 водорода, который был собран под водой и измерен при 20ºС и 780 мм Hg. Давление насыщенных паров воды при этих условиях составляет 17,4 мм Hg. Определите, какой это металл. Ответ: металл – Mg.
15. 3,16 г перманганата калия взаимодействуют с концентрированной соляной кислотой. Образующийся хлор пропустили в раствор иодида калия. Сколько граммов иода выделилось, если общий выход реакций составил 80 %? Ответ: 10,2 г.
16. Определите эквивалент и эквивалентные массы элементов в соединениях с водородом: H2O, HCl, PH3. Ответ: 8 г/моль, 35,5 г/моль, 10,3 г/моль.
17. Определите эквивалентные массы следующих соединений: CO2, H2SO4, Cu(OH)2, MgCl2. Ответ: 11 г/моль, 49 г/моль, 49 г/моль, 47,5 г/моль.
18. На нейтрализацию кислоты массой 2,18 г израсходовано KOH массой 2,49 г. Определите эквивалентную массу кислоты. Ответ: 49 г/моль.
19. Определите массу металла, вступившего в реакцию с кислотой, если при этом выделился водород объёмом 260 мл при нормальных условиях. Эквивалентная масса металла mэ(Ме) = 9 г/моль. Ответ: 0,2 г.
20. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,60 г его гидроксида. Вычислите эквивалентную массу металла. Ответ: 15 г/моль.
21. При взаимодействии магния с кислородом образуется оксид магния. Определите массу магния, необходимую для реакции с кислородом массой 64 г, а также массу образующегося при этом оксида. Ответ: m (Мg) = 96 г, m (MgO) = 160г.
22. Чему равны массы цинка и серы, необходимые для получения сульфида цинка массой 485 г? Ответ: m (MgO) = 325 г, m (S) = 160 г.
23. Определите массу хлорида калия, образующегося при взаимодействии хлористого водорода массой 219 г с раствором, содержащим гидроксид калия массой 224 г. Ответ: 298 г.
24. При 25°С и давлении 745 мм Т. Ст. некоторое количество газа занимает объем 152 мл. Вычислить, какой объем займет это же количество газа при нормальных условиях. Ответ: 136,5 мл.
25. Чему равны значения а) относительной плотности хлора по воздуху, б) массы 1 л хлора (при н.у.), в) объема 1 л хлора (при н.у.). Ответ: а) 2,45; б) 3,17 г; в) 0,3 л.
26. При растворении металла массой 0,0548 г в избытке раствора кислоты выделялся водород объемом 50,4 мл (н.у.). Вычислите значение молярной массы эквивалента металла. Ответ: 12,17 г/моль.
27. Вычислить эквивалент и молярную массу эквивалента ортофосфорной кислоты в реакциях: а) с магнием, б) с гидроксидом калия, если при этом образуется кислая соль K2HPO4. Ответ: а) 32,67 г/моль; б) 49 г/моль.
28. При окислении металла массой 8,43 г образовался оксид массой 9,63 г. Вычислите значения молярных масс эквивалентов металла и его оксида. Ответ: 64,2 г/экв.
29. Вычислите значения относительной атомной массы и молярной массы эквивалента некоторого элемента, зная, что массовая доля данного элемента в его оксиде составляет 46,74 % и что на один атом его в оксиде приходится два атома кислорода. Ответ: 28,08 г/моль.
30. Масса 0,327 ·10 -3 м3 газа, при 13 о С и давлении 1,04 ·10 5 Па равна 0,828 ·10 -3 кг. Вычислить молярную массу газа. Ответ: 57,8 * 10-3 кг/моль.
Молярная масса
Для решения многих задач по химии нужно знать количество молекул или других частиц, необходимое для реакции. Однако оперировать столь малыми числами неудобно, поэтому ученые ввели новые величины. В этой статье вы познакомитесь с такими понятиями, как моль, количество вещества, молярная масса в химии.
