Как вычислить эквивалентный объем газа

1. Основные законы химии. Закон эквивалентов. Эквиваленты, эквивалентные массы и эквивалентные объемы (для газов).

закон эквивалентов: вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам, или массы (объемы) реагирующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам (объемам):

где m1, m2, MЭ1, MЭ2 – массы и эквивалентные массы реагирующих веществ; V01, V02, V0э1, V0э2 – объемы и эквивалентные объемы газообразных веществ, измеренные (рассчитанные) при нормальных условиях.

Для приведения объема к нормальным условиям используется уравнение, объединяющее законы Бойля – Мариотта и Гей-Люссака,

где P и V – давление и объем газа при данной температуре Т; V0 – объем газа при нормальных давлении (Р0 = 101332 Па) и температуре (Т0 = 273 К).

Эквивалентом (Э) химического элемента называется такое его количество, которое соединяется (замещает) с 1 моль атомов водорода или 1/2 моль атомов кислорода,выражается в молях (М). Эквивалентная масса (МЭ) – масса одного эквивалента вещества, выраженная в граммах. Эквивалент водорода равен его молю атомов, т.е. ЭН = 1 М, а

эквивалентная масса водорода равна 1 г/моль. Эквивалент кислорода равен 1/2 моль атомов кислорода, т.е. ЭО = 1/2 M, а эквивалентная масса кислорода равна 8 г/моль.

Эквивалентным объемом (VЭ) называется объем, занимаемый при данных условиях одним эквивалентом газообразного вещества. При нормальных условиях (н.у.) эквивалентный объем (V0Э) находят исходя из

мольного объема газов, равного 22,4 л. Так как эквивалентная масса водорода равна 1 г/моль, а мольная масса водорода, как простого вещества, равна 2 г/моль, то эквивалентный объем водорода в 2 раза меньше мольного, т.е. V0Э(Н2) = 11,2 л. Эквивалентная масса кислорода равна 8 г/моль, а мольная масса его равна 32 г/моль, то его эквивалентный объем в 4 раза меньше мольного, т.е. V0Э(О2) = 5,6 л.

Эквиваленты и эквивалентные массы простых веществ рассчитываются по

формуле , где М – мольная масса элемента, г/моль; В – валентность.

Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое может замещать, присоединять или быть каким-либо другим способом эквивалентно одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Эквиваленты и эквивалентные массы сложных веществ рассчитываются по формуле

где Мсл.в – мольная масса сложного вещества, г/моль; В – валентность элемента, образующего соединение; n – число атомов элемента в соединении. Выражения для расчета эквивалентных масс оксидов, кислот, оснований и

Читайте также:  Как вычислить объем колбы

солей имеют вид

2. Основные определения и понятия в химической термодинамике. Внутренняя энергия, теплота, работа.

Внутренняя энергия (U) характеризует общий запас энергии системы. Сюда входят: энергия колебания атомов, кинетическая и по-тенциальная энергии молекул, энергия движения электронов, межъя-дерное взаимодействие и т. д., т. е. все виды энергии всех частиц, со-ставляющих систему, за исключением потенциальной энергии положе-ния системы в пространстве и кинетической энергии движения системы как целого.

Внутренняя энергия является функцией состояния, т. е. изменение ее не зависит от того, через какие промежутки (стадии) идет процесс, а оп-ределяется только исходным и конечным состоянием. Эта величина экс-тенсивная, измеряется в Дж или кал. (ккал.).

Абсолютная величина внутренней энергии системы не поддается оп-ределению, однако можно определить ее изменение ∆U = U2 – U1 в раз-личных процессах. Если ∆U возрастает, то считается положительной ве-личиной, и отрицательной, если ∆U уменьшается. Изменение внутренней энергии при переходе от одного состояния к

другому может осуществляться как в форме теплоты (Q), так и в форме работы (А).

Теплота (Q) является мерой энергии, переданной от одного тела дру-гому за счет разницы температур этих тел. Эта форма передачи энергии связана с хаотическими столкновением молекул соприкасающихся тел.

При этом молекулы более нагретого тела передают энергию молекулам менее нагретого тела. Перенос массы при этом не происходит.

Работа (А) — это мера передачи энергии от системы, совершающей работу, к системе, над которой совершается работа, или, другими сло-вами, мера энергии, переданной от одного тела к другому, за счет пере-мещения масс под действием каких-либо сил. Сюда относится: поднятие

тел в поле тяготения, переход электричества от большего к меньшему потенциалу, расширение газа и т. п.

Теплота и работа зависят от пути протекания процесса, следователь-но они не являются функциями состояния. Теплота и работа характери-зуют способ или форму передачи энергии. Теплоту выражают в Дж или кал. (ккал.), работу — в Дж. Для любого физико-химического процесса справедливо равенство:

которое означает, что теплота (Q), подведенная к системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии (∆U) и на работу (А), совершенную системой. Уравнение (4.7) — математическое выражение первого закона

Следует заметить, что работа А представляет собой сумму

где P∆V — работа преодоления внешнего давления Р, необходимая для удержания системы в состоянии механического равновесия,

∆V — изменение объема от V1 к V2, V2 > V1,

A’ max— работа против электрических, гравитационных и других сил, т. е. не связанная с изменением термодинамических параметров

Читайте также:  2016 году 72 от общего объема

(так называемая полезная работа).

