Лабораторная работа № 2 определение молярной массы эквивалента магния.

Фактором эквивалентности элемента f(X) называется число, которое показывает, какая доля элемента соединяется с 1 атомом водорода или замещает то же его количество в химических реакциях. Молярная масса эквивалента M(f(X)X) определяется как произведение фактора эквивалентности на молярную массу вещества.

Закон эквивалентов: химические элементы взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах.

Закону эквивалентов можно придать математическое выражение:

где m₁(X), m₂(Y) - масса первого и второго вещества, M₁(f(X)X), M₂(f(Y)Y) – молярная масса эквивалента первого и второго вещества.

Экспериментальное определение молярной (или атомной) массы эквивалента может быть проведено различными методами.

а) Метод прямого определения. Находят массовое количество элемента, соединяющееся с 1,008 г/моль Н₂ или с 8 г/моль О₂.

б) Аналитический метод. Атомная масса эквивалента определяется по данным анализа, когда известен количественный состав соединения данного элемента с другим элементом, атомная масса эквивалента которого известна.

в) Метод вытеснения. Этот метод применим к металлам, растворяющимся в кислотах или щелочах с выделением водорода. В этом случае находят количество металла, вытеснившего 1 моль атомов водорода или 11200 мл водорода при нормальных условиях.

г) Электрохимический метод. Молярную массу эквивалента вещества определяют на основе закона Фарадея, согласно которому 96500 Кл электричества выделяют из электролита массу вещества, равную его молярной массе эквивалента.

Экспериментальная часть.

Опыты по определению молярной массы эквивалента металлов, способных вытеснять водород из разбавленных кислот и щелочей, проводят в приборе (см. рис. 1) по методу вытеснения.

Прибор состоит из бюретки (4), емкостью 25 мл, открытой трубки или воронки, служащей в качестве уравнительного сосуда (1), стеклянного тройника с краном или зажимом (2) и двухколенной пробирки (3). Бюретка и уравнительная трубка (воронка) соединены между собой резиновой трубкой и содержат столько воды, чтобы при равенстве уровней воды в каждой трубке мениск в бюретке оказался на нулевом делении. Весь прибор укрепляется на металлическом штативе с помощью держателей и зажимов, как показано на рисунке.

Рис.1: Прибор для определения молярной массы эквивалента металлов.

Рассчитать навеску магния, которую необходимо взять для вытеснения 20 мл водорода. Взвесить ее на аналитических весах с точностью до 0,001 г и поместить в одно из колен пробирки (3). Удвоенное количество раствора серной кислоты (приблизительно 5 мл) по сравнению с вычисленным влить через воронку во второе колено пробирки (3).

Проверить прибор на герметичность. Для этого плотно вставить пробки, закрыть кран тройника и опустить уравнительную трубку на 10-15 см. Если прибор герметичен, то уровень воды в бюретке несколько снизится, а затем останется без изменения. Если прибор негерметичен, надо выявить причину и устранить ее.

Привести давление в бюретке к атмосферному (вода в бюретке и в уравнительной трубке должна быть на одном и том же уровне, в бюретке на нулевом делении). Перелить раствор кислоты в колено пробирки, где находится металл, и наблюдать за течением опыта, периодически опуская уравнительную трубку, чтобы уровни воды в ней и в бюретке примерно были одинаковы. Когда реакция закончится (как это определить?), дать пробирке охладиться до комнатной температуры, после чего привести давление к атмосферному (уравнять уровни воды в трубке и бюретке), и отсчитать объем выделившегося водорода (отметить и записать уровень воды в бюретке).

Таблица 1

Давление водяного пара (мм рт.ст.) при разных температурах (^оС)

(1 мм рт.ст. = 133,322 Па)

t, oC	h, мм рт.ст.		t, oC	h, мм рт.ст.		t, oC	h, мм рт.ст.
10	9,21		17	14,53		24	22,38
11	9,84		18	15,48		25	23,76
12	10,52		19	16,48		26	25,21
13	11,23		20	17,54		27	26,74
14	11,99		21	18,65		28	28,35
15	12,79		22	19,83		29	30,04
16	13,63		23	21,07		30	31,82

Форма записи и наблюдения.

1. m - масса магния, г

2. t - температура, ^оС

3. V₁ - уровень воды в бюретке до реакции, мл

4. V₂ - уровень воды в бюретке после реакции, мл

5. h - давление насыщенных водяных паров при температуре t ^оС, мм

рт.ст. (взять из таблицы)

Обработка результатов.

1. Вычислить объем водорода, вытесненного магнием при данных температуре и давлении: V(H₂) = V₂ - V₁

2. Привести найденный объем водорода к нормальным условиям, пользуясь уравнением объединенного газового закона с учетом давления насыщенных водяных паров - h:

г де Т = 273 + t - абсолютная температура, K.

3. Вычислить массу вытесненного водорода.

4 . Вычислить молярную массу эквивалента магния, пользуясь законом эквивалентов:

где V_экв.(f(H₂)H₂) – эквивалентный объем водорода при нормальных условиях. Как вычислить эквивалентный объем водорода?

5 . Вычислить молярную массу эквивалента магния теоретически и сравнить его с полученным экспериментально.

6. Вычислить относительную погрешность опыта  в процентах по формуле: