Робота 2. Визначення молярної маси еквівалентів металу методом витіснення водню

Мета роботи – ознайомлення з поняттям еквівалента речовини і методикою розрахунків, зв’язаної із законом еквівалентів.

Експериментальна частина. Метод, оснований на вимірюванні об’єму водню, який виділяється при взаємодії металу з кислотою.

1. З важте цинк масою не більш 0,5 г.

2. В колбу для реакції налийте через лійку (так щоб не замочити стінок шийки колби)

1. 25 мл HCl (1:3), кислота береться в надлишку для повного розчинення цинку.

2. Закріпіть колбу в штативі майже горизонтально (рис.7), щоб кислота не вилилась; в шийку колби перенесіть цинк і закрийте пробкою із газовідвідною трубкою, кінець якої опустіть в кристалізатор з водою.

3. Перевірте герметичність зібраного приладу: нагрійте колбу теплом рук, повітря в колбі при нагріванні розширюється і при умовах герметичності із трубки витісняється вода.

4. Для збирання газу приготуйте циліндр: наповніть його водою, прикрийте скляною пластиною і переверніть догори дном в кристалізатор.

5. Підведіть газовідвідну трубку під циліндр і дайте можливість реагувати цинку з кислотою, переводячи колбу в вертикальне положення. При цьому спостерігається виділення водню і витиснення води із циліндра. Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

6. Після закінчення реакції заміряйте лінійкою висоту стовпа води в циліндрі від поверхні води в кристалізаторі до поверхні води в циліндрі та об’єм витісненого водню, заповнивши циліндр водою до відмітки. Дані експерименту та розраховані величини занесіть в табл. 1

Таблиця 1

Умови експерименту						Розраховані величини
m (Zn), г	Pδ, Па	PH2O, Па	T, К	h, м	V(Н2), м3	Vo(Н2), м3	Me(Zn) експ.	Me(Zn) теор.	Відносна похибка досл., %

Розрахунки

1. Обчисліть парціальний тиск водню (Р_Н2) в циліндрі за формулою:

Р_δ = Р_Н2 + P_H2O + 9,81·10³ h,

де Р_δ – барометричний тиск, Па

P_H2O – тиск насиченої водяної пари при температурі експерименту, Па (Додатки, 4),

h – висота стовпа води в циліндрі, м.

Коефіцієнт 9,81·10³ переводить тиск води в Паскалі.

2. Приведіть об’єм витісненого водню до нормальних умов, використовуючи рівняння газового стану:

де Vo (H₂) – об’єм водню, приведений до нормальних умов, м³; V (Н₂) – об’єм витисненого водню при умовах досліду, м³; Р_Н2 – парціальний тиск водню в циліндрі, Па; Р₀ – тиск за н.у., 1.013·10⁵ Па; Т₀ – температура за н.у., 273 К; Т – температура досліду, К.

3. Визначте молярну масу еквівалентів цинку в умовах досліду за законом еквівалентів.

Звідки еквівалент цинку:

4. Теоретична молярна маса еквівалентів цинку дорівнює:

5. Відносна похибка досліду, %

Контрольні питання і задачі

1. Який зміст поняття «еквівалент» та молярна маса еквівалентів?

2. Як формулюється закон еквівалентів?

3. Визначити молярну масу еквівалентів фосфору, кисню й брому в сполуках PH₃, H₂O, HBr.

4. Як визначити молярну масу еквівалентів оксидів, кислот, основ солей? Привести приклади.

5. При взаємодії 1,28 г металу з водою виділилось 380 мл водню, виміряного при 21^оС і тиску 104,5 кПа. Розрахуйте молярну масу еквівалентів металу.

Відповідь: 39,39 г/моль

6. На нейтралізацію 0,943 г фосфористої кислоти Н₃РО₃ витрачено 1,291 г КОН. Обчислити еквівалент, молярну масу еквівалентів і основність кислоти. Написати рівняння реакції. Відповідь: 0,5 моль, 41 г/моль, 2.

7. При окисленні 16,74 г двохвалентного металу утворилось 21,54 г оксиду. Розрахувати молярні маси еквівалентів металу і його оксиду. Чому дорівнює мольна і атомна маса металу?

Відповідь: 27,9 г/моль; 35,9 г/моль; 55,8 г/моль.

8. Розрахувати еквівалент і молярні маси еквівалентів кальцій гідрокарбонату, Са(НСО₃)₂ і алюміній дигідроксидхлориду Аl(OH)₂Cl в реакціях:

Ca(HCO₃)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2CO₂ + 2H₂0

Al(OH)₂Cl + KOH = Al(OH)₃ + KCl