Образовательный материал

СЕМИНАР-ПОГРУЖЕНИЕ «ЭКВИВАЛЕНТ»
Проводился на курсах по химии в рамках районной программы «Одаренные дети».
Учитель Першина Ольга Геннадьевна
МОУ «Гимназия «Дмитров»», г. Дмитров, Мо

Цель: познакомить учащихся с понятием «эквивалент» и его применением.
Задачи:
Формировать навыки определения эквивалентной массы элемента, и сложного вещества (оксида, гидроксида (основания и кислоты), соли).
Познакомить с формулировкой закона эквивалентов.
Показать на отдельном примере преимущества использования закона эквивалентов для решения задачи на вывод формул вещества (определения элемента).
Формировать навыки решения задач с применением понятия «эквивалент».
Познакомить с понятием «нормальная концентрация» и его применением в аналитической химии.

Теоретический материал:
В 1801 – 1807 гг. был установлен второй основной закон химии – закон постоянства состава, заключающийся в том, что каждое химическое соединение имеет вполне определенный и постоянный состав, закон Пруста. Как следствие отсюда вытекает, что состав химического соединения не зависит от способа его получения. Лишь на основе этого закона открылась возможность устанавливать те весовые соотношения, в которых соединяются между собой различные химические элементы. Эти соотношения были изучены и систематизированы главным образом Дальтоном в течение нескольких лет, начиная с 1803 г. Им было введено в науку представление о соединительных весах элементов, впоследствии названных «эквивалентами».
Эквивалентом (Э) называется весовое количество элемента, соединяющееся с одной (точнее, 1,008) весовой частью водорода или замещающее ее в соединениях. Следовательно, состав всякого соединения может быть выражен целыми числами эквивалентов входящих в него элементов.
Нахождение численных значений эквивалентов не представляет трудностей, если известен процентный состав соединения данного элемента с другим, эквивалент которого уже установлен.
Эквивалентной массой (Эm) называется масса 1 эквивалента вещества.

Пример 1.
Вычислите эквивалентный вес кислорода, исходя из процентного состава воды: 11,2% водорода, 88,8% кислорода.
Если на 11,2 вес. ч. водорода приходится 88,8 вес. ч. кислорода, то на 1,008 вес. ч. водорода придется Э вес. ч. кислорода. Очевидно, что
Эm = 1,008*88,8: 11,2 = 8,0 и будет эквивалентным весом кислорода.

Пример 2.
Вычислите эквивалентный вес меди, исходя из процентного состава оксида: 79,9% меди и 20,1% кислорода.
Для вычисления эквивалента меди составляем пропорцию:
на 79,9 вес. ч. меди приходится 20,1 вес. ч. кислорода
на Э вес. ч. меди приходится 8,0 вес. ч. кислорода
Эm = 8,0*79,9 : 20,1 = 31,8 и будет эквивалентным весом меди.

Пример 3.
Определить эквивалент и эквивалентные массы элементов в соединениях HBr, H2O, CH4, NH3.
В указанных соединениях с 1 молем атомов водорода соединяется 1 моль атомов брома, Ѕ моля атомов кислорода, 1/3 моля атомов азота, ј моля атомов углерода. Следовательно, согласно определению, эквиваленты брома, кислорода, азота и углерода равны соответственно 1 молю, Ѕ , 1/3, 1/4 моля (Э(Br)=1, Э(O)= Ѕ, Э(N)= 1/3, Э(С)= 1/4).
Исходя из мольных масс атомов этих элементов, находим, что эквивалентные массы равны Эm(Br) = 79,9 г/моль, Эm(O) = 8 г/моль, Эm(N) = 4,67 г/моль, Эm(С) = 3 г/моль.
Эm (элемента) = М (элемента) / Валентность

Формулы для вычисления эквивалентных масс сложных веществ:
М (оксида)
Эm (оксида) = Число атомов элемента * Валентность элемента

М (кислоты) Основность кислоты – число протонов,
Эm (кислоты) = основность кислоты которое отдает молекула кислоты, реагируя с
основанием.
М (основания) Кислотность основания – число протонов,
Эm (основания) = кислотность основания которое присоединяет молекула основания,
реагируя с кислотой
М (соли)
Эm (соли) = Число атомов металла * Валентность металла, где М –молярная масса

Необходимо обратить внимание на то, что эквивалент и эквивалентная масса кислоты и основания зависят от конкретной реакции, в которую они вступают.
Так при взаимодействии серной кислоты и гидроксида натрия с образованием кислой соли серная кислота проявляется свойства одноосновной кислоты, следовательно, ее эквивалент равен 1, а Эm (H2SO4) = M (H2SO4) = 98 г/моль.
А в случае образования средней соли, соответственно: эквивалент равен 1/2, а Эm (H2SO4) = M (H2SO4) /2 = 98/2 г/моль = 49 г/моль.

