Как рассчитать фактор эквивалентности

Как рассчитать фактор эквивалентности

Число, показывающее, какая часть молекулы или другой частицы вещества соответствует эквиваленту, называется фактором эквивалентности ( f _Э). Фактор эквивалентности – это безразмерная величина, которая меньше, либо равна 1. Формулы расчета фактора эквивалентности приведены в таблице 1.1.

Таким образом, сочетая фактор эквивалентности и формульную единицу вещества, можно составить формулу эквивалента какой-либо частицы, где фактор эквивалентности записывается как химический коэффициент перед формулой частицы:

f _Э (формульная единица вещества) º эквивалент

В примере, рассмотренном выше, фактор эквивалентности для кислоты, соответственно, равен 1/2, а для щелочи КОН равен 1.

Между H ₃ PO ₄ и КОН также могут происходить и другие реакции. При этом кислота будет иметь разные значения фактора эквивалентности:

Следует учитывать, что эквивалент одного и того же вещества может меняться в зависимости от того, в какую реакцию оно вступает. Эквивалент элемента также может быть различным в зависимости от вида соединения, в состав которого он входит. Эквивалентом может являться как сама молекула или какая-либо другая формульная единица вещества, так и ее часть.

Таблица 1.1 – Расчет фактора эквивалентности

Фактор эквивалентности

,

где В(Э) – валентность элемента

,

где n (Э) – число атомов элемента (индекс в химической формуле), В(Э) – валентность элемента

,

где n (Э) – число атомов элемента (индекс в химической формуле оксида), В(Э) – валентность элемента

f _Э (P₂O₅) = 1/(2 × 5) = 1/10

,

где n ( H + ) – число отданных в ходе реакции ионов водорода (основность кислоты)

f _Э ( H ₂ SO ₄ ) = 1/1 = 1 (основность равна 1)

(основность равна 2)

,

где n (О H – ) – число отданных в ходе реакции гидроксид-ионов (кислотность основания)

f _Э ( Cu ( OH )₂) = 1/1 = 1 (кислотность равна 1) или

(кислотность равна 2)

,

где n (Ме) – число атомов металла (индекс в химической формуле соли), В(Ме) – валентность металла; n (А) – число кислотных остатков, В(А) – валентность кислотного остатка

f _Э ( Cr ₂ ( SO ₄ )₃) = 1/(3 × 2) = 1/6 (расчет по кислотному остатку)

Частица в окислительно-восстано­вительных реакциях

,

где – число электронов, участвующих в процессе окисления или восстановления

Fe 2+ + 2 ® Fe 0

MnO₄ – + 8H + + 5 ® ® Mn 2+ + 4H₂O

,

Пример. Определите фактор эквивалентности и эквивалент у солей: а) ZnCl ₂, б) КНСО₃, в) ( MgOH )₂ SO ₄.

Решение: Для расчетов воспользуемся формулами, приведенными в таблице 1.1.

а) ZnCl ₂ (средняя соль):

.

f _Э( ZnCl ₂) = 1/2, поэтому эквивалентом ZnCl ₂ является частица 1/2 ZnCl ₂.

б) КНСО₃ (кислая соль):

.

f _Э(КНСО₃) = 1, поэтому эквивалентом КНСО₃ является частица КНСО₃.

в) ( MgOH )₂ SO ₄ (основная соль):

.

f _Э ( ( MgOH )₂ SO ₄ ) = 1/2, поэтому эквивалентом ( MgOH )₂ SO ₄ является частица 1/2( MgOH )₂ SO ₄.

Эквивалент, как частица, может быть охарактеризован молярной массой (молярным объемом) и определенным количеством вещества n _э. Молярная масса эквивалента (М_Э) – это масса одного моль эквивалента. Она равна произведению молярной массы вещества на фактор эквивалентности:

Молярная масса эквивалента имеет размерность «г/моль».

М_Э(соли) = М_Э(Ме) + М_Э(кислотного остатка).

