Спб институт точной механики и оптики (Технический университет)
Лабораторная работа по химии на тему:
«Определение эквивалентной массы металла»
Выполнил: студент 1ого
курса факультета КтиУ
кафедры ПКС группы 157
Забелин Д.С.
Преподаватель:
Новиков А.Ф.
Лабораторная работа по химии №1
Определение молярной массы эквивалента магния.
Основные понятия.
Химическим элементом называется вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. Понятие ’’химический элемент’’ нельзя отождествлять с понятием ’’простое вещество’’. Простое вещество характеризуется определенной плотностью, растворимости, температурами плавления и кипения и др. Эти свойства относятся к совокупности атомов.
Химический элемент характеризуется определенным положительным зарядом ядра
(порядковым номером), степенью окисления, изотопным составом и др. Свойства элементов относятся и к его отдельным атомам.
Относительной атомной массой элемента называется масса его атома, выраженная в атомных единицах массы. За единицу относительной атомных масс с 1961г принята единица массы (а.е.м.), представляющая собой 1/12 часть массы углерода –12, т.е. изотопа С12.
Атомная масса элемента показывает, во сколько раз масса атома данного элемента больше 1/12 массы атома углерода –12. Значение атомных масс в а.е.м. приводятся в периодической системе элементов Менделеева.
Единицей измерения количества вещества в химии является МОЛЬ. Моль—это количество вещества определенной химической формулой, содержащие то же число формульных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов, квантов, или других частиц), какое имеется в
0.012 кг. чистого изотопа углерода –12.
Число указанных частиц в 1 моле Na=6.02*1023.Эта величина называется постоянной Авогадро.
Атомная и молекулярная масса, выражается в граммах, содержит N атомов или молекул.
Масса вещества, взятого в количестве 1моль, называется молярной массой, её выражают в кг /моль или г/моль. Масса и количество вещества понятие разные. Масса выражается в килограммах, а количество вещества –в молях. Из закона Авогадро следует, что молярный объем любого газа при нормальных условиях Vm=22.4 л/моль.
Элементы взаимодействуют друг с другом в строго определенных количественных соотношениях. Согласно закону ’’Эквивалентов’ ‘: при образовании веществ с молекулярной структурой из элементов они соединяются друг с другом массами, пропорциональными их химическим эквивалентам.
Химическим эквивалентом элемента называется такое его количество, которое соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях.
(Эквивалент –это реальная или условная частица вещества, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или в данной окислительно-восстановительной реакции одному электрону.)
На пример, в соединениях HC ,H2S ,NH3,CH4 эквивалент хлора, серы, азота, углерода равен соответственно 1моль ,1/2моля,1/3моля, 1/4моля.
Эквивалентная масса или молярная масса эквивалента—это масса1 моля эквивалента вещества (размерность г/моль). Так в приведенных выше примерах эквивалентные массы хлора, серы, азота, углерода соответственно равны (г/моль): 35,45/1; 32/2=16; 14/3=4.67; 12/4=3; т.е. 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 вообще с одним эквивалентом любого другого вещества. Эквивалентом водорода или вообще с одним эквивалентом любого другого вещества эквивалентная масса кислоты равна ее молярной массе, деленной основность кислоты. Эквивалентная масса основания равна её мольной массе, деленной на валентность металла, образующего основание. Эквивалентная масса соли равна её мольной массе, деленной на произведение валентности металла на число его атомов в молекуле.
Количеством эквивалентов растворенного вещества можно выразить эквивалентную или нормальную концентрацию раствора. Нормальность –это число эквивалентов растворенного вещества в 1 литре раствора. На пример, раствор, содержащий 49 г(1/2 Э) H2SO4 в 1 литре является 1н (однонормальным раствором).
Эквивалентность элемента может быть найдена химическим путем—определением количества присоединяемого или замещаемого водорода или кислорода или другого любого элемента, эквивалент которого известен. Кроме того, эквивалент можно определить электрохимическим путем на основе закона Фарадея, согласно которому при прохождении 96484 кулонов электричества через раствор электролита выделится на электродах 1 грамм эквивалент веществ.
Задачей данной работы является определение эквивалентной массы магния по закону эквивалента:mmg/mh2=Эmg/Эh2 для этого необходимо знать эквивалентную массу водорода. Если допустить, что в условиях опыта применимо уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева – Клайперона): PV=mRT/M, где Р-давление газа, V-его объем, М-мольная масса, Т-абсолютная температура, m-масса вещества, R=8,315 дж/(к/моль)-универсальная газовая постоянная, масса водорода который выделится по реакции:Mg+H2SO4=MgSO4+H2 ; Можно определить, зная объем газа его парциальное давление смеси и температуру.
