普通化学

化学是一个非常广泛的领域;然而，在这个看似复杂的主题中，本书只使用了很小的一部分。这些包括等价物和等效质量、表示浓度的方法、活性和活性浓度、平衡和溶解度积常数、酸和碱。这化学知识将用于单元过程这本书的一部分。

等效和等效质量

文献中关于等效质量和等效质量的定义比较混乱，没有统一的定义。它们是根据具体情况定义的，从来都不是统一的。例如，在水化学中，定义等效质量的方法有三种:基于离子电荷的等效质量、基于酸碱反应的等效质量和基于氧化还原反应的等效质量(Snoeyink和Jenkins, 1980)。本节将利用参考物种的概念统一这些术语的定义;但是，在统一定义之前，我们将先讨论上述三种方法。因此，讨论的结果将构成统一的基础。

基于离子电荷的等效质量。在该方法中，等效质量定义为(Snoeyink and Jenkins, 1980):

分子量

等效质量= -:-:——(6)

离子电荷

例如，考虑这个反应，

Fe(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 ^ Fe(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O

计算Fe(HCO3)2的等效质量。

当这个离子电离时，Fe会形成+ 2的电荷而碳酸氢盐离子会形成- 1的电荷但是，因为它的下标是2，所以总离子电荷是- 2。因此，根据前面的公式，等效质量为Fe(HCO3)2/2，其中Fe(HCO3)2必须从各自的原子质量来计算。氢氧化钙的正离子电荷是2。OH-的负离子电荷是1;但是，因为下标是2，所以氢氧化钙的总负离子电荷也是2。因此，如果要找到Ca(OH)2的等效质量，它将是Ca(OH)2/2。后面会提到，Ca(OH)2/2与Fe(HCO3)2/2不相容，因此，式(6)不是普遍适用的，因为它应该适用于参与化学反应的所有物种。相反，它只适用于Fe(HCO3)2，而不适用于Ca(OH)2，这将在后面展示。

基于酸碱反应的等效质量。在该方法中，等效质量定义为(Snoeyink and Jenkins, 1980):

当量质量= - (7)

其中n是在分子中发生反应的氢离子或羟基离子的数量。例如，考虑这个反应，

H3PO4 + 2NaOH ^ 2Na+ + HPO2- + 2H2O

现在，计算H3PO4的等效质量。可以观察到H3PO4转化

变成HPO4。因此，两个氢离子在H3PO4分子中反应，H3PO4的等效质量为H3PO4/2，由上式可知。氢氧化钠中反应的羟基离子的数量是1;由上式可知，NaOH的等效质量为NaOH/1。

基于氧化还原反应的等效质量。对于氧化还原反应，等效质量定义为所涉及的每摩尔电子的物质质量(Snoeyink和Jenkins, 1980)。

例如，考虑这个反应，

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ^ 4Fe(OH)3

亚铁从+2到+3的氧化态被氧化成铁形式。2和3的差值是1，因为有4个Fe原子，电子的数量是1 x 4 = 4。Fe(OH)2的等效质量是4Fe(OH)2/4。注意，系数4已经包含在计算中。之所以如此，是因为为了得到所涉及的电子总数，必须包括系数。所涉及的电子不仅是一个分子中的电子，而且是平衡的化学反应中所有分子中的电子，因此必须说明该项的系数。对于氧，所涉及的电子摩尔数也会被发现是4;因此，氧的等效质量为O2/4。

现在，我们要用参考物种的概念来统一这个等价性。上述计算方法中所使用的正电荷或负电荷、氢离子或羟基离子以及电子的摩尔数实际上都是参考物质。它们是计算等效质量时的参考。注意，氢离子实际上是带正电荷的羟基离子实际上是带负电荷的。根据前面三种等效质量计算方法的结果，我们可以得出以下结论:

1.参与反应的任何物质的质量每单位参考物质的数量称为物质的等效质量，并且，如下所述

2.物质的质量除以这个当量质量就是物质的当量数。

分子质量/离子电荷的表达式实际上是每单位参考物质的质量，其中离子电荷是参考物质。分子质量n实际上也是每单位参考物质的质量。在以氧化还原反应为基础的方法中，没有建立方程;然而，本例中使用的比率是各自物质的质量与参考物质的比率，其中电子数4是参考物质的数量。

根据上面的讨论，参考物质只能是两种可能中的一种:参与氧化还原反应的电子和所有其他反应中的正电荷(或负电荷)。这些种类(电子和正电荷或负电荷)表示物质的化合能力或价电子。下面的各种例子将体现参考物种的概念。

再来看看下面的例子:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ^ 4Fe(OH)3 Fe(HCO2)3 + 2Ca(OH)2 ^ Fe(OH)2 + 2CaCO3 + 2H2O