О чем эта статья:
Что такое моль
Прежде чем говорить о том, как найти молярную массу вещества, определимся с понятием «моль». Его ввели как искусственную величину для упрощения расчетов. Это количество вещества, в котором содержится столько же мельчайших частиц, сколько в 12 г одного из изотопов углерода — C12.
Для всех химических веществ это количество одинаково и представляет собой число Авогадро 6,02 · 10 23 . Постоянная Авогадро обозначается NA, а измеряется в моль -1 .
Число Авогадро — это количество молекул, ионов или других мельчайших частиц в 1 моле вещества.
NA = 6,02 · 10 23 моль -1 .
Историческая справка
В 1811 году химик Амедео Авогадро предположил, что если взять два равных объема газов в равных значимых условиях (при одинаковой температуре и давлении), то количество молекул в этих объемах тоже будет одинаковым. Опираясь на свою гипотезу, он определил атомные и молекулярные массы многих веществ, а также рассчитал количество атомов в молекулах воды, оксидов азота и т. д. Однако в научных кругах гипотеза Авогадро долго не находила понимания. Общепринятой она стала только в 1860 году.
Что такое молярная масса
Молярная масса — это масса одного моля вещества, она измеряется в граммах деленных на моль (г/моль). Данная величина представляет собой отношение массы вещества к его количеству, которое измеряется в молях.
Как обозначается молярная масса: М.
, где — это масса вещества, а — количество вещества.
Единица измерения молярной массы: г/моль.
Несмотря на то, что в 1 моле любого химического вещества содержится одинаковое количество молекул (и оно равно числу Авогадро), молярные массы разных веществ отличаются. Все потому, что отличаются атомы, которые входят в состав этих молекул. В частности, разница между ними заключается в относительной атомной массе (Ar) — например, Ar(Mg) = 24, а Ar(Hg) = 200. Сейчас станет ясно, какое это имеет значение.
Как определить молярную массу
Данная величина тесно связана с такими понятиями, как относительные атомная и молекулярная массы. Именно относительные, потому что абсолютную массу молекулы или атома вещества в химии не используют для решения задач — это слишком малые величины.
Относительная атомная масса вещества (Ar) показывает, во сколько раз его атом больше 1/12 атома углерода. Это значение для каждого химического элемента можно увидеть в таблице Менделеева.
Относительная молекулярная масса (Mr) складывается из Ar каждого атома в молекуле вещества с учетом индексов. Она показывает, на сколько масса молекулы больше 1/12 атома углерода.
, где — это количество атомов.
Разберемся на примерах.
В молекуле хлорида натрия NaCl есть 1 атом натрия и 1 атом хлора, при этом Ar(Na) = 23, Ar (Cl) = 35,5.
Mr(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5.
В молекуле NaNO2 есть 1 атом натрия, 1 атом азота и 2 атома кислорода.
Собственно, для вычисления молярной массы больше ничего и не требуется.
Молярная масса вещества численно равна относительной молекулярной массе. Но путать эти два понятия не стоит — у них разный физический смысл. Молярная масса характеризует 1 моль, а относительная молекулярная — 1 молекулу.
Количество вещества
Из предыдущих формул понятно, что молярная масса и количество вещества тесно связаны. Рассмотрим эту связь подробнее. Начнем с того, что количество вещества может обозначаться как латинской буквой , так и греческой буквой (ню). Международное обозначение — , но не стоит удивляться, встретив в формулах любую из этих букв.
В формуле нахождения молярной массы мы обозначили количество вещества через :
Пользуясь этим, можно найти количество вещества (в молях), если нам известны его абсолютная и молярная масса.
Пример 1
Как определить, какое количество вещества включают 350 г сульфата бария BaSO4?
Мы помним, что M = Mr (значение молярной массы равно значению относительной молекулярной).
Подставим значение молярной массы в формулу:
Есть и еще одна формула количества вещества, которая позволяет найти его, если известно число молекул или других структурных единиц.
, где — число структурных единиц, — число Авогадро.
Пример 2
Допустим, некий объем CaCO3 содержит 3,01 · 10 23 молекул. Как найти количество вещества, соответствующее данному объему?
