当量是指与特定或俗成的数值相当的量;化学专业用语,用作物质相互作用时的质量比值的称谓。术语中常用到的有化学当量、热工当量、TNT当量等。化学当量主要包括元素当量、化合物当量、物质的克当量、当量浓度等概念。词条详细介绍了上述概念并举例说明了其用途。

1定义

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---化学专业用语:在任何化学反应中,物质的质量比等于它们的当量比。

2化学当量

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当量--- 泛指化学方面的当量数。诸如 当量、克当量、当量浓度、酸碱盐当量、电化当量 等。

物质的当量及当量浓度

根据定组成定律,我们知道物质的组成总是一定的,例如组成水的氢和氧的重量比是1.008 : 8。各种物质彼此进行反应时,它们的重量比也总是一定的。

元素的当量

任何纯净的化合物都有固定的分子式。我们从化合物的分子式,可以看出化合物都是由一定数量的元素所组成。例如水,分子式是H2O,其中氢元素和氧元素的重量比为2.016 : 16即1.008 : 8。事实上通过水的合成或分解都能得到这样的重量比  。

再从元素间反应生成化合物来看,同样也得出各元素间存在着一定数量比的关系。例如氢与氧化合生成水,氢与氯化合生成氯化氢,碳与氧化合生成二氧化碳,镁与氧化合生成氧化镁,从这些反应的化学方程式看,每两种元素之间都有一个数量比的关系。

2H2 + O2 = 燃烧 = 2H2O

1.008*2*2 =4.032

16*2=32

氢与氧的重量比为4.032 : 32即1.008 : 8

又如锌与盐酸发生置换反应时

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

65.4 2

由反应方程式可看出,65.4份重的锌能从盐酸里置换出2份重的氢,即32.7份重的锌能置换出1份重的氢来。

因此,我们把任何一种元素与1份重(1.008份重通常可略成1)的氢或8份重的氧相化合,或从化合物中置换出此量的氢或氧时所需该元素的量,叫做元素的当量。

下面我们再比较一下元素的当量和元素的原子量的关系。

元素 氧 氯 碳 镁 锌

当量 8 35.5 3 12.15 32.7

原子量 16 35.5 12 24.3 65.4

化合价 2 1 4 2 2

可以看出,元素的原子量是元素当量的整数倍数,这个整数倍数恰等于该元素的化合价。

故 元素的当量 = 元素的原子量 / 元素的化合价(绝对值)

即元素的当量也就是该元素对它的1价所相当的重量。

运用这个公式,我们可以从原子量和化合价直接计算出元素的当量。例如铝的原子量为27,其化合价为3,则铝的当量 = 27 / 3 = 9。

化合物的当量

当元素化合时彼此间总有一个相当的量,各元素即按这个相当的量彼此化合或置换。下面研究化合物在参加反应时重量间的关系。从任何化学反应方程式看,反应物之间的克分子数总是一定的,因而它们的重量比也应是一定的。

通氢气入受热的氧化铜上,生成紫红色的铜和水。

CuO + H2=加热=Cu+H2O

63.6+16 =79.6

1*2=2

氧化铜与氢的重量比为79.6 : 2即39.8 : 1,即和1份重氢反应的氧化铜重为39.8份重。39.8就是氧化铜的当量。

我们把某化合物和1当量的氢,或1当量的氧,或1当量的任何其他物质完全作用时所需要的量,叫做该化合物的当量。

下面再研究酸、碱中和反应的基本数量关系。例如氢氧化钠分别与盐酸、硫酸反应。

NaOH + HCl = NaCl + H2O

1分子 1分子

23+16+1 =40

1+35.5=36.5

2NaOH + H2SO4=Na2SO4+2H2O

2分子 1分子

2(23+16+1) =2*40

1*2+32+16*4=98

即40 : 49

在上面两个反应中,同样是1个分子量(即40)氢氧化钠,却可以分别中和1个分子量(36.5)盐酸,1/2个分子量(49)硫酸。这是什么原因呢?这是因为盐酸是一价酸,硫酸是二价酸,所以1个分子量的氢氧化钠分别要与1个分子量盐酸、1/2个分子量硫酸发生完全的反应。