第一反应是亚铁形式从+2到+3的氧化态被氧化成铁。因此，在这个反应中，电子参与其中，使它们成为参考物质。2和3的差值是1，因为有4个Fe原子，电子的数量是1 x 4 = 4。对于氧分子，它的原子数从每个原子的0减少到每个原子的-2。由于分子中有2个氧原子，所涉及的电子总数也等于4(即2 x 2 = 4-)。在这两种情况下，电子数都是4。这个数字被称为参考物种的数量，结合容量，或价态。(参考物种的数量将在本书中使用。-因此，为了得到反应中所有参与物质的等效质量，每一项必须除以4:4Fe(OH-2/4, O2/4, 2H2O/4，和4Fe(OH-3/4。对于Fe(OH-2)和O2，我们得到了相同的结果。

如果氧原子所包含的电子总数不同，就会出现问题。因此，如果出现这种情况，按照所涉及电子数中较小者作为参考种数的惯例。例如，如果氧的电子数是2，那么所有参与化学反应的物质就会除以2而不是4。然而，对于任何给定的化学反应或一系列相关的化学反应，无论选择参考物种的值，只要始终使用这个数字，答案仍然是相同的。下面要讨论的第二种反应说明了两种相互竞争的价值可供选择的情况。此外，请注意，参考物种只能从反应物中提取，而不能从产物中提取。这是因为反应物是相互作用的起始物，因此，是化学反应中物种等价性的起始物。

在第二个反应中，没有电子参与。在这种情况下，按照惯例，如果没有电子参与，要么考虑正氧化态，要么考虑负氧化态作为参考物质。对于这个反应，首先考虑正氧化态。由于亚铁的电荷为+2，所以碳酸氢铁的参考种数为2。或者，考虑一下碳酸氢盐的负电荷。碳酸氢盐离子的电荷是-1，因为两个碳酸氢盐在碳酸氢铁中，参考物种的数量，再次，1 x 2 = 2。从这些分析中，我们采用2作为反应的参考物种的数量，但可能会有如下段所示的修改。(请注意，这是整个反应的参考物质的数量，而不仅仅是反应中的单个项。换句话说，化学反应中的所有项和每个项必须使用相同的数字作为参考物种

在氢氧化钙的例子中，由于钙的电荷是+2，这项的系数是2，所以参考物质的数量是4。因此，对于同一个反应，我们现在有了两个可能的值。在这种情况下，有两种选择:2或4作为参考物种的数量。如前所述，任何一个都可以使用，只要选择了一个，所有后续计算都基于一个特定的选择;但是，采用选择参考物种数量为最小值的惯例。因此，第二反应的参考物质的数量是2，而不是4，所有参与物质的等效质量由反应的每个平衡项除以2得到:Fe(HCO3-2/2, 2Ca(OH-2/2, Fe(OH-2/2, 2CaCO3/2和2H2O/2。

注意，Ca(OH)2现在的等效质量为2Ca(OH)2/2，这与之前得到的Ca(OH)2/2不同。这意味着式(6)中等效质量的定义是不准确的，因为它不适用于Ca(OH)2。Ca(OH)2/2的等效质量与Fe(HCO3)2/2、Fe(OH)2/2、2CaCO3/2、2H2O/2不相容。相容性意味着化学反应中的物质在计算中都可以相互关联;但是，由于等量的Ca(OH)2现在不相容了，在任何化学计算中，它都不再与反应中的其他物质有关。相比之下，这里开发的参考物质的方法以统一的方式适用于化学反应中的所有物质:Fe(HCO3)2, Ca(OH)2, Fe(OH)2, CaCO3和H2O，因此产生的等效质量彼此兼容。之所以如此，是因为所有的物种都在使用相同数量的参考物种。

取两个反应磷酸然后是氢氧化钠。这些反应将说明，给定物质的等效质量取决于该物质所参与的化学反应。

H3PO4 + 2NaOH ^ 2Na+ + HPO2- + 2H2O

3PO4 + 3NaOH ^ 3Na+ + PO3- + 3H2(

考虑正电荷和第一反应。因为NaOH的Na+(记住，在选择参考物质时只考虑反应物)的电荷为+1，这项的系数为2，所以涉及到两个正电荷(2 x 1 = 2)。以H3PO4为例，方程表明酸分解成HPO^和其他物质，其中一个H仍然“附着”在方程右侧的PO4上。这表明两个H+参与了分手。因为H+的电荷是+1，因此有两个正电荷。在Na+和H+两种情况下，参考物质都是两个正电荷，参考物质的数量为2。因此，在第一次反应中，通过将项(包括系数)除以2，得到参与物质的等效质量。因此，对于酸，等效质量为H3PO4/2;碱的等效质量为2NaOH/2等。

在第二个反应中，同样根据正电荷进行类似的分析，可以发现参考物种的数量为+3。因此，在这个反应中，对于酸，等效质量是H3PO4/3;碱的等效质量为3NaOH/3等，说明相同物质H3PO4和NaOH与第一次反应的等效质量不同。因此，任何物质的等效质量取决于它所参与的化学反应。