Воспользуемся формулой моль.
Молярный объем
Выше мы находили количество вещества через молярную массу, но для газов это можно сделать и через молярный объем. Согласно закону Авогадро количество любого газа, равное 1 моль, будет занимать один и тот же объем, если газы рассматриваются при одинаковой температуре и давлении.
При стандартных физических условиях — температуре 0°С и давлении 1 атм или 760 мм ртутного столба, 1 моль газа занимает объем 22,4 л.
Молярный объем — это объем газа, взятого в количестве 1 моль. Он обозначается Vm.
При нормальных условиях Vm = 22,4 л/моль.
Значения молярного и фактического объема газа помогают найти количество вещества.
, где — фактический объем газа, а — молярный объем.
Сколько молей содержится в 120 литрах газа при нормальных условиях?
Рассчитаем по формуле моль.
Ответ: 120 литров любого газа при стандартных условиях содержат 5,36 моль.
Относительная плотность одного газа по другому
Иногда для решения задачи нужно знать, как найти молярную массу газа, о котором сообщается лишь его плотность по воздуху или по другому газу. Это возможно, если знать формулу относительной плотности, которая обозначается буквой D.
, где и — некие газы.
Как определить, во сколько раз угарный газ плотнее водорода?
Для начала найдем молярную массу CO и H2:
Ответ: угарный газ в 14 раз плотнее водорода.
Как посчитать молярную массу газа х, о котором известно, что он в 10 раз плотнее углекислого газа CO2?
Подсчитаем для начала молярную массу углекислого газа:
Ориентируясь на формулу относительной плотности, произведем расчет молярной массы искомого газа х.
М(х) = D(х/CO2) · M(CO2) = 10 · 44 = 440 г/моль.
Ответ: у данного газа молярная масса 440 г/моль.
Примеры задач
Итак, мы разобрались, как находить молярную массу жидкости, газа или твердого тела и как это понятие связано с количеством вещества, а также с относительной плотностью одного газа по другому. Чтобы закрепить знания, посмотрите, как эти сведения применяются в решении задач.
Задача 1
Известно, что 300 г неустановленного вещества содержат 12,04 · 10 23 молекул. Чему равна молярная масса данного вещества?
N(х) = 12,04 · 10 23 .
Найдем количество вещества моль.
Подставим количество вещества в формулу :
Ответ: молярная масса данного вещества 150 г/моль.
Задача 2
Какой объем займет водород в количестве 0,7 моль?
По формуле мы можем найти объем .
Зная, что молярный объем при обычных условиях составляет 22,4 л/моль, вычислим фактический объем водорода:
Ответ: объем водорода составляет 15,68 литров.
Задача 3
В порции оксида серы SO3 содержится 8,356 · 10 23 атомов кислорода. Какова масса этой порции?
N(O) = 8,356 · 10 23 .
Для решения задачи нам подходит формула , т. е. . Но для начала нужно найти количество вещества.
Мы знаем, что в одной молекуле SO3 есть 3 атома кислорода, исходя из этого можно вычислить количество молекул в порции оксида:
Зная количество молекул, рассчитаем количество вещества:
Теперь можно узнать молярную массу SO3:
M(SO3) = 32 + 16 · 3 = 80 г/моль.
Рассчитаем фактическую массу через молярную массу:
Ответ: абсолютная масса порции оксида серы 36,8 грамм.
Задача 4
Как рассчитать молярную массу простого вещества, о котором известно, что в порции 100 г содержится 15,05 · 10 23 молекул? Назовите это вещество.
N(x) = 15,05 · 10 23 .
В данном случае поможет вычислить молярную массу NA, с помощью которого мы сначала узнаем количество вещества:
Исходя из этого, рассчитаем молярную массу:
Ответ: согласно таблице Менделеева можно предположить, что это кальций Ca.
Задача 5
Определите, насколько сероводород H2S плотнее водорода H2?
Нам требуется вычислить относительную плотность сероводорода по водороду:
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
1. Ознакомить студентов с основными химическими законами и единицами массы.