由此可见碱和不同的酸发生中和反应时,总是以一定重量比来进行反应的。这里与40份重氢氧化钠反应所需的盐酸、硫酸分别为36.5份重、49份重,所以盐酸、硫酸的当量分别为36.5和49。

我们再研究一下碱与盐的复分解反应。

2NaOH + MgCl2=2NaCl+Mg(OH)2↓

2分子 1分子

2*40 =80

24+71=95

即40 47.5

可以看出1个分子量(40)氢氧化钠能与1/2个分子量(47.5)氯化镁完全反应,所以氯化镁的当量为47.5。

我们再比较一下化合物(酸、碱、盐)的分子量和当量,不难看出分子量是当量的整数倍这个倍数等于化合物分子中元素或根的正或负化合价总数的绝对值。

由此得出下列公式:

化合物的当量=化合物的分子量/正价或负价总数(绝对值)

可见化合物的当量也对一价(正价或负价的绝对值)所相当的重量。

运用这个公式,可以直接计算出化合物的当量来,例如求硫酸铝的当量。

硫酸铝Al2(S(O4)3 M=27*2+3(32+16*4)=342

故 硫酸铝的当量为342/(3*2)=57。

因为许多元素彼此化合时,在不同条件下能生成几种化合物。例如碳与氧完全燃烧生成二氧化碳,不完全燃烧则生成一氧化碳,所以根据这些不同化合物的分子组成或化合反应来计算,就有不同的当量数值,在CO2中碳与氧重量比为3 : 8,但在CO中碳与氧重量比为6 : 8,可见碳的当量分别为3和6。但是,无论如何,同一元素的各个不同的当量之间,总是互成简单整数比。例如在CO2和CO中碳的当量比为3 : 6即1 : 2。

又如氯化钠与浓硫酸反应,因温度不同而发生不同的反应:

H2SO4 + 2NaCl= 500℃以上 =Na2SO4 + 2HCl↑ (1)

H2SO4 + NaCl= 常温 =NaHSO4 + HCl↑ (2)

在(1)反应中和NaCl一个分子量(即58.5)反应,需H2SO41/2个分子量(即49),而第(2)反应中和一个分子量NaCl=(即58.5)反应需硫酸1个分子量(98)。可见前者硫酸的当量为49,后者则为98。所以物质的当量必须从实际出发,对具体反应情况作具体分析,进行计算,不能硬套公式。

物质的克当量和克当量数

物质或元素的当量是一个比值,是一个不名数。为了使用方便,也和克分子量一样,在生产或科研上常用克为单位表示当量。元素或化合物的当量,以克为单位来表示,则此一定的量,叫做元素或化合物的克当量。克当量一般以E来表示。

例如 硫酸钠M(Na2SO4)=23*2+32+16*4=142,

故 E Na2(SO4)=142克/2=71克。

一克当量的硫酸钠是71克重,10克当量的硫酸钠为71*10=710克,0.1克当量硫酸钠应为71*0.1=7.1克。可见物质的克当量可以是1个或10个或0.1个等等整数或小数倍。我们把元素或物质的克当量的多少或克当量的个数叫做克当量数。

根据上面计算,可见克当量与克当量数之间有以下关系:

克当量 * 克当量数 = 物质的重量克数

由于元素或化合物的克当量可以从元素的原子量和物质的分子量推算出来都是一个定数,因此根据以上公式,我们可以进行克当量数和物质重量克数的互算。

当量定律

上面已经学到,1当量的氢只能和1当量的氧或1当量的氯化合,1当量的氢氧化钠只能和1当量的盐酸、1当量的硫酸、1当量的磷酸发生中和反应,1克当量的元素只能与1克当量的其它元素化合,1克当量的碱只能与1克当量的酸中和。可见当两种元素或化合物发生完全反应时,它们的克当量数一定相同。这就叫做当量定律。

