В какой массе mgcl2 содержится столько же эквивалентов

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:

а) NаНSО4 и б) Nа2SО4?

Решение.

А) В реакции с образованием гидросульфата натрия серная кислота нейтрализуется не полностью:

Н2SО4 + NаОН = NаНSO4 + Н2О.

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:

Э (H2SO4) =1? f = 1/основность = 1.

Найдем значение молярной массы эквивалента кислоты:

Мэкв (H2SO4) =M ? f = M/основность = 98/1 = 98 г/экв,

б) Сульфат натрия образуется при полной нейтрализации кислоты:

Н2SО4 + 2NаОН = Na2SO4 +2Н2О.

В этой реакции основность, проявляемая Н2SO4, равна 2 и значение фактора эквивалентности в этом случае равно 2.

Отсюда:

Э (H2SO4) =1 ? f = 1/основность = 1/2 моль,

Мэкв (½H2SO4) = M/основность = 98/2= 49 г/моль.

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.

Решение.

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:

2 г Н2 → 22,4 л

1 г Н2 → х л

x = 11,2 л, т.е. Vэкв (H) =11,2 л/моль.

Аналогично можно рассчитать молярный объем эквивалента для кислорода, который будет равен:

Vэкв (½O) = 5,6 л/моль.

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/V2 = Vэкв1/Vэкв2 , где

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:

а) 44 г/моль;

б) 18г/моль;

в) 16 г/моль.

Пример 4.

Вычислите значение грамм-эквивалента серной кислоты, гидроксида кальция и сульфата алюминия.

Решение:

ЭH2SO4 =МH2SO4 /2=98/2=49г
ЭСа(OH)2 =МСа(OH)2 /2=74/2=37г
Э Al2(SO4)3 = М Al2(SO4)3 / (2· 3) = 342 / 2= 57 г

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?

Решение.

Нормальные условия по Международной системе единиц (СИ): давление 1,013·105 Па (760 мм Т. Ст., 1 атм), температура 273 К или 0°С.

Согласно закону эквивалентов

m1/Мэ(1) = m2/Мэ(2)

m(МеО)/Мэ(МеО) = m(Н2)/Мэ(Н2)

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:

m(МеО)/Мэ(МеО) = V(Н2)/Vэ(Н2)

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:

МЭ = А/В,

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 0С и давлении93 кПа. (745 мм Т. Ст.) некоторое количество газа занимает объем 152 мл. Найти, какой объем займет это же количество газа при 0 0С и давлении 101,33 кПа.

Решение.

Подставляя данные задачи в последнее уравнение, получаем:

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

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:

H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O Ответ: 49 г/моль

2H3PO4 + Ca(OH)2 = Ca(H2PO4)2 + 2H2O Ответ: 98 г/моль

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 м3 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 см3 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 оС и давлении 1,04 ·105 Па равна 0,828 ·10-3 кг. Вычислить молярную массу газа. Ответ: 57,8 * 10-3 кг/моль.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Химическим эквивалентом называется такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Например, в НСl, Н2S, NH3, СН4 эквивалент хлора, серы, азота, углерода равен соответственно 1 молю, 1/2 моля, 1/3 моля, 1/4 моля.

Эквивалентная масса – это масса 1 эквивалента вещества (г / моль). В приведённых выше примерах эквивалентные массы хлора, серы, азота и углерода соответственно равны 35,45 г / моль, 32/2=16 г / моль, 14/3=4,67 г / моль, 12/4=3 г / моль.

Значение эквивалентной массы элемента определяется по уравнению:

Э=А/В, (1) где

Э – эквивалентная масса элемента;

А – атомная масса элемента;

В – валентность элемента в данном соединении.

Например, ЭAl в Аl2О3 равен 27/3=9 г/моль; ЭCa в СаSO4 равен 40,08/2=20,04 г /моль.

Из уравнения (1) следует, что в отличие от атомной или молярной массы эквивалентная масса не является постоянной величиной, а зависит от валентности элемента. Постоянные значения эквивалентных масс могут быть только у элементов с постоянной валентностью.

Понятие об эквивалентных массах и эквивалентах распространяется и на сложные вещества.

Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества.

Эквивалентную массу вещества вычисляют из его молярной массы:

, где

М – молярная масса.

Основность кислоты определяется числом атомов водорода, которое отдаёт молекула кислоты, реагируя с основанием.

Кислотность основания определяется числом протонов, присоединённых молекулой основания при взаимодействии его с кислотой.

Подобно эквивалентной массе элемента, эквивалентная масса сложного вещества может иметь несколько значений в зависимости от реакции, в которой участвуют вещества.

Например, в реакции:

H3PO4 + NaOH à NaH2PO4 + H2O.

Эквивалентная масса кислоты равна её мольной массе:

Э(H3PO4) = М / 1 = 98 г / моль.

В реакции

H3PO4 + 2NaОН à Na2HPO4 + 2H2O

Э(H3PO4) = М / 2 = 49 г / моль.

В реакции

H3PO4 + 3NaОН à Nа3РO4 + ЗН2О

Э(H3PO4) = M / 3 = 32.7 г / моль.

Закон эквивалентов

Массы взаимодействующих друг с другом веществ, пропорциональны их эквивалентным массам (эквивалентам ):

(2), где

mA и mB – массы взаимодействующих веществ А и В;

ЭA и ЭB – эквивалентные массы этих веществ.