Важность понятия эквивалент для химии определяется тем, что элементы всегда соединяются между собой в определенных весовых количествах, соответствующих (пропорциональных) их эквивалентам (закон паев, позднее закон эквивалентов).
При решении задач более удобно пользоваться другой формулировкой:
Массы (объемы) реагирующих друг с другом веществ пропорциональны их эквивалентным массам (объемам).
 m (X) m (Y)
Эm (X) Эm (Y)


Многие элементы образуют по несколько соединений друг с другом, следовательно, эквивалент и эквивалентная масса – непостоянные величины.
Эквивалентным объемом называется объем, занимаемый при данных условиях 1 эквивалентом вещества.
Эквивалентный объем H2, Cl2, Br2, I2, F2 равен Эv = 22,4 л/моль * 1/2 = 11,2 л/моль
Эквивалентный объем О2 равен Эv = 22,4 л/моль * 1/4 = 5,6 л/моль
m (X) V (Y)
Эm (X) Эv (Y)

ПРИМЕНЕНИЕ ПОНЯТИЯ «ЭКВИВАЛЕНТ»: Решение задач на определение неизвестного вещества.

При сгорании 5,00 г металла образуется 9,44 г оксида металла. Определите металл.
1 способ:
Дано:
m (Me) = 5,00 г
m (MexOy) = 9,44 г
Решение задачи без использования понятия «эквивалент».
При взаимодействии металла с кислородом теоретически может получиться оксид с валентностью металла от 1 до 8. Практически же наиболее вероятно получение оксида с валентностью до 4.
Составим уравнение реакции:

Me - ?



5,00/А моль 0,13875 (моль)
2xMe + yO2 ( 2MexOy
2x моль y моль 2 моль
Определим m(O2) = m (MexOy) - m (Me), m(O) = 9,44 г - 5,00 г = 4,44 г
Определим n(O2) = m/M n(O2), n(O2) = 4,44/32 = 0,13875 (моль)
Обозначим M(Me) = А г/моль
Определим n (Me) = 5,00/А (моль)
Составим пропорцию:
5,00 моль = 0,13875 моль
А *2x моль y моль
Выразим из нее А: А = 5,00y/(2х*0,13875) = 18у/х, где х и y – целые числа, индексы в формуле оксида.
Методом подбора будем определять возможные значения:
х
1
1
1
1
2
2
2
2
и т.д.

y
1
2
3
4
1
3
5
7


M
18
36
54
72
9
27
18
63


Элемент
-
-
-
-
Ве(II) -
Аl (III)
+
Sc (III) -
-



Таким образом, искомый металл алюминий.
Составим уравнение реакции: 4Al + 3O2 ( 2Al2O3

Ответ: Al

2 способ:
Дано:
m (Me) = 5,00 г
m (MexOy) = 9,44 г
Решение задачи с использованием понятия «эквивалент».
Определим m(O) = m (MexOy) - m (Me),
m(O) = 9,44 г - 5,00 г = 4,44 г
Зная, что Эm(O)= 8 г/моль составим уравнение для закона эквивалентов:
m (О) = m (Me)
Эm (О) Эm (Me)
Выразим Эm(Ме) = Эm(O)* m (Me)/ m (О) и найдем значение:
Эm (Me) = 8*5,00/4,44 = 9 (г/моль)

Me - ?



Методом подбора будем определять возможные значения:
M(Me) = Эm (Me) * валентность(Me)
валентность
1
2
3
4
5
6
7
8

M
9
18
27
36
45
54
63
72

Элемент
Ве(II) -
-
Аl (III) +
-
Sc (III) -
-
-
-


Таким образом, искомый металл алюминий.
Составим уравнение реакции: 4Al + 3O2 ( 2Al2O3

Ответ: Al
Второй способ значительно проще.