Закон эквивалентов был открыт в 1792 г. И. Рихтером. Современная формулировка закона: вещества реагируют и образуются согласно их эквивалентам . Все вещества в уравнении реакции связаны законом эквивалентов, поэтому:

n _э(реагента₁) = … = n _э(реагента _n ) = n _э (продукта₁) = … = n _э (продукта _n )

Из закона эквивалентов следует, что массы (или объемы) реагирующих и образующихся веществ пропорциональны молярным массам (молярным объемам) их эквивалентов. Для любых двух веществ, связанных законом эквивалентов, можно записать:

или или ,

Источник

Определение фактора эквивалентности.

Определение фактора эквивалентности и числа эквивалентности

В этом посте рассмотрим два важных понятия, без которых понимание темы «Химический эквивалент» будет неполным: f – фактор эквивалентности и z – эквивалентное число.

Определение фактора эквивалентности и эквивалентного числа проводится только для конкретной ситуации. На схеме показаны такие ситуации.ры, казано числа эквивалентности

Если вспомнить сопоставление стоимости товара с химической частицей, о котором шла речь здесь, то фактор эквивалентности будет показывать долю «товара» (долю реальной частицы), которая соответствует одному рублю (иону водорода или электрону).

Определение фактора эквивалентностисвязано с нахождением числа эквивалентности z. Они являются обратнозависимыми величинами.

Смысл числа эквивалентности заключается в том, что оно показывает сколько эквивалентов содержится в одной частице вещества. Или иначе говоря показывает «сколько рублей стоит тот или иной товар»

Разберем все сказанное выше на примерах.

Taк, для реакции полной нейтрализации эквивалент серной кислоты Э (H₂S0₄) = 1 /₂ H₂S0₄, т. e. эквивалентное число z = 2, a фактор эквивалентности f = 1 /₂.

Рассмотрим несколько наиболее распространенных химических реакций. B реакции:

Попробуем записать уравнение этой реакции относительно одного иона водорода, тогда в уравнении реакции четко видно факторы эквивалентности:

Если таким образом проанализировать различные уравнения реакций нейтрализации, то можно увидеть общие закономерности: для кислот эквивалентное число равно числу замещаемых в конкретной реакции ионов водорода, a для оснований – числу замещаемых гидроксид-ионов.

Для реакций, в которых принимают участие соли, определение фактора эквивалентности и эквивалентов можно определить косвенными методами, например:

Чтобы определить эквиваленты A1C1₃ и AgN0₃, введем вспомогательные реакции:

3AgN0₃ + 3HCI = 3AgC1 + 3HN0₃

Одному иону водорода эквивалентна 1 /₃ молекулы AICI₃ x молекула AgN0₃, следовательно, Э(A1C1₃) = 1 /₃AICI₃, a Э(AgN0₃)= AgN0₃.

Рассмотрев несколько реакций c участием солей, мы убедимся, что эквивалентное число для соли равно произведению количества замещаемых ионов металла на заряд катиона или произведению числа замещаемых анионов кислотных остатков на их заряд.

Теперь перейдем к окислительно-восстановительным процессам.

B этом случае c одним ионом меди взаимодействуют два электрона, следовательно,

Эквивалентное число для иона меди равно числу отдаваемых электронов. B общем случае эквивалентное число в окислительно-восстановительных реакциях определяется числом электронов, которые отдает одна частица восстановителя или принимает одна частица окислителя. Например, рассмотрим реакцию:

Для веществ, в состав которых входят указанные ионы можем записать: Э(K₂Cr₂0₇) = 1 /₆K₂Cr₂0₇; Э(CrCl₃) = 1 /₃CrC1₃; Э(HCl) = HCI.

По заданному условию для газа определите все остальные его параметры (незаполненные графы). Привести все расчеты, ответ представить в виде фрагмента данной таблицы.

PV=(m/M)*RT –ур-е Менделеева –Клапейрона

Количество молей = число частиц/ N_A=m/M

Для определения массы молекулы m₀ нужно разделить массу m вещества на число N молекул в нем:

. (23.5)

Таким образом, чтобы найти массу молекулы вещества, нужно знать молярную массу вещества M и постоянную Авогадро N_A. Молярная масса вещества обычно определяется химическими методами, постоянная Авогадро с высокой степенью точности определена несколькими физическими методами.