Цель экспериментальной работы: Определить объем выделившегося водорода газометрическим методом.
Оборудование и реактивы:1.Газометрическая установка, состоящая из измерительной бюретки (3), (1см=1мл), сосуда для проведения реакции(1),уравнительного сосуда (4) с водой, крана на атмосферу(2). 2.Раствора серной кислоты (3Н). 3.Навески магния в бумажном пакете.
П
ОРЯДОК
ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
П
одготовка
установки опыту
В сосуд (1) при помощи воронки 10—15мл серной кислоты(3Н) так чтобы не замочить стенки сосуда. Наклонив сосуд положить пакет с магнием в углубление. Не меняя положение пробирки, закрыть ее предварительно смоченной пробкой. Сосуд с кислотой и навеской закрепить в держателях установки.
Открыть кран (2) на атмосферу. Поднимая уравнительный сосуд вверх, вытесняя воздух из измерительной бюретки до тех пор, пока уровень воды не достигнет отметки (0). При этом следить за тем, чтобы точно совместились уровни воды в уравнительном сосуде и бюретки. Закрыть кран так, чтобы система не сообщалась с атмосферой.
Проверка герметичности установки.
Уравнительный сосуд опустить вниз на 30—40 см и подождать 1—2 мин. Если система герметична, то уровень воды в измерительной бюретке сразу же немного спадет(2—4 см), а затем останется неизменным. В противном случае уровень воды будет постепенно понижаться. Необходимо проверить все места возможного подсоса и повторить проверку герметичности сосуда
ПРОВЕДЕНИЕ ОПЫТА
Установить сосуд (1) в вертикальное положение так, чтобы навескам упала в кислоту. В ре6зультате взаимодействия магния с кислотой будет выделиться водород и вытеснять воду из бюретки. Необходимо проследить, чтобы весь магний прореагировал. Сосуд при этом разогревается, т.к. реакция идет с выделением теплоты (экзотермическая реакция). Через 10—15 мин после окончания реакции, когда реакционный сосуд охладится до комнатной температуры, необходимо провести отсчет показаний по шкале бюретки. Отсчет проводится, после того как уровень жидкости в бюретки и уравнительном сосуде будут точно совмещены.
Последовательность расчетов.
В результате проведения эксперимента нам известны: объем системы Vc мл, Объем кислоты-Vk ,Изменение объема dV ,комнатная температура, атмосферное давление, тогда V1=Vc-Vk: давление внутри системы равно атмосферному давлению P и складывается в свою очередь из парциальных давлений воздуха Р1 насыщенных паров воды Рн2о. Величина давления Рн2о при температуре опыта бер6ется из таблиц.
Т. Со 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Р. н/м 1705 1817 1937 2064 2197 2336 2486 2664 2809 2984
Зная Рн2о и атмосферное давление Р, можно рассчитать Р1.
P1=P-Ph2o ; P1=101325-2336=98989 Па.
Объем системы после проведения реакции V2=V1+dV , где dV-изменение объема в процессе проведения реакции. V2 =86+43,3=129,3 (мл)
P=P2+PH2O+PH2. Рн2о зависит только от температуры и поэтому в ходе опыта не меняется, так как объем системы увеличился, то парциальное давление воздуха уменьшилось. Оно может быть рассчитано по уравнению:P1V1=P2V2 .: P2=P1V1/V2: P2=98989(Па)*86(мл)/129,3(мл)=69043,423(Па)
Парциальное давление водорода в смеси равно:PH2=P-PH2O-P2
Рн2=101325(Па)-2336(Па)- 69043,423 (Па)=29945,577(Па).
Рассчитаем массу выделившегося водорода по уравнению состояния идеального газа:
mH2=MH2*n= MH2*V2*PH2/R*T .Где М-мольная масса вещества, n-число молей водорода.
mH2=2016*10-6(кг/моль)*1293*10-7(м3)*29945,577(Па)/8.31(Дж*моль/к)*293(К)= 3205*10-9(кг)
Эквивалентная масса метала Ммg/MH2=Эmg/Эн2
Эmg=34*10-6*1,008/3205*10-9=10,69(г/моль)
Погрешность
(
)
=((Атеор-Аэкс)/Атеор)*100%
Аэкс
= Эmg*
В ,где В
– валентность магния
=((24.305-21,39)/24.305)*100%=12%