2. С помощью математической обработки подученных студентами экспериментальных данных сделать вывод о названии металла, данного для работы и его положении в периодической таблице Д.И. Менделеева.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Вспомним основные частицы вещества:
Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами и состоящая из атомов. Атом – наименьшая частица элемента, обладающая его химическими свойствами. Химический элемент можно определить как вид атомов, характеризующийся определенной совокупностью свойств.
Простейшим примером сказанному может служить молекула хлористого водорода ( HCl ). Водород и хлор, вступая в реакцию, теряют свои свойства, характерные для газообразных Н2 и Cl2, поэтому считается, что в состав хлористого водорода входят элементы – водород и хлор.
Масса атомов и молекул выражается в атомных единицах массы (а.е.м.), принятых в 1961 г. За одну атомную единицу массы принимается 1/12 часть массы атома изотопа углерода 12 С. Таким образом, масса атома или молекулы любого вещества представляется относительной величиной, показывающей, во сколько раз масса данного атома (молекулы) тяжелее выбранной атомной единицы массы.
Так, относительная атомная масса цинка (Ar) равна 65.38 а.е.м., относительная молекулярная масса воды (Mr) равна 1,008 ∙ 2 + 15,9994 = 18,0154 а.е.м. и т.д.
Однако при решении задач и в расчетах по уравнениям реакций гораздо чаще пользуются понятием «моль».
Моль – это количество вещества, содержащее столько молекул, атомов, ионов, электронов или других структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 граммах изотопа углерода 12 C.
Применяя слово «моль», необходимо в каждом случае точно указывать, какие единицы входят в данное вещество. Существует понятия «моль атомов», «моль молекул» и т.д. Масса одного моля взятого вещества называется его молярной массой. Она выражается в г/моль.
Числовое значение молярной массы вещества в г/моль равно относительной молекулярной массе Mr, если вещество состоит из молекул, или относительной атомной массе Ar, если вещество состоит из атомов. Например, молярная масса атомарного кислорода равна ~16 г/моль, молекулярного кислорода ~32 г/моль.
Моль любого вещества содержит совершенно одинаковое количество структурных единиц. Это число называет числом Авогадро, его значение принимают равным 6,02·10 23 .
Часто в химических расчетах используется понятие эквивалента.
Эквивалентом вещества называется такое его количество, которое соединяется без остатка с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях.
Например, в соединениях HCl, H2S и NH3 эквивалент элементов хлора, серы и азота соответственно равен 1 моль, ½ моля и 1/3 моля. Масса одного эквивалента называется его эквивалентной массой или молярной массой эквивалента.Выражается в г/моль.
Так, в приведенных примерах эквивалентные массы хлора, серы и азота легко подсчитать, используя атомные массы этих элементов, они соответственно равны mэ(Cl) = 35,5 г/моль; mэ(S) = 32:2 = 16 г/моль; mэ(N) = 14:3 = 4,7 г/моль. Из разобранных примеров видно, что эквивалентная масса элемента находится из соотношения
Эквивалентная масса или .
Понятие об эквивалентах и эквивалентных массах распространяется также на сложные вещества. Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или вообще с одним эквивалентом любого другого вещества.
1. Эквивалентная масса оксида складывается из значений эквивалентных масс, составляющих оксид элементов.
а) Эквивалентные массы металла и кислорода в оксиде ZnO, соответственно, равны половине молярных масс атомов:
б) Валентность серы в оксиде SO3 равна 6, следовательно
2. Эквивалентная масса кислоты равна её молярной массе, деленной на основность кислоты (число атомов водорода в молекуле кислоты).
а) Молярная масса HNO3 равна 63 г/моль. Кислота одноосновная, следовательно .
б) Молярная масса H3PO4 равна 98 г/моль. Основность равна 3.
3. Эквивалентная масса основания равна его молярной массе, деленной на валентность металла, образующего основание.
Молярная масса Mg(OH)2 равна 58 г/моль, валентность цинка 2. .