1 моль (1 М) воды = 6 . 10 23 молекул Н₂О,

1 моль (1 М) железа = 6 . 10 23 атомов Fe,

1 моль (1 М) хлора = 6 . 10 23 молекул Cl₂,

Теперь мы имеем удобную единицу количества вещества моль, с помощью которой легко отмерять равные порции молекул или атомов простым взвешиванием.

Разумеется, если мы увеличим или уменьшим взятое нами количество воды (18 г) и оксида кальция (56 г) в одинаковое количество раз, то и порции реагирующих молекул уменьшатся или возрастут во столько же раз.

Допустим, 1,8 г воды полностью прореагируют с 5,6 г СаО, а 180 г Н₂О тоже без остатка прореагируют с 560 г СаО. Другими словами 0,1 моль воды прореагирует с 0,1 моль СаО, а 10 моль воды прореагируют с 10 моль СаО и т.д.

Например, молекулярная масса (молекулярный вес) метана CH₄ составляет (12 + 4) = 16 а.е.м. Тогда для реакции горения метана:

справедливо, что из 1 моля метана получаются 2 моля воды и что из 16 г метана получается 2 . 18 = 36 г воды.

Масса одного моля вещества называется МОЛЯРНОЙ МАССОЙ. Она бозначается буквой М и имеет размерность г/моль. Количество молей вещества n находят из отношения массы m этого вещества (г) к его молярной массе М (г/моль).

Например, число молей в m г воды составляет: n = m/18. Для m г металлического натрия: n = m/23, и так далее.

И наоборот, массу вещества определяют как произведение молярной массы на количество вещества: m = n . M. Так, масса 0,1 моля Na составляет 0,1 моль×23 г/моль = 2,3 г.

Таблица 5-1. Молярные массы различных веществ.

Как мы видим, термины «молекулярная масса» и «молярная масса» применимы не только к веществам молекулярного строения, но и к атомарным и ионным веществам. В таблице 5-1 каждая из указанных в правой колонке “порций” вещества содержит 6,02×10 23 структурных единиц этих веществ.

Молярная масса М – постоянная величина для каждого конкретного вещества. Без неё не обойтись при вычислении количества молей (n). Однако в дальнейшем для нас основным рабочим инструментом будет именно МОЛЬ вещества.

Рассчитайте: а) массовую долю растворенного вещества; б) молярную концентрацию; в) молярную концентрацию эквивалента; г) титр; д) мольную долю растворенного вещества растворов, полученных при растворении веществ в воде.

Плотность воды = 0,998 г/см3=1г/см3

Массовая доля

Массовая доля — отношение массы растворённого вещества к массе раствора. Массовая доля измеряется в долях единицы или в процентах.

,

Массовое процентное содержание компонента, m%

В бинарных растворах часто существует однозначная (функциональная) зависимость между плотностью раствора и его концентрацией (при данной температуре). Это даёт возможность определять на практике концентрации важных растворов с помощью денсиметра (спиртометра, сахариметра, лактометра). Некоторые ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора (спирта, жира в молоке, сахара). Следует учитывать, что для некоторых веществ кривая плотности раствора имеет максимум, в этом случае проводят 2 измерения: непосредственное, и при небольшом разбавлении раствора.

Часто для выражения концентрации (например, серной кислоты в электролите аккумуляторных батарей) пользуются просто их плотностью. Распространены ареометры (денсиметры, плотномеры), предназначенные для определения концентрации растворов веществ.

Править] Объёмная доля

Основная статья: Объёмная доля

Объёмная доля — отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах.

,

Как и было указано выше, существуют ареометры, предназначенные для определения концентрации растворов определённых веществ. Такие ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора. Для распространённых растворов этилового спирта, концентрация которых обычно выражается в объёмных процентах, такие ареометры получили название спиртомеров или андрометров.

