Bài giảng đương lượng và định luật đương lượng

ĐƯƠNG LƯỢNG VÀ ĐỊNH LUẬT ĐƯƠNG LƯỢNG I.1 Định nghĩa đương lượng Định luật tỷ lệ bội của Dalton cho thấy các nguyên tố kết hợp với nhau theo những tỷ lệ khối lượng nghiêm ngặt chứ khôn

1

I ĐƯƠNG LƯỢNG VÀ ĐỊNH LUẬT ĐƯƠNG LƯỢNG

I.1 Định nghĩa đương lượng

Định luật tỷ lệ bội của Dalton cho thấy các nguyên tố kết hợp với nhau theo những tỷ lệ khối lượng nghiêm ngặt chứ không phải tùy ý

Dalton dùng khái niệm đương lượng (ký hiệu Đ) để chỉ số phần khối lượng của một nguyên tố hay của một hợp chất kết hợp hay thay thế vừa đủ với 1,008 phần khối lượng hydro hay 8 phần khối lượng Oxy

Định nghĩa này cho biết đối với một phản ứng oxy hóa khử thì việc thay thế 1,008 phần khối lượng của Hydro hay 8 phần khối lượng của Oxy tương ứng với việc cho hoặc nhận

1 electron của một nguyên tử hay của một phân tử Từ đây suy ra rằng công thức tổng quát tính đương lượng của nguyên tố trong phản ứng oxy hóa khử là:

Trong đó n là số electron mà một nguyên tử (hoặc một phân tử) của nguyên tố cho hoặc nhận trong phản ứng, A là khối lượng nguyên tử và M là khối lượng phân tử

Ví dụ 1: Tính đương lượng của Sắt trong phản ứng dưới đây:

Fe + HCl = FeCl2 + H2

Trong phản ứng này Fe –2e  Fe2+ , nên n = 2

ĐFe = AFe/n = 56/2 = 28 đ.v.c

Ví dụ 2: Tính đương lượng của Clo trong phản ứng dưới đây:

Cl2 + 2KBr = 2KCl + Br2

Trong phản ứng này một phân tử Clo nhận hai electron để tạo thành 2 ion Cl-, nên n = 2

ĐCl = M/n = 71/2 = 35,5 đ.v.c Công thức (1 1) cũng dùng để tính đương lượng của nguyên tố trong hợp chất đơn giản Trong trường hợp này n là số electron tham gia liên kết trong hợp chất đơn giản nên cũng bằng số oxy hóa của nó A là khối lượng nguyên tử của nguyên tố đó

Ví dụ : Nitơ có 5 oxyt N2O , NO, N2O3, NO2 N2O5 có các số oxyhóa tương ứng +1; +2; +3 +4 và +5 và Oxy trong các hợp chất trên có số oxyhóa bằng –2 Aùp dụng công thức (1.1) chúng ta tìm thấy đương lượng của Oxy trong 5 hợp chất là 8 và đương lượng của Nitơ tương ứng là 14 ; 7; 4,67 ; 3,5 và 2,8

 Đương lượng của một hợp chất trong phản ứng oxy hóa khử được tính bằng công thức (1.2), trong đó n là số electron mà một phân tử hợp chất đó sử dụng trong một phản ứng oxyhóa khử và M là khối lượng phân tử

) 1 1 (

n

A

n

M

Đ 

) 2 1 (

n M

Đ 

2

Ví dụ1: Tính đương lượng của Permanganat kali (KMnO4) và natri sunfit (Na2SO3) trong phản ứng :

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + 3H2O

Mức oxyhóa của Mangan trong KMnO4 là +7 , trong MnSO4 là +2, vậy một phân tử permanganat cho đi 5 electron Khối lượng phân tử Permanganat là 158 Aùp dụng công thứ (1.2) chúng ta tính được đương lượng của KMnO4 trong phản ứng này là M/n = 158/5 = 31,6 đ.v.c

Mức oxyhóa của Lưu huỳnh trong natri sunfit là +4, trong natri sunfat là +6, vậy một phân tử natri sunfit nhận 2 electron Aùp dụng công thức (1.2) chúng ta tìm được đương

lượng của Na2SO3 trong phản ứng này là M/n = 126/2 = 63 đ.v.c

Ví dụ 2: Tính đương lượng của Pyrit ( FeS2) trong phản ứng sau :

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

Số oxyhóa của sắt trong pyrit bằng +2 , trong Fe2O3 bằng +3 , vậy một nguyên tử Sắt trong phân tử Pyrit cho đi 1 electron Số của Lưu huỳnh trong Pyrit bằng –1, trong SO2 bằng +4, vậy hai nguyên tử lưu huỳnh trong phân từ pyrit cho đi 10 electron Tóm lại tổng số electron mà một phân tử Pyrit cho đi trong phản ứng trên là 11 Đương lượng của pyrit trong phản ứng trên là M/n = 120/11 = 10,91 đ.v.c

 Đương lượng của các chất trong phản ứng trao đổi ion cũng được tính theo công thức (1.2), tuy nhiên ở đây, n là số ion đơn giản hoặc phức tạp có mức oxy hóa +1 hoặc –1, mà một phân tử hợp chất đó đã trao đổi Nếu phân tử hợp chất đó trao đổi các ion đơn giản hoặc phức tạp có mức oxy hóa hai, ba… thì ion mức oxy hóa hai, ba… được coi tương đương với 2, 3… ion mức oxy hóa một

