отчеты по лабораторным работам / сборник лабораторных работ / Лабораторная работа №01 / var2 / Лаба по химии №1

Санкт-Петербургский Институт

Точной Механики и Оптики (Технический университет).

Лабораторная работа №1

«Определение эквивалентной массы металла»

Студент: Голицын С. Д.

Группа 110

ФОИСТ

Преподаватель: Новиков А.Ф.

Санкт - Петербург

-2002-

Цель работы: Определить эквивалент металла валюмметрическим методом.

Краткая теоретическая часть:

Элементы взаимодействуют друг с другом в строго определенных количественных соотношениях. Согласно закону эквивалентов, при образовании молекулярных веществ из элементов они соединяются друг с другом массами, пропорциональным массам их химических эквивалентов.

Эквивалент – это условная частица вещества, которая в кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или в окислительно-восстановительной реакции – одному электрону.

Химическим эквивалентом также называется такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях.

Эквивалентная масса или молярная масса эквивалента – это масса 1 моля эквивалента вещества [г/моль]. Э=А/В, где А – молярная масса элемента, В – стехиометрическая валентность элемента.

Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества.

Эквивалентная масса водорода равна 1,008 г/моль, так как каждый из атомов в молекуле взаимодействует с одним атомом водорода.

Эквивалентная масса кислоты равна ее мольной массе, поделенной на основность кислоты. Эквивалентная масса основания равна его мольной массе, деленной на валентность металла, образующего основание. Эквивалентная масса соли равна его мольной массе, деленной на произведение валентности металла на число его атомов в молекуле.

Эквивалент элемента может быть найден химическим путем – определением количества присоединяемого (замещаемого) водорода ил кислорода или любого другого элемента, эквивалент которого известен. Кроме того, эквивалент можно определить и электрохимическим путем на основании закона Фарадея, согласно которому при прохождении 96484 Кл электричества через раствор электролита выделится 1 эквивалент вещества.

Задачей данной работы является определение эквивалентной массы магния по закону эквивалентов:

Допустимо предположить, что в условиях опыта применимо уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона):

PV = mRT/M , где

Р – давление газа,

V – его объем,

m – масса вещества,

М – мольная масса,

Т – абсолютная температура,

R=8,315 Дж/К·моль – универсальная газовая постоянная.

Массу водорода, выделившуюся в ходе реакции:

Mg + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂↑

можно определить, зная объем газа, его парциальное давление в смеси и температуру.

Если имеется смесь газов, то уравнение Менделеева-Клапейрона описывает состояние каждого из компонентов смеси в частности, водорода:

P_H2·V_H2 = (m_H2/M_H2)·R·T

Парциальным давлением называется давление, создаваемое каждым из компонентов смеси, или, точнее, то давление, которое создавалось бы данным компонентов газовой смеси, если бы он занимал весь объем в отсутствие прочих компонентов.

Таким образом, атмосферное давление представляет собой сумму парциальных давлений всех компонентов воздуха. В данной работе давление в реакционном сосуде удобно представить как сумму парциальных давлений воздуха, паров воды и водорода. Давление паров воды зависит от температуры и не зависит от содержания прочих компонентов смеси.

Оборудование и реактивы:

1. Валюмметрическая установка (рис. 1), состоящая из измерительной бюретки (3) – (1 см³=1 мл), сосуда для проведения реакции (1), уравнительного сосуда (4) с водой, крана (2).

2. Раствор серной кислоты.

3. Навеска магния в бумажном пакетике.

4. Мерный цилиндр.

Порядок проведения работы:

1. Залить 10-15 мл раствора серной кислоты в реакционный сосуд (1), установить сосуд в держатель.

2. Записать в протокол измерений массу навески металла, поместить навеску в углубление на стенке реакционного сосуда. Герметично закрыть сосуд пробкой.

3. Открыть кран (2) на атмосферу. Поднимать уравнительный сосуд (4) вверх, пока уровень воды в бюретке (3) не достигнет отметки «0». Закрыть кран.

4. Проверить герметичность установки, опустив уравнительный сосуд вниз. Убедившись в герметичности снова совместить уровни воды в бюретке и уравнительном сосуде на нулевой отметке.

5. Проведение опыта: Реакционный сосуд снять с держателя и перевести в вертикальное положение так, чтобы навеска упала в кислоту. В результате реакции будет выделяться водород, и вытеснять воду из бюретки. Через 10-15 мин. необходимо провести отсчет показаний по шкале бюретки. Отсчет проводится после того, как уровни жидкости будут совмещены. Записать в протокол полученное значение изменения объема.-

Схема установки:

Результаты измерений:

Объем системы – V_c=7,9·10^-5м³

Масса магния – m_Mg=3,1·10^-5кг

Объем кислоты – V_к=1,4·10^-5м³

Изменение объема – ΔV=2,85·10^-5м³

Комнатная температура – Т=301⁰К

Атмосферное давление – Р_атм.=101325Па

Расчеты:

Начальный объем равен:

V₁=V_с-V_к ; V₁=7,9·10^-5-1,4·10^-5=6,5·10^-5м³

Парциальное давление насыщенных паров воды при t=26⁰C равно:

P_H2O= 3426 Па

р₁^В = Р_атм - р_Н2О= 101325 - 3426 =97899 Па

Объем газа после завершения реакции:

V₂ = V₁ + ΔV = 6,5·10^-5 + 2,85·10^-5 = 9,35·10^-5м³

Общее давление после завершения реакции:

Р_с=р₂^В + р_Н2О + р_Н2 ,

и так как р_Н2О не меняется, то парциальное давление воздуха рассчитывается по формуле:

р₁^В · V₁ =р₂^В · V₂

р₂^В = p₁­­^B  V₁/V₂ = 97899  6.5  10^-5/ 9.35  10^-5 = 68058 Па

Парциальное давление водорода в смеси равно:

р_Н2 = Р_атм.-р₂^В-р_Н2О= 101325- 68058 - 3426 = 29841 Па

Масса выделившегося водорода по уравнению состояния идеального газа:

m_H2=M_H2·n=2,016  29841  9.35  10^-5 / 8,315 301 =2.25 10^-3 г ,

где n-число молей водорода, а М_Н2 – его мольная масса.

Эквивалентная масса металла рассчитывается по формуле:

Э_Mg = 1.008  m _Mg / m _H2

Э_Mg = 1.008  3,1·10^-5 / 2.25 10^-6 =13.888 ,

где m_Mg – масса навески магния(г), m_H2 – масса выделившегося водорода(г).

Зная валентность магния, можно вычислить его мольную массу (М_Mg):

M_Mg=Э_Mg·валентность_Mg=13.888 ·2=27.766 г/моль

Оценка погрешности:

Относительная погрешность:

, % = ( /М_табл – М_эксп / · 100% ) / М_табл

, % = ( / 24.3 – 27.766/ · 100%) /24.3 = 14%

Вывод: Лабораторная работа по определению эквивалента магния валюмметрическим методом, показала, чтоего можно вычислить, но с некоторой погрешностью. Это объясняется не идеальными условиями проведения опыта и погрешностями измерений.

22.09.2002