[править] Молярность (молярная объёмная концентрация)

Молярная концентрация — количество растворённого вещества (число молей) в единице объёма раствора. Молярная концентрация в системе СИ измеряется в моль/м³, однако на практике её гораздо чаще выражают в моль/л или ммоль/л. Также распространено выражение в «молярности». Возможно другое обозначение молярной концентрации , которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным. Примечание: единица «моль» не склоняется по падежам. После цифры пишут «моль», подобно тому, как после цифры пишут «см», «кг» и т. д.

,

[править] Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента, или просто «нормальность»)

Нормальная концентрация — количество эквивалентов данного вещества в 1 литре раствора. Нормальную концентрацию выражают в моль-экв/л или г-экв/л (имеется в виду моль эквивалентов). Для записи концентрации таких растворов используют сокращения «н» или «N». Например, раствор содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.

,

Нормальная концентрация может отличаться в зависимости от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный раствор H₂SO₄ будет однонормальным, если он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата калия KHSO₄, и двухнормальным в реакции с образованием K₂SO₄.

Источник

Как правильно рассчитывать фактор эквивалентности элементов и веществ

Фактор эквивалентности хрома в соединениях

Определение фактора эквивалентности оксидов. кислот, оснований и солей

а) В₂О₃
Фактор эквивалентности оксида рассчитывается по формуле:

fЭ = 1/[(nЭ) . B(Э)], где

n(Э) – число атомов элемента (индекс в химической формуле оксида), В(Э) – валентность элемента.

fЭ(B₂O₃) = 1/(2 . 3) = 1/6, поэтому эквивалентом B₂O₃ является частица 1/2B₂O₃.
Зная фактор эквивалентности оксида бора, рассчитаем молярну массу эквивалента данного оксида1, получим:

МЭ(B₂O₃) = М(B₂O₃) . fЭ(B₂O₃) = 69,6182 г/моль . 1/6 = 11,6 г/моль.

б) NaOH
Фактор эквивалентности основания рассчитывается по формуле:

где n(ОH–) – число отданных в ходе реакции гидроксид-ионов (кислотность основания).

fЭ(NaOH) = 1/1 = 1 (кислотность равна 1), поэтому эквивалентом NaOH является частица 1NaOH.
Зная фактор эквивалентности гидроксида натрия, рассчитаем молярну массу эквивалента данного основания2, получим:

МЭ(NaOH) = М(NaOH) . fЭ(NaOH) = 40 г/моль . 1 = 40 г/моль.

в) H₂SO₃
Фактор эквивалентности кислоты рассчитывается по формуле:

n(H + ) – число отданных в ходе реакции ионов водорода (основность кислоты).

fЭ(H₂SO₃) = 1/2 (основность равна 2), поэтому эквивалентом H₂SO₃ является частица 1/2H₂SO₃.
Зная фактор эквивалентности сернистой кислоты, рассчитаем молярну массу эквивалента данной кислоты3, получим:

МЭ(H₂SO₃) = М(H₂SO₃) . fЭ(H₂SO₃) = 82 г/моль . 1/2 = 40 г/моль.

г) NaAl(SO₄)₂
М[NaAl(SO₄)₂] = 242 г/моль.
Фактор эквивалентности соли рассчитывается по формуле:

fЭ = 1/[n(Ме) . B(Me)] = 1/[n(A) . B(A)], где

n(Ме) – число атомов металла (индекс в химической формуле соли), В(Ме) – валентность металла; n(А) – число кислотных остатков, В(А) – валентность кислотного остатка.
Фактор эквивалентности сложной соли можно рассчитать по формуле:

fЭ = 1/<[n(Ме)₁ . B(Me)₂] + [n(Ме)₁ . B(Me)₂]> = 1/[n(A) . B(A)], где

n(Ме)₁ и n(Ме)₂ – число атомов металлов (первого и второго), В(Ме)₁ и В(Ме)₂ – валентности металлов (первого и второго); n(А) – число кислотных остатков, В(А) – валентность кислотного остатка.