Ví dụ 1: Tính đương lượng của acid sunfuric và hydroxyt natri trong các phản ứng sau:

H2SO4 + NaOH = NaHSO4 + H2O (a)

H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + H2O (b) Trong phản ứng a, một phân tử acid sunfuric trao đổi một ion H+ ( hay một ion HSO4-),

do đó đương lượng của acid sunfuric là M/n = 98/1 = 98 đ.v.c

Trong phản ứng b, một phân tử acid sunfuric trao đổi 2 ion H+ (hay một ion SO42-), do đó đương lượng của nó là M/n = 98/2 = 49đ.v.c

Đương lượng của NaOH trong cả hai phản ứng trên đều là M/n = 40/1 = 40 đ.v.c vì một phân tử natri hydroxyt trao đổi một ion Na+ ( hay một ion OH-)

Ví dụ 2 : Tính đương lượng của nhôm sunfat trong phản ứng sau

Al2(SO4)3 + 2KOH = 2AlOHSO4 + K2SO4

Trong phản ứng trên một phân tử nhôm sunfat trao đổi hai ion [AlSO4]+ ( hay một ion SO42- ),

do đó đương lượng của nó là M/n = 342/2 = 171 đ.v.c

3

 Đi đôi với khái niệm đương lượng là khái niệm đương lượng gam Cũng như nguyên tử

gam và phân tử gam, đương lượng gam được định nghĩa như sau :

Đương lượng gam của một chất là lượng tính bằng gam của chất đó có số đo bằng đương lượng của nó

Ví dụ: Đương lượng gam của acid sufuric trong phản ứng a của ví dụ 1 là 98 gam vì đương

lượng của nó là 98 đ.v.c

I.2 Định luật đương lượng

Trong các phản ứng hóa học một đương lượng của chất này chỉ kết hợp hoặc thay thế một đương lượng của chất khác mà thôi

Định luật đương lượng dưới dạng biểu thức (1.3):

Trong đó mA, mB là khối lượng chất A và B, MA, MB là phân tử gam chất A và B, m/M là số đương lượng các chất phản ứng

 Định luật đương lượng thường được sử dụng tính đương lượng, đương lượng gam, số đương lượng và số gam của các chất phản ứng và các chất tạo thành sau phản ứng

Ví dụ 1: Tính đương lượng của phèn nhôm kali trong phản ứng sau đây:

KAl(SO4)2.12H2O + 3KOH = Cr(OH)3 + 2K2SO4 + 12H2O

Giải: Vì đương lượng của KOH bằng khối lượng phân tử của nó ( suy từ định nghĩa đương

lượng theo công thức (1.2)) nên dựa vào định luật đương lượng ta có:

Đphèn = Mphèn / n = 474/3 =158 d.v.c

Ví dụ 2: Tính đương lượng gam của CO2 trong phản ứng sau:

CO2 + CaO = CaCO3

Giải: Theo định nghĩa đương lượng của CaO bằng ½ khối lượng phân tử của nó , từ định luật

suy ra :

ĐCO2 = MCO2 / n = 44/2 = 22 đ.v.c suy ra đương lượng gam của CO2 là 22 gam

I.3 Nồng độ đương lượng gam (C N )

Nồng độ đương lượng gam là số đương lượng gam chất tan trong một lít dung dịch

Nồng độ đương lượng gam biểu diễn bằng công thức (1.4)

) 3 1 (

B

B

A

A

Đ

m Đ

m



) 4 1 (

1000

Đv a

C N 

4

Trong đó: a–là số gam chất tan ;

Đ –là đương lượng gam chất tan ;

v –là thể tích dung dịch (ml)

 Có thể chuyển đổi nồng độ phần trăm qua các nồng độ mol và nồng độ đương lượng nếu biết tỷ trọng (d) của dung dịch Tỷ trọng tính bằng khối lượng của một ml dung dịch (g/ml) Việc chuyển đổi nhờ các biểu thức sau :

Trong đđó: C%– nồng độ phần trăm khối lượng

CM – nồng độ mol

M – phân tử gam

D – Tỷ trọng

 Mối quan hệ giữa nồng độ mol và nồng độ đương lượng gam thể hiện qua biểu thức (1.2):

Trong đó n là tổng số electron trao đổi của một phân tử trong phản ứng oxy hóa khử hoặc bằng số ion (phức tạp hay đơn giản ) mức oxyhóa +1 hoặc -1 trao đổi của một phân tử trong phản ứng trao đổi

 Khi chuẩn độ trong phương pháp phân tích thể tích, nồng độ dung dịch chất cần tìm (N2) tính theo công thức (1.7):



N 2 V 2 = N 1 V 1 (1.7)

Trong đó:

V2 – thể tích dung dịch chất cần tìm nồng độ

N1 – Nồng độ đương lượng dung dịch chất chuẩn

V1 – Thể tích dung dịch chất chuẩn đã sửõ dụng (ml)

) 5 1 ( 10

%

d

M C





10

%

d

Đ C







) 2 1 (

n M

D 