用克当量来研究物质发生化学反应时的重量关系,甚为简便,因任何物质间只要克当量数相等就可以完全进行反应。但是物质间反应时它们的克分子数却没有这种关系,氢氧化钠与盐酸反应,其克分子数是1 : 1关系,但氢氧化钠与硫酸、磷酸反应,其克分子数则分别为2 : 1和3 : 1,所以生产和科研上常用克当量来表示反应物之间的重量关系。

根据当量定律,可以计算元素或化合物的克当量。

当量浓度

以克作单位,在数值上等于化合物的当量,这一定重量叫做化合物的一个克当量(克当量)。

例如,HCl的当量为36.5/1=36.5,则36.5克为HCl的一个克当量。

又如,H2SO4的当量为98/2=49,则49克为H2SO4的一个克当量。

再如,H3PO4的当量为98/3=32.7,则32.7克为H3PO4的一个克当量。

用1升溶液中含有溶质的克当量数来表示的浓度叫做当量浓度(用N表示)。

例如,1升溶液中含有硫酸49克(即1个克当量)则其当量浓度为1N。

又如,1升溶液中含有硫酸98克(即2个克当量)则其当量浓度为2N。

再如,1升溶液中含有硫酸24.5克(即0.5个克当量)则其当量浓度为0.5N。

前以叙述,当两种物质完全作用时,它们的克当量数相等。这就是当量定律。

如果反应在溶液中进行,当两种溶液恰好完全作用时,那么这两种溶液中所含溶质的克当量数也必然相等。

设 N1为第一种溶液的当量浓度

N2为第二种溶液的当量浓度

当两种溶液中的溶质完全作用时,用去第一种溶液为V1升,第二种溶液为V2升。

那么V1N1为第一种溶液V1升中所含溶质的克当量数,V2N2为第二种溶液V2升中所含溶质的克当量数。

即有 V1N1=V2N2

这个公式在生产实践和科学实验中常用来进行计算溶液之间反应时所需溶液的体积,溶液的当量浓度,以及溶质的重量。

3热功当量

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---指热量与功的单位之间的数量关系, 热功当量的单位有焦耳/卡、千克力*米/千卡等。

热量和功这两个物理量,实质上是以不同形式传递的能量,它们具有相同的单位,即能量的单位焦耳(J)。然而,在没有认识热的本质以前,历史上曾经对热量的计量另有规定。热量的单位用卡路里,简称卡,1克纯水在1大气压下温度升高10C所吸收的热量为1卡。焦耳认为热量和功之间应当有一定的当量关系,即热量的单位卡和功的单位焦耳间有一定的数量关系。从1840年到1879年近40年的时间内,焦耳利用电热量热法和机械量热法进行了大量的实验,最终精确地求得了功和热量互相转换的数值关系—热功当量。如果用W表示电功或机械功,用Q表示这一切所对应的热量,则功和热量之间的关系可写成W=JQ,J即为热功当量。

目前国际上对卡和焦耳的关系有两种规定:1热工程卡=4.1868焦耳;1热化学卡=4.1840焦耳。国际上把“卡”仅作为能量的一种辅助单位,并建议一般不使用“卡”。国际单位制规定,功、能和热量一律使用焦耳为单位。虽然热功当量的数值现已逐渐为人们所少用,但是,热功当量的实验及其在物理学发展史上所起的作用是不可磨灭的。

4TNT当量

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---常用于核爆炸时所释放能量与TNT炸药爆炸能量的比较。

TNT当量的计算

TNT当量法和TNO(Multi-Energy)模型法是蒸气云[wiki]爆炸[/wiki](UVCE)模拟方法中的两个典型模型。TNT当量法是把气云爆炸的破坏作用转化成TNT爆炸的破坏作用,从而把蒸气云的量转化成TNT当量。TNT当量法简单易行,但有其明显缺陷[4]  :

(1)TNT爆炸时爆源体积可忽略,而蒸气云较大不能忽略,且随着爆炸的进行,爆源体积在增大。

(2)TNT爆炸时能量是瞬间释放的,而蒸气云爆炸过程中能量的释放速率是有限的。

(3)TNT爆炸过程形成的冲击波强度大,但衰减速度快,而蒸气云爆炸多属爆燃过程,正压作用时间较短,负压作用时间较长。因而TNT当量法只适用于很强的蒸气云爆炸且用以模拟爆炸远场时偏差较小,模拟爆炸近场时高估蒸气云爆炸产生的超压。

