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化学反应中的克当量与浓度


实验室k / 2018-07-24

克当量

    在化学反应中,参加反应的各反应物之间的克当量数应彼此相等。在没有氧化和还原的反应中,一摩尔质量氢原子(1.0079克)被采用做为参考的标准准,于是一种物质的克当量定义为它与任何化合物中一摩尔质量氢原子反应的重量。在反应

Ag2SO4+2HCl=2AgCl(固)+H2SO4

中,一摩尔Ag2SO4包含两个当量,因为它的一摩尔与两摩尔HCl反应。Ag2SO4的克当量为

311.8克/摩尔×1摩尔/2当量=15.59克/当量

用通式表示应为

克当量=1摩尔质量的物质/n
或        n=1摩尔质量的物质/克当量

在非氧化一还原反应中,n为反应中得失H+数,亦即该反应物的当量数。
在下面反应中一摩尔FeCl3是三个当量

FeCl3+3AgNO3=3AgCl(固)+Fe(NO3)3

因为一摩尔FeCl3与三摩尔AgNO3反应,而这些AgNO3可将与三摩尔HCl反应。如果反应不包括含氢化合物,可以照此类推。

    在酸-反应中,有时不是所有有效氢原子都反应,在这种情况下,底尔的的当量数决定于参加反应的氢原子数。例如一摩尔H3PO4分别与一摩尔和二摩尔NaOH反应时,则每摩尔的当量数分别为一和二。
    在氧化一还原反应中,每摩尔氧化剂或还原剂的当量数,应当是氧化剂或还原剂氧化数的升高或氧化剂或还原剂降低值。在下面反应中

Zn(固)+2HCl=ZnCl2+H2(气)

二摩尔氯化氢与一摩尔锌反应,氯化氢里的氢原子的氧化态从+1变到0,其氧化数的降低值为1,每摩尔HCl的当量数为1。所以在氧化-还原反应中一种物质的氧化数改变为1个单位值时定义为一当量。其通式可以写为

E=1摩尔质量的氧化剂或还原剂/n
或        n=1摩尔质量的氧化剂或还原剂/E

式中E为氧化还原克当量,n为氧化剂或还原剂的氧化数变化值,亦即氧化剂或还原剂的毎摩尔当量数。在下面反应中,

FeCl3+HI=FeCl2 +1/2I2+HCl

氯化铁被还原为氯化亚铁,Fe的氧化态由+3改变为+2,亦即FeCl3每摩尔当量数为1。应当指出,由于氧化还原反应是很复杂的反应,只能根据确定的反应式才能确定。该反应中氧化剂或还原剂每摩尔的当量数例如在硫代硫酸盐离子被碘氧化的反应中,

2S2O32-+I2=S4O62-+2I-

硫的氧化态从+2改变为+2·1/2。,硫的氧化数变化值为0.5。每摩尔S4O62-中含有4个硫原子,该氧化剂的当量数应为4×0.5=2。应当重新强调,不能专定一种物质的当量,除非所涉及的反应也同样被专定。

化学反应中的克当量与浓度

浓度
    很多化学反应是在溶液中进行的,研究这类反应,必须知道溶液的浓度。溶液的性质与浓度有密切关系。因此,如何表示浓度对研究溶液有着重要的意义。表示溶液浓度的方法有很很多,我们只谈几种最常用的容量浓度表示方法。
    容量浓度表明每升溶液中溶质的量。如如果所表明的是每千克溶液中溶质的量,叫重量浓度,它经常用于物理化学中,我们这里暂不讨论。通常不加容量或重量字样的就是指的容量浓度。
    摩尔浓度、式量浓度和当量浓度都是容量浓度,其意义如下:
    (一)摩尔浓度  在一升溶液中所含溶质的摩尔数(克分子数),叫做摩尔浓度,符号为M。在某些分析化学教材和文献资料中,还经常使用式量浓度(符号为F)。式量浓度是指1升溶液中所含溶质的克式量数。如果克式量用摩尔来表述时,这两种浓度的函义是一致的,但是,在实际应用中却有区别。在溶液平衡中,为了避免溶液中离子或分子的起始浓度和达到平衡后的浓度之间的混淆,我们常用摩尔浓度表示化学反应中的平衡浓度,用式量浓度表示制备溶液的总浓度(分析浓度)。例如,NaHSO4的式量为120,如果一升溶液中溶有12克的NaHSO4,则该溶液的总浓度为0.1F。由于NaHSO4是强电解质,在溶液中全部离解为Na+和HSO4-,而HSO4-又部分离解为H+和SO4-,当到达平衡时其反应式为

NaHSO4→Na++HSO4-⇌H++SO4-

因此,在溶液中,Na+的平衡浓度为0.1M;H+和SO4-的平衡浓度从实验测得为0.034M,HSO4-的平衡浓度则为0.1-0.034=0.066M。
    (二)当量浓度  在每升溶液中所含溶质的克当量数,叫做当量浓度,符号为M。正如前面所指出的,任何一种物质的当量,决定于该物质所参加的具体化学反应。因此,在计算一种溶液的当量浓度时,我们必须了解该溶液中有关物质所参加的反应,否则,对当量或当量浓度的计算就会发生混乱。

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