Работа 1. Определение молярной массы эквивалента металла

Цель работы: определение молярной массы эквивалента металла методом вытеснения водорода из кислоты.

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

Используется также другое определение эквивалента: эквивалентом вещества называется реальная или условная частица этого вещества, которая взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества.

Для определения молярных масс эквивалентов простых и сложных веществ удобно использовать понятие фактор эквивалентности (f_экв). Фактором эквивалентности для вещества называется число, показывающее, какая доля частицы (атома, молекулы) этого вещества равноценна одному иону водорода H⁺ в реакциях обмена или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции.

, (1)

где z – число эквивалентности.

Значение молярной массы эквивалента вещества можно рассчитать по формуле:

, (2)

Для газообразных веществ удобно пользоваться понятием молярный объем эквивалента , который представляет собой объем одного моль эквивалентов газообразного вещества.

Так, 1 моль эквивалентов водорода (один моль атомов Н) имеет массу 1 г. Используя следствие из закона Авогадро, нетрудно рассчитать объем, занимаемый одним эквивалентом водорода.

1 моль Н₂ имеет массу 2 г и занимает объем 22,4 л, а объем, занимаемый одним эквивалентом водорода, который имеет массу 1 г, найдем из пропорции:

2 г Н₂ → 22,4 л

1 г → х л

x = 11,2 л, т. е. л/моль.

Аналогично можно рассчитать молярный объем эквивалента для кислорода, который будет равен:

л/моль.

Введение в химию понятия эквивалент позволило сформулировать закон, называемый законом эквивалентов: массы реагирующих друг с другом веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов. Закон эквивалентов можно записать в следующем виде:

или , (3)

где, m(X) и m(Y) – массы взаимодействующих веществ, и – молярные массы эквивалентов.

Если вещества находятся в газообразном состоянии, удобно пользоваться понятием молярный объем эквивалента и следующей формулировкой закона эквивалентов: объемы реагирующих друг с другом веществ пропорциональны молярным объемам их эквивалентов:

, (4)

где, V(X) и V(Y) – объемы реагирующих газообразных веществ, и – молярные объемы их эквивалентов.

Экспериментальное определение молярной массы эквивалента вещества выполняется прямым или косвенным способом. Прямое определение основано на точном измерении масс взаимодействующих веществ при известной молярной массе эквивалента одного из них.

Косвенное определение основано или на сравнении массовых долей элементов, входящих в полученное соединение, или на измерении массы или объема газообразных продуктов реакции. Например, молярную массу эквивалента активного металла определяют методом вытеснения водорода из кислоты, который основан на измерении объема водорода, выделившегося в условиях опыта. Взаимодействие металла с кислотой в общем виде можно представить уравнением:

Me + xHAn = MeAn_x + H₂.

До проведения опыта должна быть известна масса металла, по окончании реакции измеряют объем выделившегося водорода и рассчитывают молярную массу эквивалента металла, используя закон эквивалентов.

Схема прибора для определения молярной массы эквивалента металла методом вытеснения водорода из кислоты представлена на рис. 13. Он состоит из двух бюреток, закрепленных в штативе и соединенных между собой резиновой трубкой. К одной из бюреток присоединена стеклянная трубка с резиновой пробкой. К ней подбирается и присоединяется пробирка, в которой осуществляется реакция.

Рис. 13. Прибор для определения молярной массы эквивалента металла: 1 – бюретка 1; 2 – бюретка 2; 3 – пробирка.