4. Эквивалентная масса соли равна отношению её молярной массы к произведению валентности металла на число его атомов в молекуле.
а) Молярная масса Na2CO3 равна 106 г/моль. Валентность металла I, число его атомов 2.
5. Эквиваленты одних и тех же сложных веществ и их эквивалентные массы могут иметь различные значения, если их рассматривать не как отдельные вещества, а составные части химических реакций, в которых они участвуют.
| H2CO3 + 2NaOH = Na2CO3 + 2H2O | (1) |
| H2CO3 + NaOH = NaHСO3 + H2O | (2) |
эквивалент H2CO3 и его масса зависит от количества атомов водорода, участвующих в реакции и соответственно равны:
| , – по уравнению (1); | (1) |
| , – по уравнению (2); | (2) |
| Cr(OH)3 + 2HCl = CrOHCl2 + 2H2O; | (3) |
| Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O; | (4) |
| , – по уравнению (3); | (3) |
т.к. в реакции было замещено только две гидроксидных группы на кислотный остаток.
| , – по уравнению (4); | (4) |
т.к. произошло замещение всех трех гидроксогрупп.
Известно несколько способов определения эквивалента.
I. Прямое или непосредственное определение эквивалента из соединения элементов с водородом или кислородом.
Пример 1. Рассчитать эквивалент железа в его оксиде FeO.
Эквивалент кислорода по определению равен ½ моля атомов, эквивалентная масса кислорода равна 16 : 2 = 8 г/моль. В данном соединении на ½ моля атомов кислорода приходится столько же, т.е. ½ моля атомов железа. Следовательно, эквивалент железа в данном оксиде равен ½ моля, а его эквивалентная масса 56 : 2 = 28 г/моль.
II. Определение эквивалента с помощью закона эквивалентов.
Закон эквивалентов (эквивалентных масс), предложенный в 1803-1814 гг. Дальтоном и Рихтером: Элементы и вещества соединяются друг с другом, а также замещают друг друга, в химических реакциях в строго определенных весовых количествах, прямо пропорциональных их эквивалентам.
Математическая запись закона такова:
где m1 и m2 – массы взаимодействующих элементов или веществ, г;
mЭ1 и mЭ2 – соответственно эквивалентные массы этих веществ, г/моль.
Пример 2. Определить эквивалентную и молярную массы 3-валентного металла, зная, что 0,52 г его при окислении образуют 0,98 г оксида.
Решение. В соответствии с законом эквивалентов
Массу кислорода определим по разности масс оксида и металла
mO = 0,98 – 0,52 = 0,46 г.
Эквивалентная масса кислорода известна, она равна 8 г/моль.
Т.к. валентность металла равна 3, то его молярная масса
Пример 3. Вычислить эквивалентную массу металла, если в его хлориде массовая доля хлора 79,78 %, эквивалентная масса хлора равна 53,45 г/моль.
Решение. Массовая доля w металла в хлориде равна
w = 100 - 79,78 = 20,22 %.
Согласно закону эквивалентов, отношение массы металла и массы хлора в соединении должно быть равно отношению их эквивалентных масс
Пример 4. Определите молярную массу двух валентного металла, если 14,2 г оксида этого металла образуют 30,2 г сульфата металла.
Эквивалентная масса сульфата металла равна .
Т.к. валентность металла равна 2, то его молярная масса равна:
A = 27,5 · 2 = 55 г/моль.
III. Если в химической реакции одно из участвующих веществ находится в газообразном состоянии, то запись закона эквивалентов выражается формулой
где соответственно m(Me) и mэ(Me) – масса металла и его эквивалентная масса, а V и Vэ - объем вступившего в реакцию газа и объем эквивалентной массы этого газа.
Для расчета объемов реагирующих газов необходимо знание Закона Авогадро и его следствий.
Закон Авогадро (1911): В равных объемах различных газов при постоянных температуре и давлении содержится одинаковое число молекул.