Учитывая, что для химических взаимодействий наиболее характерна работа расширения (A’max = 0), выражение (4.7) запишем в виде:

.Тогда, для изохорических процессов (V = const),

P ∆V = 0, QV = ∆U, (4.11)

которое означает, что вся подведенная к системе теплота (QV) расходует-ся на увеличение внутренней энергии.

Источник

Эквивалентный объем

Выше уже говорилось, что простые вещества (или химические соединения), вступающие в химические реакции друг с другом, а также продукты реакций находятся в строго определенных количественных соотношениях. Следствием этого факта было введение в научный и практический обиход понятия эквивалент. Эквивалентом химического элемента (или молем эквивалентов) называется такое его количество, которое может заместить или присоединить к себе в химических, реакциях 1 моль атомов водорода или любого другого химического элемента, эквивалент которого известен. В соединениях , , , эквиваленты хлора, серы, азота и углерода равны 1 молю, 1/2 моля, 1/3 моля и 1/4 моля, соответственно. Эквивалент (или моль эквивалентов) сложного вещества — это такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом атомов водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества.

Масса одного эквивалента (или моля эквивалентов) химического элемента или вещества называется их эквивалентной массой (или молярной массой эквивалентом). Единицей измерения эквивалентной массы служит г/моль. Эквивалентная масса химического элемента равна отношению мольной массы атомов к его валентности В:

.

Так, эквивалентные массы хлора, серы, азота и углерода в приведенных выше соединениях равны 34,45 г/моль, (32/2=16) г/моль, (14/3=4,67) г/моль и (12/4=3) г/моль.

Способ определения эквивалентной массы сложных соединений зависит от их класса. Так, эквивалентная масса кислоты равна ее мольной массе , деленной на основность О (число ионов водорода Н + , которое кислота отдает в реакции с основанием; основность равна 1, — 2, — 3):

.

Эквивалентная масса основания равна его мольной массе , отнесенной к валентности металла :

.

И наконец, эквивалентная масса соли определяется как отношение ее мольной массы к произведению валентности металла на число k его атомов в молекуле:

.

Многие элементы, соединяясь друг с другом, могут образовывать по несколько соединений (например, СО и ). Отсюда следует, что эквивалент химического элемента и его эквивалентная масса могут различаться в зависимости от того, какое соединение было взято для их определения. Так, в случае приведенных выше моно- и диоксида углерода эквивалентные массы углерода равны, соответственно, (12/2 = 6) г/моль и (12/4 = 3) г/моль, поскольку мольная масса атомов углерода равна 12 г/моль, а его валентность равна 2 в случае монооксида углерода и 4 — в случае диоксида.

Читайте также:  135 л с это объем двигателя

Кроме понятия эквивалентной массы, широко пользуются также понятием эквивалентного объема, под которым понимают объем, который занимает 1 эквивалент рассматриваемого газообразного вещества. Единицей измерения эквивалентного объема является л/моль. Поскольку 1 эквивалент водорода (атомарного) составляет половину 1 моля молекулярного водорода, становится понятно, что эквивалентный объем водорода при нормальных условиях равен половине мольного объема, т.е. 11.,2 л/моль. Соответственно, эквивалентный объем кислорода равен 5,6 л/моль, так как эквивалент кислорода равен 1/4 моля, т.е. в 2 раза меньше эквивалента водорода.

Изучение количественных закономерностей химических реакций привело к установлению закона эквивалентов: Массы и (или объемы и ) реагирующих друг с другом веществ пропорциональны их эквивалентным массам и (объемам и ):

.

Из этого уравнения легко получается соотношение:

,

где и — количества эквивалентов реагентов. Как видим, количества эквивалентов реагирующих без остатка веществ равны между собой.

Рассмотрим для примера решение задач, в которых встречаются понятия, о которых только что шла речь.

Пример 1. Чему равна эквивалентная масса металла, если при взаимодействии 3 г его оксида с серной кислотой образовалось 9 г сульфата?

Решение. Составим уравнение реакции и — для наглядности — проставим под формулами оксида и сульфата их массы:

Эквивалентная масса металла равна отношению его мольной массы к валентности. Записав формулу оксида в виде , мы тем самым определили, что валентность металла равна 2. Нам остается найти мольную массу металла. Для этого составим пропорцию:

3 г оксида так относятся к 9 г сульфата, как

мольная масса оксида относится к мольной массе

( + 16) г/моль ( +96) г/моль сульфата

Из этой пропорции получаем следующее равенство;

( + 16)´9 = ( + 96)´3, откуда находим 24 г/моль.

Деля эту величину на найденную валентность, находим, что эквивалентная масса металла 12 г/моль.

Ответ: 12 г/моль.

Примечание: Если бы мы записали формулу оксида в виде , то формула сульфата должна была бы быть записана в виде , что означало бы, что валентность металла равна 1. Проделав аналогичные математические выкладки, мы получили бы, что 12 г/моль, а следовательно, 12 г/моль, как и в первом случае.

Пример 2. При взаимодействии с водой некоторого количества металла с эквивалентной массой, равной 19,55 г/моль, выделилось 3 л водорода. Определить массу металла.

Решение. Поскольку эквивалентный объем водорода известен (11,2 л/моль), составим пропорцию:

19,55 г/моль металла эквивалентны 11,2 л/моль водорода,

а х г металла эквивалентны 3 л водорода,

откуда

Источник

Поделиться с друзьями
Объясняем