(4)TNT当量法的当量系数难以确定,可变性大(0.02%-15.9%)

核弹爆炸时,释放的能量比采用化学炸药的常规弹药大得多。1千克铀裂变释放的能量相当于2万吨TNT炸药爆炸时放出的能量。核武器按作战任务使用范围可分为战略核武器、战役战术核武器;按当量大小可分为千万吨级、百万吨级、十万吨级、万吨级、千吨级和百吨级,美苏于80年代末开始研制当量小到10吨级、大到百吨级的微型超微型核弹头及当量可调核弹头。

核武器的威力指爆炸时释放的总能量,通常用TNT当量(梯恩梯当量)度量。它表示产生同样能量所需的TNT炸药的重量;常用吨、千吨或百万吨TNT当量表示,有时简称“当量”,1吨TNT炸药爆炸释放的能量约为4183兆焦。外军现装备的核武器已形成不同威力的完整系列。特大当量核武器,如前苏联的SS一9型洲际战略导弹,单弹头当量为2500万吨;最小的核武器,如美国的w54特种核地雷,当量仅为10吨。

当量可调 核弹的当量是可以调节的。在纯裂变装置中,若改变链式反应的引发时间或变换弹芯,就能改变当量。链式反应是由中子源引发的,如改变中子源状态,也可实现当量可调。在具有一级或多级聚变反应的热核武器中,控制氚的用量或更换弹芯,即可改变当量。此外,也可采用控制附加的聚变级是否点火的机械措施,即控制是否点燃聚变装药,便可调节核爆炸当量的大小。

核武器的重量和当量 世界上第一个核爆炸装置,代号“大男孩”的钚装药约重6.1千克。由重约2 268千克高能炸药内向爆炸将其压缩到一起,于1945年7月16日上午5时24分,在新墨西哥州阿拉莫戈夫的“三一”试验场内的一个30米高的铁塔上进行试验,当量为2.2±0.2万吨。钚装药实际大小同柚子差不多,而铀反射层和高能化学炸药使爆炸装置尺寸重量大大增加。核装药、反射层和高能炸药固定在一个由12块五边形构成的金属球内,各五边形用螺栓互相连接组成一个球体。

5与等价值

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能耗核算中“当量值”与“等价值”的概念及其有关规定 1.“当量值”与“等价值”的基本概念:“当量值”简言之,是一个计量单位的能源本身所具有的热量。而“等价值”则是生产一个单位的能源产品所消耗的另外一种能源产品的热量。目前,这个规定主要体现在电力产品的消费量折标计算上[5]  。

2.能耗核算中关于“当量值”和“等价值”计算的有关规定:为了与世界接轨,同时便于和历史资料对比,我国统计制度明确规定,计算国家、省、市级的能源消费总量时,电力采用等价值(即当年每发一千瓦小时电消费的标准煤量,2006年山西省平均每发一千瓦小时电消费345克标准煤,也就是每万千瓦小时电折3.45吨标准煤)核算;而基层企业计算能源消费量时,电力则采用当量值(即每千瓦小时电本身的热量860大卡/7000大卡=0.1229克标准煤量,也就是每万千瓦小时电折1.229吨标煤)核算。因此,目前各省、市能源消费总量都是采用等价值口径核算的,而规模以上工业企业能源消费量是采用当量值口径核算的,两者间由于电力的折标准煤系数不同,由此计算出的能源消费总量和单位增加值能耗也不同,有时差别会很大,不能直接对比。2007年山西省规模以上工业万元增加值能耗为5.54吨标准煤,同比下降8.78%是由规模以上工业企业按当量值口径汇总计算的,和全省年定按等价值口径计算的万元GDP能耗下降5.6%的目标值是不能简单相比的,必须调整口径进行加工计算才能比较

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标签: 科学 科技 化学

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  • 更新时间:2018-02-07
  • 创建者:张三的张521
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