fЭ[NaAl(SO₄)₂] = 1/<[n(Ме)₁ . B(Me)₂] + [n(Ме)₁ . B(Me)₂]> =
= 1/[n(A) . B(A)] = 1/[n(A) . B(A)] = 1[(1 . 1) / (1 . 3)] = 1/(2 . 2) = 1/4, поэтому эквивалентом NaAl(SO₄)₂ является частица 1/4NaAl(SO₄)₂.
Зная фактор эквивалентности сульфат алюмииния-наатрия, рассчитаем молярну массу эквивалента данной соли4, получим:

МЭ[NaAl(SO₄)₂] = М[NaAl(SO₄)₂] . fЭ[NaAl(SO₄)₂] = 242 г/моль . 1/4 = 60,5 г/моль.

Определение числа молей и числа эквивалентов в гидроксие титана (III)

Задача 234.
Определите число молей и число эквивалентов в 80 гидроксид титана (III) Ti(OH)3.
Решениие:
m[Ti(OH)₃] = 80 г;
М[Ti(OH)₃] = 98,89 г/моль ≈ 99 г/моль.
Фактор эквивалентности основания рассчитывается по формуле:

fЭ = 1/n(OH – ), где
где n(ОH – ) – число отданных в ходе реакции гидроксид-ионов (кислотность основания).

fЭ[Ti(OH)₃] = 1/3 (кислотность равна 3), поэтому эквивалентом Ti(OH)₃ является частица 1/3Ti(OH)₃.
1. Определим число молей, получим:

2. Определим число эквивалентов, получим:

nfЭ[Ti(OH)₃] = n[Ti(OH)₃] . fЭ[Ti(OH)₃] = 0,8 . 1/3 = 0,269 ≈ 0,27.

Определение объема эквивалентов хлора

Задача 235.
Определите объем 3,3 эквивалентов Cl₂ (н.у.).
Решение:
Vm = 22,4 л/моль;
Молярный объем эквивалента (VmЭ или VЭ) – объем, занимаемый молярной массой эквивалента или объем одного моль эквивалента рассчитаем по формуле:

VЭ = fЭ . Vm = fЭ . 22,4, где

1/[n(Э) . В(Э)], где

n(Э) – число атомов элемента (индекс в химической формуле), В(Э) – валентность элемента.

fЭ(Cl₂) = 1/(2 . 1) = 1/2;
VЭ(Cl₂) = fЭ . Vm = 1/2 . 22,4 = 11,2 л/моль.
Зная количество эквивалентов хлора [nfЭ(Cl₂) = 3,3] и VЭ(Cl₂), рассчитаем его объем, получим:

V(Cl₂) = nfЭ(Cl₂) . VЭ(Cl₂) = 3,3(1/2) . 22,4 = 36,96 л.

Рассчет молярной массы эквивалента металла, образующегося при реакции с соляной кислотой

Задача 236.
Рассчитайте молярную массу эквивалента металла и определите какой это металл, если при взаимодействии 1 г его с разбавленной соляной кислотой выделяется водород объемом 220 мл, измеренный при давлении 740 мм. рт. ст. и температуре 21 o С. Каков фактор эквивалентности данного метала?
Решение:
Ввычислим объем водорода при нормальных условиях, используя формулу Клапейрона-Менделеева:

Vo = PVTo/PoТ = (740 . 0,22 . 273)/(760 . 294) = 0,1989 л.

Рассчитаем количество эквивалентов водорода, получим:

nfЭ(Н₂) = V/VЭ(Н₂) = 0,1989/11,2 = 0,01776 мольэкв.

Согласно закону эквивалентов следует, вещества реагируют в эквивалентных количествах, то число эквивалентов (молей эквивалентов) металла столько же, т.е. nfЭ(Me) = 0,01776 мольэкв. Следовательно, 1 г металла составляет 0,01776 мольэкв.
Тогда
Вычислим молярную массу эквивалента металла, получим:

МЭ(Ме) = m(Ме)/nfЭ(Me) = 1/0,0178 = 56,306 г/моль.

Источник