Следствия из закона Авогадро:
1. Один моль любого газа при нормальных условиях (н.у.) –температура 0 ºС и давление 760 мм.рт.ст. занимает один и тот же объем равный 22,4 литра. Этот объем называют – молярным объемом газа VМ = 22,4 л/моль.
2. Один моль любого газа содержит одно и то же число молекул, а именно NA = 6,02 · 10 23 моль -1 .
3. Относительная плотность одного газа по другому равна отношению их молярных (M) или относительных молекулярных масс
На основании этих следствий можно рассчитать количество вещества
Пример 5. Рассчитать массу 3 л хлора, взятого при н.у.
Решение. Т.к. молярная масса хлора (Cl2) равна 35,5 ∙ 2 = 71 г/моль то из соотношения (IV) легко найти массу искомого объема
Пример 6. Сколько молей и сколько молекул содержится в 2,2 г углекислого газа? Какой объем они занимают при н.у.?
Решение. Т.к. молярная масса углекислого газа (СО2) равна 44 г/моль, то
Найдем объем газа при н.у.
Пример 7. Определите массу молекулы газа, если масса 2 л газа (н.у.) равна 0,357 г.
Решение. Исходя из молярного объема газа определим молярную массу газа
Число молекул в 1 моль любого вещества равно постоянной Авогадро. Следовательно, масса молекул газа (m) равна
Первое следствие из закона Авогадро позволяет рассчитать объемы эквивалентных масс различных газов:
Так, если эквивалентная масса водорода равна 1,008 г/моль, то её объем равен
Подобным образом находится объем эквивалентной массы кислорода, который оказывается равным
Пример 8. При растворении 0,506 г металла в серной кислоте выделилось 100,8 мл водорода, измеренного при н.у. Определить эквивалентную массу металла.
Задачу можно решить двумя способами:
а) прямой подстановкой данных в формулу (II).
б) используя формулу (I), откуда
, где mэ(H) = 1,008 г/ моль.
Для решения задачи в этом случае надо найти m(H2). Согласно следствию из закона Авогадро
Теперь найденное значение m(H2) подставим в формулу (I)
Значения эквивалентных масс позволяют определить атомную массу металлов по формуле:
A = тэ · В, (V)
где В – валентность металла
А – его атомная масса, в г/моль.
Если же валентность металла неизвестна, то атомную массу можно определить через удельную теплоемкость. В данных расчетах используется правило Дюлонга и Пти: Произведение удельной теплоемкости простого твердого вещества на его атомную массу для большинства элементов приблизительно одинаково. Полученная величина имеет среднее значение, равное 26,8 Дж/моль·К (6,3 кал/моль·град). Она носит название атомной теплоемкости металлов (СА) и представляет собой количество тепла, необходимого для нагревания 1 моля атомов металла на один Кельвин. Математически это правило имеет вид
| СА = А · С ~ 26,8 Дж/моль·К | (VI) |
где С – удельная теплоемкость металла, Дж/г·К;
А – атомная масса взятого металла, г/моль.
Под удельной теплоемкостью понимается то количество тепла, которое необходимо затратить для нагревания 1 г вещества на 1 Кельвин.
Пример 9. При окислении 0,16 г металла образовалось 0,223 г оксида. Вычислить точную атомную массу металла, зная, что удельная теплоемкость 0,635 Дж/г·К.
Решение. По правилу Дюлонга и Пти найдем приближенное значение атомной массы данного металла
По формуле (1) найдем эквивалентную массу этого металла. Масса кислорода 0,223 г. – 0,16 г. = 0,063 г.
Зная приближенную атомную массу металла и его эквивалентнуюмассу, можно найти валентность этого металла.
Закон эквивалентов. Понятие эквивалент. Молярная масса эквивалента
Одним из основных законов химии является закон эквивалентов, открытый в конце 18 века: массы элементов, соединяющихся друг с другом, пропорциональны их эквивалентам:
где mA, mВ – массы взаимодействующих веществ А и В;
ЭА и ЭВ – эквиваленты этих веществ.