在以前的讨论中，没有确定参考种数量的单位。一个方便的单位是摩尔(即，摩尔电子或摩尔正电荷或负电荷)。摩尔可以是毫克摩尔，克摩尔等等。等效质量的质量测量单位将对应于用于参考物质的摩尔类型。例如，如果所使用的摩尔是克摩尔，则等效质量的质量将表示为每克摩尔参考物质的物质的克数;并且，如果所用的摩尔是毫克摩尔，那么等效质量将以每毫克摩尔参考物质的物质毫克来表示，以此类推。

因为参考物种被用作参考标准，所以它的单位摩尔可以说是一个等价物的单位。由此，参与物质的等效质量可以表示为每当量参考物质的物质质量;但是，由于该物质与参考物种是等效的，“每当量参考物种”的表述与“每当量物质”的表述是相同的。因此，一种物质的等效质量也可以表示为该物质的质量与该物质的当量之比。

平衡化学反应的每一项都代表参与反应的物质的质量。因此，求物质等效质量的一般公式是

物质的当量数=平衡反应中参考物质摩尔数中的项

用石灰和纯碱软化含有2.5摩尔碳酸氢钙和1.5摩尔硫酸钙的水。(a)使用等效质量法和(b)使用平衡化学反应生产了多少克碳酸钙固体?相关反应如下:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ^ 2CaCO31 + 2H2O CaSO4 + Na2CO3 ^ CaCO3 + Na2SO4

解决方案:

(a) Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ^ 2CaCO31 + 2H2O参考物种数= 2

因此，CaCO3的等质量= - 3 = 100

等量Ca (HCO3)2质量= ^a("CCO3 ")2 = 4400 + 2[1 + j2 + 3(16)-j16-2 = 81

qeq of Ca (HCO3)2 = -in;-!^ = 5 = CaCO3的geq

g CaCO3固体= 5(100)= 500 g Ans CaSO4 + Na2CO3 ^ CaCO3 + Na2SO4

参考种数= 2

因此，CaCO3的等质量= CaC

CaSO4 40 + 32 + 4(16) 136,fi =质量的CaSO4 = -^ - = -^ - = - = 68

CaSO4的qeq = jL5^336) = 3 = CaCO3的geq 68

g CaCO3固体= 3 (50)= 150 g Ans CaCO3总克= 500 + 150 = 650 Ans

(b) Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ^ 2CaCO3^ + 2H2O 2CaCO

g CaCO3固体= ----A (2.5)(162) = 500 Ca (HCO3)2

CaSO4 + Na2CO3 ^ CaCO3 + Na2SO4

g CaCO3固体= (1.5)(136)= 150

CaCO3总克数= 500 + 150 = 650 Ans

浓度的表示方法

有几种方法用于表示水和废水中的浓度，在这里介绍其中一些是合适的。它们是摩尔浓度、摩尔浓度、摩尔分数、质量浓度、当量浓度和正态度。

物质的量浓度。摩尔浓度是每升溶液中溶质的克摩尔数，根据化学常识，克摩尔是物质的质量(以克为单位)除以所讨论物质的分子质量。注意上面说的是“每升溶液”。这意味着溶质和溶剂一起作为一升溶液中的混合物。摩尔浓度的符号是M。

例如碳酸钙。这种物质的质量密度为2.6克/立方厘米。假设，35毫克溶解在一升水中，求出相应的物质摩尔浓度。

35毫克的质量为0.035克。碳酸钙的分子量为100克/摩尔;因此，0.035 g等于0.035/100 = 0.00035 gmol。0.35 g对应的体积为0.035/2.6 = 0.0135 cc = 0.0000135 L，此时混合物的总体积为1.0000135 L。因此，根据摩尔浓度的定义，溶解在1升水中的35 mg对应的摩尔浓度为0.00035/1.0000135 = 0.00035 M。

质量摩尔浓度。摩尔浓度是每1000g溶剂中溶质的克摩尔数。注意质量摩尔浓度的定义和质量摩尔浓度的定义之间的巨大差异。溶剂现在与溶质“分离”了。质量摩尔浓度的符号是m。

现在，再以上面的碳酸钙为例，求出相应的质量摩尔浓度。我们要做的另一个计算就是求出一公升水的克数。要做到这一点，必须对水温作一个假设。假设温度为5℃，其质量密度为1.0 g/cc, 1升的质量为1000 g。因此，0.00035 gmol的碳酸钙溶解在1000克水中。这就是质量摩尔浓度的定义相应的质量摩尔浓度是0.00035m。注意，在这种情况下，物质的量浓度和质量摩尔浓度之间并没有实际的区别。注意质量水的密度从5°C到100°C变化不大。

摩尔分数。摩尔分数是表示某种物质的摩尔分数部分相对于混合物中物质的摩尔总数的一种方法。设ni为特定物质i的摩尔数，则该物质xt的摩尔分数为

N是混合物中的物种总数。

对一个水样的分析结果如下表所示。计算各自物种的摩尔分数。

离子

Ca (HCO3) 2

毫克(HCO3) 2

Na2SO4

继续阅读:信息Qdv

这篇文章有用吗?

0 0