Представьте, что молекулы «обмениваются» частями (например, ионами водорода H⁺ в кислоте или электронами в окислительно-восстановительной реакции). Эквивалент (Э) — это реальная или условная частица вещества, которая может присоединить, отдать или каким-либо другим образом высвободить один ион H⁺ (или OH⁻) или один электрон.
Молярная масса эквивалента (Mэ) — это масса одного моля таких эквивалентов. Это ключевая величина для расчётов.
Проще говоря: Mэ показывает, сколько граммов вещества реагирует с 1 граммом водорода (H₂) или 8 граммами кислорода (O₂).
2. Как найти молярную массу эквивалента (Mэ)?
Это зависит от типа вещества.
- Для кислоты: Mэ(кислоты) = M(кислоты) / основность
Основность — это число атомов водорода в формуле, способных реагировать.
Примеры:
HCl: M = 36.5 г/моль, основность = 1 → Mэ = 36.5 / 1 = 36.5 г/моль
H₂SO₄: M = 98 г/моль, основность = 2 → Mэ = 98 / 2 = 49 г/моль - Для основания: Mэ(основания) = M(основания) / кислотность
Кислотность — это число гидроксогрупп (OH⁻) в формуле.
Примеры:
NaOH: M = 40 г/моль, кислотность = 1 → Mэ = 40 / 1 = 40 г/моль
Ca(OH)₂: M = 74 г/моль, кислотность = 2 → Mэ = 74 / 2 = 37 г/моль - Для соли: Mэ(соли) = M(соли) / (заряд катиона * число катионов)
Пример:
Al₂(SO₄)₃: M = 342 г/моль.
Заряд катиона Al³⁺ = 3, число катионов = 2.
Mэ = 342 / (3 * 2) = 342 / 6 = 57 г/моль - Для оксида: Mэ(оксида) = M(оксида) / (заряд катиона * число катионов)
Считается так же, как для соли.
Пример:
CaO: M = 56 г/моль.
Заряд катиона Ca²⁺ = 2, число катионов = 1.
Mэ = 56 / (2 * 1) = 28 г/моль - Для вещества в окислительно-восстановительной реакции (ОВР):
Mэ(ОВР) = M(вещества) / |n| * число атомов
где |n| — модуль изменения степени окисления одного атома.
Пример для KMnO₄ в кислой среде (восстанавливается до Mn²⁺):
M(KMnO₄) = 158 г/моль.
Степень окисления Mn меняется с +7 до +2 → |n| = 5.
В формуле 1 атом марганца.
Mэ = 158 / (5 * 1) = 31.6 г/моль
3. Суть Закона эквивалентов
Массы реагирующих веществ пропорциональны их молярным массам эквивалентов.
Основная формула:
m₁ / m₂ = Mэ₁ / Mэ₂
где:
- m₁ и m₂ — массы двух реагирующих веществ.
- Mэ₁ и Mэ₂ — их молярные массы эквивалентов.
Из этой формулы следует, что количество вещества эквивалентов (νₑ) для всех участников реакции одинаково.
νₑ = m / Mэ
И для реакции: νₑ(вещества 1) = νₑ(вещества 2) = ...
4. Пошаговый алгоритм решения задачи
- Внимательно прочитайте условие. Запишите, что дано и что нужно найти.
- Запишите уравнение реакции (если оно нужно для определения Mэ).
- Определите молярные массы эквивалентов (Mэ) для всех упомянутых в задаче веществ, используя правила выше.
- Запишите математическую часть решения на основе закона эквивалентов.
Чаще всего это пропорция: m₁ / Mэ₁ = m₂ / Mэ₂ - Подставьте числа в формулу и найдите искомую величину.
- Запишите ответ.
5. Пример решения задачи
Задача: На нейтрализацию 9.8 г серной кислоты израсходовано 7.3 г хлороводорода. Найдите молярную массу эквивалента серной кислоты.
Решение по шагам:
- Дано:
m(H₂SO₄) = 9.8 г
m(HCl) = 7.3 г
Найти: Mэ(H₂SO₄) - ? - Уравнение реакции (для понимания):
H₂SO₄ + 2HCl → ... (здесь видно, что на 1 H₂SO₄ нужно 2 HCl, но для закона эквивалентов оно не всегда обязательно). - Находим Mэ для известного вещества (HCl):
HCl — кислота, основность = 1.
M(HCl) = 1 + 35.5 = 36.5 г/моль
Mэ(HCl) = 36.5 / 1 = 36.5 г/моль-экв. - Применяем Закон эквивалентов:
Количество эквивалентов кислоты равно количеству эквивалентов основания.
m(H₂SO₄) / Mэ(H₂SO₄) = m(HCl) / Mэ(HCl) - Подставляем числа в формулу:
9.8 / Mэ(H₂SO₄) = 7.3 / 36.5 - Решаем уравнение относительно Mэ(H₂SO₄):
Mэ(H₂SO₄) = (9.8 * 36.5) / 7.3
Mэ(H₂SO₄) = 357.7 / 7.3 = 49 г/моль-экв.
Ответ: Молярная масса эквивалента серной кислоты равна 49 г/моль.
Как видите, всё совпало с расчетом по формуле в начале (Mэ(H₂SO₄) = 98 / 2 = 49). Закон эквивалентов работает!
Итог: Главное в решении задач по этому закону — правильно определить молярную массу эквивалента для каждого вещества. После этого решение сводится к простой пропорции.