Эквивалент – это реальная или условная частица, которая в кислотно-основных реакциях ионного обмена равноценна одному атому или одному иону водорода, а в окислительно-восстановительных реакциях одному электрону.
Массу одного моля эквивалента элемента называют молярной массой эквивалента MЭ(X). Значение эквивалента веществ зависит от того, в какой конкретной реакции участвует это вещество.
Молярная масса эквивалента химического элемента (MЭ(X)), а также простых или сложных веществ рассчитывается по формуле
где M(X) – молярная масса; вал – суммарная валентность.
Для простых веществ суммарная валентность определяется произведением валентности атома химического элемента и числа атомов. Так, молярная масса эквивалента алюминия составляет MЭ(AI) = 27/3 = 9г моль -1 . Молярные массы эквивалента кислорода и водорода следует запомнить, они равны соответственно MЭ(О) = 16/2=8г моль -1 , МЭ(Н) = 1/1 = 1 г моль -1 .
Молярные массы эквивалента сложных веществ вычисляются по их химическим формулам с учетом происходящих химических реакций.
К сложным веществам относятся оксиды, гидроксиды, соли.
Суммарная валентность оксидов равна произведению валентности кислорода (2) на количество атомов кислорода в молекуле. Суммарная валентность гидроксидов определяется их кислотностью, которая равняется числу замещенных гидроксильных групп. Суммарная валентность кислот равняется основности данных соединений, которая определятся числом замещенных атомов водорода. Суммарная валентность соли равняется произведению валентности катиона и количества катионов в молекуле, или валентности аниона и количества анионов в молекуле.
Молярная масса эквивалентов сложных веществ может быть определена как сумма молярных масс эквивалентов элементов или условных частиц, образующих данное вещество.
Мэ (оксиды) = Мэ (О) + Мэ (элемента) = 8 + Мэ (элемента), т.к. Мэ кислорода величина постоянная, равна 8г моль -1 .
Мэ (кислота) = Мэ (Н) + Мэ (кислотного остатка) = 1 + Мэ (кислотного остатка), т.к. Мэ водорода величина постоянная, 1г моль -1
Мэ (гидроксиды) = Мэ (OH - ) + Мэ (металла) = 17 + Мэ (металла), т.к. Мэ “OH” групп величина постоянная, равна 17г моль -1 .
Мэ (соли) = Мэ (катиона) + Мэ (кислотного остатка).
Пример 1. Выразите в молях: а) 6,0210 21 молекул CO2; б) 1,2010 24 атомов кислорода; в) 2,0010 23 молекул воды. Чему равна мольная (молярная) масса указанных веществ?
Решение. Моль – это количество вещества, в котором содержится число частиц любого определенного сорта, равное постоянной Авогадро (6,02 10 23 ). Отсюда:
а) 6,0210 21 , т.е. 0,01 моль; б) 1,20 10 24 , т.е. 2 моль; в) 2,00 10 23 м, т.е. 1/3 моль.
Так как молекулярные массы СО2 и H2O и атомная масса кислорода соответственно равны 44; 18 и 16 а.е.м., то их мольные (молярные) массы равны: а) 44 г/моль; б) 18 г/моль; в) 16 г/моль.
Пример 2. Определите эквивалент (Э) и эквивалентную массу МЭ (Х) азота, серы и хлора в соединениях NHз ,H2S и HCl.
Решение. Масса вещества и количество вещества – понятия неидентичные. Масса выражается в килограммах (граммах), а количество вещества – в молях.
В данных соединениях с 1 моль атомов водорода соединяется 1/3 моль азота,1/2 моль серы и 1 моль хлора. Отсюда Э(N) = 1/3 моль, Э(S) = 1/2 моль, Э(Cl) = 1 моль. Исходя из мольных масс этих элементов определяем их эквивалентные массы:
Пример 3. На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24 л водорода (н.у.). Вычислите эквивалентную массу оксида и эквивалентную массу металла. Чему равна атомная масса металла? Нормальные условия по Международной системе единиц (СИ): давление 1,013 10 5 Па (760 мм рт. ст. = 1 атм), температура 273 К или 0 0 С.