Дополнительные задачи.
Одно и то же количество металла соединяется с 0,200 г кислорода и с 3,17 г одного из галогенов. Определите галоген.
Определите металл и эквивалентную массу серы, если 3,24 г металла образует 3,48 г оксида и 3,72 г сульфида.
8,34 г металла окисляются 0,680 л кислорода (н.у.). Определите металл.
1,00 г некоторого металла соединяется с 8,89 г брома и с 1,78 г серы. Определите эквивалентные массы брома и металла, если эквивалентная масса серы равна 16,0 г/моль.
Для растворения 16,8 г металла потребовалось 14,7 г серной кислоты. Определите металл и объем выделившегося водорода (н.у.).
На восстановление 1,80 г оксида металла израсходовано 883 мл водорода (н.у.). Вычислите эквивалентные массы оксида и металла.
Некоторое количество металла, эквивалентная масса которого равна 27,9 г/моль, вытесняет из кислоты 700 мл водорода (н.у.). Определите массу металла.
На нейтрализацию 2,45 г кислоты идет 2,00 г гидроксида натрия. Составьте уравнение реакции нейтрализации.
При взаимодействии 5,95 г некоторого вещества с 2,75 г хлороводорода получилось 4,40 г соли. Вычислите эквивалентные массы вещества и образовавшейся соли.

ТЕСТ ПО ХИМИИ «ЭКВИВАЛЕНТ»
Допишите:
Мера количества вещества - __________________
Масса одного моль вещества - __________________
Масса одного эквивалента - __________________
Вещества вступают в реакции в _______________ отношениях.
Выберите правильный ответ:
Формула, соответствующая закону эквивалентов:
а) Эm(X)*m(X) = m(Y)* Эm(Y) б) Эm(X)/m(X) = m(Y)/Эm(Y)
в) Эm(X)/m(X) = Эm(Y)/ m(Y) г) Эm(X)*m(X) = Эm(Y)* m(Y)
Эквивалентная масса определенного элемента:
а) постоянная величина б) зависит от молярной массы
в) зависит от валентности
г) зависит от молярной массы и от валентности
В соединениях хлорид фосфора (V) и хлорид фосфора (III) различны:
а) эквивалентные массы хлора б)эквивалентные массы фосфора
в) эквивалентные массы хлора и фосфора
Установите соответствие:
Между веществом и его эквивалентной массой (г/моль):
Серная кислота
Азотная кислота
Гидроксид меди (II)
Оксид алюминия
Оксид меди (I)
Вода
Сульфат железа(III)
Оксид хрома (VI)
Фосфорная кислота
Цинк
Карбонат натрия
53
17
32,(6)
49
32,5
63
200
66,(6)
16,(6)
72
9
100

На восстановление 16 г оксида неизвестного металла до металла потребовалось 1,8 г углерода, превратившегося в углекислый газ.
Эквивалентная масса оксида __________________.
Эквивалентная масса металла __________________.
Металл – __________________.
Уравнение реакции __________________.
11 г неизвестного металла растворили в воде при н.у., при этом выделилось 2,8 г водорода.
Эквивалентная масса металла ____________________.
Металл ____________________.
Уравнение реакции ____________________.
Одна и та же масса металла (19,5 г) соединяется с 9,6 г серы или с 76,2 г галогена.
Эквивалентная масса металла ____________________.
Металл ____________________.
Эквивалентная масса галогена ____________________.
Галоген ____________________.
Формула сульфида ____________________.
Формула галогенида ____________________.
Теоретический материал:
В аналитической химии понятие эквивалент широко применяется в количественном анализе.
Молярная концентрация эквивалента Сэкв. – это отношение количества вещества эквивалентов (Э) к объему раствора, выраженному в литрах.
Сэкв. = Э / V . Иногда этот вид концентрации называется нормальностью и выражается в моль/л или н. Например, запись 1 н. H2SO4 означает, что в 1 л раствора содержится 1 эквивалент серной кислоты, то есть Ѕ моль ее или 49 г.
Количественные отношения веществ в титриметрическом анализе основаны на законе эквивалентов: В химической реакции с n эквивалентами одного вещества всегда вступает во взаимодействие n эквивалентов второго и образуется n эквивалентов каждого из продуктов реакции.
Для иллюстрации приведем ряд химических реакций:
KOH + HCl = KCl + H2O
1 экв. 1 экв. 1 экв. 1 экв.
2 KOH + H2C2О4 = K2C2О4 + 2 H2O
2 экв. 2 экв. 2 экв. 2 экв.
3 KOH + H3РО4 = K3РО4 + 3 H2O
3 экв. 3 экв. 3 экв. 3 экв.
6 Fe(OH)3 + 3 H2SО4 = Fe2(SО4)3 + 6 H2O
6 экв. 6 экв. 6 экв. 6 экв.
Задача: На нейтрализацию 0,2299 г кислоты израсходовано 0,1460 г гидроксида натрия. Определить кислоту.
Для расчетов удобно пользоваться формулой: Vк-ты* Сщ-чи = Vщ-чи * С к-ты

Проведение практического определения нормальной концентрации кислоты (щелочи): титрование - на следующем занятии.











13 PAGE \* MERGEFORMAT 14615



15