Уравнение ( 2 ) – математическое выражение закона эквивалентов.

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Целью работы является определение эквивалентной массы магния. Опыт проводят на установке, схема которой представлена ниже на рисунке.

где, 1 – реакционная колба; 2 – круглая плоскодонная колба; 3 – зажим; 4 – стакан.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Взвесить на технических весах около 0,1 г. магния с точностью до 0,01 г.

2. Собрать установку посхеме.

3. Налить в колбу (1 ) приблизительно 25-30 мл. разбавленной серной кислоты. Протереть досуха внутреннюю стенку горла колбы 1 фильтровальной бумагой.

4. Наполнить колбу ( 2) на 3/4 объёма водой и закрыть её пробкой с отводными трубками. Вдуванием воздуха через короткую трубку заполнить водой длинную трубку и зажать зажим (3). Убедиться, что зажим держит.

5. Налить в стакан (4 ) 50 см3 воды и спустить в неё длинную отводную трубку из колбы (2).

6. Поставить колбу (1 ) в горизонтальное положение и высыпать взвешенное количество магния на сухую стенку горлышка (металл не должен попасть в кислоту!).

7. Закрыть колбу (1) пробкой с короткой отводной трубкой ют колбы ( 2). Закрывать следует осторожно и тщательно. Колбу надо держать за горло, пробку следует закрывать осторожно и постепенно, слегка её вращая. (Необходимо следитьза тем, чтобы магний попал в КИСЛОТУ!).

8. Поставить колбу (1 ) в вертикальное положение, одновременно быстро открыть зажим (3) и оставить его открытым.

9. Наблюдать взаимодействие магния с кислотой и вытеснение водородом воды из колбы (2) в стакан 4.

10. Когда весь магний прореагирует с кислотой, зажать зажим (3 ), вынуть отводную трубку из стакана (4) и измерить объём воды в стакане цилиндром.

11. Из полученного объёма вычесть 50 см3 (т. е. то количество воды, которое было налито в стакан до опыта ).

12. Разность будет равна объёму выделенного водорода V1

.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Написать уравнение реакции взаимодействия магния с разбавленной серной кислотой.

2.Привести найденный объём водорода (V1) к нормальным условиям по формуле:

, где

V0– объём водорода при нормальных условиях, см3;

Р – барометрическое давление, кПа;

Pв – давление насыщенного пара воды при температуре опыта, кПа;

Т1 – температура опыта, К. Т1 = 273 + t.

3.Вычислить массу вытесненного водорода, определить эквивалентную массу магния.

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТА

Температура опыта, °С –

Барометрическое давление, кПа –

Навеска магния, г –

Давление насыщенного пара воды, кПа –

Объём водорода при условии опыта, см3 –

Масса водорода, г –

Эквивалентная масса магния, г / моль-

Таблица 1.

Давление насыщенного пара воды при различной температуре

Рассчётная часть

По объёму, вытесненному при нормальных условиях водорода (V0) ,вычисляют массу объёма. Учитывая, что масса водорода 22,4 л при нормальных условиях (н.у.) весит 2 г, находят массу H2.

22,4 H2 весит – 2,0 г.

V0 л весит – mH2

mH2=

По известным массам израсходованного магния (mMg) и вытесненного им водорода определяют эквивалентную массу магния:

Полученный результат сравнивают с эквивалентной массой, вычисляемой по формуле:

ЭMg= , где

А – атомнаямасса металла; В – валентность металла.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Вычислить эквиваленты следующих соединений: NaOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, H3PO4, KMnO4, Ca3(PO4)2.

2. Вычислить эквивалент азота в его соединениях с кислородом: N2O, NO, NO2, N2O3, N2O5.

3. Сколько оксида получается при окислении 3 г металла, эквивалентная масса которого равна 9г/моль.

4. Определить эквивалентные массы кислот и оснований:

а) HNO3 + Bi(OH)3 à Bi(OH)2NO3 + H2O;

б) 3H2SO4 + 2Al(OH)3 à Al2(SO4)3 + 6H2O;

в) H3PO4 + Ca(OH)2 à CaHPO4 + 2H2O;

г) 2HCl + Bi(OH)3 à BiOHCl2 + 2H2O;

5. Какой объём займут при н.у. массы одного эквивалента кислорода и водорода.

6. Определить эквивалент металла, если 0,046 г его вытеснен из кислоты 62,35 мл Н2 при t=17°С и давлении 1,017*105 Па. Давление водяного пара при 17°С равно 0.193*105 Па.

7. Вычислить: а) эквивалентную массу олова, если при нагревании 0,92 г его в токе кислорода образуется 1,17 г оксида олова;

б) магния, если при нагревании в токе кислорода масса его увеличилась на 66,7%.

8. Вычислить эквивалент серной кислоты в реакции с КОН:

а) H2SO4 + KOH à KHSO4 + H2O;

б) H2SO4 + 2KOH à K2SO4 + 2H2O.

9. Вычислить эквивалент Са(ОН)2 и H3PO4, рассчитать, сколько граммов Са(ОН)2 потребуется для нейтрализации 150 г Н3РО4

Лабораторная работа № 3