Решение. Согласно закону эквивалентов массы (объемы) реагирующих друг с другом веществ m1 и m2 пропорциональны их эквивалентным массам (объемам):
Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то, как правило, его количество измеряется в объемных единицах (см 3 , л, м 3 ).
Объем, занимаемый при данных условиях мольной или эквивалентной массой газообразного вещества, называется мольным или, соответственно, эквивалентным объёмом этого вещества. Мольный объём любого газа при н.у. равен 22,4 л. Отсюда эквивалентный объём водорода VmЭ (Н2) = 22,4/2 = 11,2 л, а эквивалентный объём кислорода равен 5,6 л.
В формуле (2) отношение mН2/mЭ(Н2) заменяем равным ему отношением VН2/VmЭ(Н2), где VН2 - объём водорода, VmЭ(MeO) - эквивалентный объём водорода:
Из уравнения (3) находим эквивалентную массу оксида металла mЭ (МеО):
Согласно закону эквивалентов mЭ (МеО) = mЭ (Ме) + mЭ (О2), отсюда
Мольная масса металла определяется из соотношения mЭ = А/В ,
где mЭ - эквивалентная масса, А - мольная масса металла, В- стехиометрическая валентность элемента; А = mЭ В = 27,452 = 54,9 г/моль. Так как атомная масса в а.е.м. численно равна мольной (молярной) массе, выражаемой в г/моль, то искомая атомная масса металла 54,9 а.е.м.
Пример 4. Вычислите эквиваленты и эквивалентные массы H2SО4 и Аl(OH)3 в реакциях, выраженных уравнениями:
Решение. Эквивалент (эквивалентная масса) сложного вещества, как и эквивалент (эквивалентная масса) элемента, может иметь различные значения и зависит от того, в какую реакцию обмена вступает это вещество. Эквивалентная масса кислоты (основность) равна мольной массе (М), деленной на число атомов водорода, замещенных в данной реакции на металл (на число вступающих в реакцию гидроксильных групп).
Пример 5. Сколько металла, эквивалентная масса которого 12,16 г/моль, взаимодействует с 310 см 3 кислорода (н.у.)?
Решение. Так как молярная масса О2 (32 г/моль) при н.у. занимает объем 22,4 м, то объем молярной массы эквивалента кислорода (8 г/моль) будет равен 22,4/4 = 5,6 = 5600 см 3 . По закон эквивалентов
,
откуда тМе = 12,16 ? 310/5600 = 0,673 г.
Пример 6. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,60 г его гидроксида. Вычислите молярную массу эквивалента металла (тЭ(Ме) ).
Решение. При решении задачи следует иметь в виду:
а) молярная масса эквивалента гидроксида равна сумме молярных масс эквивалентов металла и гидроксильной группы;
б) молярная масса эквивалента соли равна сумме молярных масс эквивалентов металла и кислотного остатка. Вообще молярная масса эквивалента химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей.
Учитывая сказанное, подставляем соответствующие данные в уравнение (1) примера 3:
Пример 7. В какой массе Са(ОН)2 содержится столько же эквивалентных масс, сколько в 312 г А1(ОН)3?
Решение. Молярная масса эквивалента А1(ОН)3 равна 1/3 его молярной массы, т.е. 78/3 = 26 г/моль. Следовательно в 312 г А1(ОН)3 содержится 312/26 =12 эквивалентов. Молярная масса эквивалента Са(ОН)2 равна ½ его молярной массы, т.е. 37 г/моль. Отсюда 12 эквивалентов составляют 37 г/моль? 12 моль = 444 г.
Пример 8. Вычислите абсолютную массу молекулы серной кислоты в граммах.
Решение. Моль любого вещества содержит постоянную Авогадро NA структурных единиц (в нашем примере молекул). Молярная масса H2SO4 равна 98,0 г/моль. Следовательно, масса одной молекулы 98/(6,0210 23 ) = 1,6310 -22 г.
Читайте также: