Основные расчетные формулы молярных масс эквивалентов сложных веществ

Молярная масса эквивалентов элемента в соединении А_аВ_в:

,

где в – эквивалентное число.

Молярная масса эквивалентов оксида А₂О_в:

.

Молярная масса эквивалентов кислоты Н_аВ:

,

где а – основность кислоты.

Молярная масса эквивалентов основания А(ОН)_в:

,

где в – кислотность основания.

Молярная масса эквивалентов соли А_аВ_в:

.

Моль любого газа при нормальных условиях занимает объем V_m = 22,4 л. Соответственно, для вычисления объема моля эквивалентов газа необходимо знать число молей эквивалентов в одном моле газа. Например, в реакции окисления водорода

Э , поэтому , значит один моль эквивалентов водорода занимает при нормальных условиях объем

л.

Объем одного моля эквивалентов кислорода в реакции восстановления

равен 22,4 : 4 = 5,6 л, т.к. Э , . Объем эквивалентов вещества определяется формулой:

(для водорода – 11,2 л/моль, для кислорода – 5,6 л/моль).

Закон эквивалентов: вещества реагируют друг с другом в эквивалентных соотношениях, т.е. моль эквивалентов одного вещества реагирует с молем эквивалентов другого вещества.

Например, в реакции:

;

; ,

т.е. один моль эквивалентов цинка ( моль Zn) реагирует с одним молем эквивалентов кислоты (1 моль HCl) с образованием одного моля эквивалентов хлорида цинка ( моль ZnCl₂). В соответствии с законом эквивалентов количество веществ эквивалентов реагирующих соединений равны:

,

где Т – вещество, вступающее в реакцию с анализируемым соединением.

Раствор, содержащий один моль эквивалентов вещества в литре, называется «нормальным». Нормальная концентрация раствора выражается в кмоль/м³ или моль/л и обозначается «Н» или «N». Закон эквивалентов для реакции:

mA + nB = A_mB_n,

протекающей в растворе, можно записать следующим образом:

,

где V_A и V_B – объемы реагирующих растворов; N_А и N_В – их нормальные концентрации.

Закон эквивалентных отношений можно выразить формулой:

.

Определение количества вещества эквивалентов А

.

Для удобства расчетов в аналитике используют вспомогательный способ выражения состава раствора – молярную концентрацию эквивалента :

.

2.2 Экспериментальная часть

Метод определения молярной массы эквивалента (Al, Mg, Zn) основан на измерении объема водорода, который выделяется из кислоты при действии на нее активного металла.

П рименяемый для этой цели прибор (рис.2.1) состоит из бюретки 1 для измерения объема водорода, уравнительного сосуда 2 и реакционной пробирки 3, укрепленных на штативе 4 и соединенных резиновым шлангом 5. В такой сообщающийся сосуд наливают воду приблизительно до половины бюретки.

Объем выделившегося водорода определяют по разности уровней воды в бюретке до и после опыта при давлении в закрытой бюретке, равном атмосферному. Давление газа в закрытой бюретке равно атмосферному, если вода в бюретке и уравнительном сосуде находится на одном уровне.

Пар над поверхностью воды обладает определенным давлением при данной температуре (Т). Это следует учитывать при вычислении объема водорода, собранного в бюретке над водой. Поэтому для определения парциального давления водорода необходимо от общего атмосферного давления вычесть давление насыщенного водяного пара (см. приложение 1):

. (2.1)

Для приведения объема выделившегося водорода к нормальным условиям используют уравнение газового состояния:

, (2.2)

где V₀ – объем водорода при н.у., мл; Р₀ – парциальное давление водорода при н.у., равное 760 мм рт. ст. (101,3 кПа); Т₀ – температура, 273 К; V – объем водорода при данных условиях, мл; Р – парциальное давление водорода при условиях опыта, равное , мм рт. ст. (кПа); Т – температура опыта, К.

Определив объем водорода при н.у., вычисляют массу одного моля эквивалента металла: m_Г металла вытесняют V₀ мл водорода, М_Э металла вытесняют 11200 мл Н₂.

. (2.3)

Можно не приводить объем вытесненного водорода к н.у., а использовать уравнение Менделеева-Клапейрона

. (2.4)

С помощью этого уравнения можно объем водорода пересчитать на массу водорода .

Расчет М_Э(Ме) производится на основании закона эквивалентов

. (2.5)

Работа выполняется в следующей последовательности:

– Ознакомьтесь с прибором для определения молярной массы эквивалента металла.

– Зарисуйте схему прибора (рис.2.1), обозначьте основные его части.

– Получите у лаборанта навеску металла, взвешенную на аналитических весах с точностью до 0,0001 г (m, г).

– Налейте в реакционную пробирку разбавленную серную кислоту (около 1/3 пробирки). Стенки пробирки должны быть сухими (капли кислоты убрать с помощью фильтровальной бумаги).

– Поддерживая пробирку в наклонном положении, поместите навеску металла (не опуская в кислоту) на стенку у отверстия пробирки и осторожно присоедините реакционную пробирку к бюретке так, чтобы металл не упал в кислоту.

– Проверьте герметичность прибора. Для этого, не трогая бюретку с пробиркой переместите воронку вместе с кольцом штатива на 5-10 см выше, чем уровень воды в бюретке. Если разница в уровнях не изменяется, прибор герметичен.

– Приведите воду в бюретке и воронке к одинаковому уровню и отметьте уровень воды в бюретке (h₁, мл). Отсчет производите по нижней точке мениска воды с точностью до 0,1 мл.

– Опустите реакционную пробирку и стряхните металл в кислоту. Наблюдайте выделение водорода и вытеснение воды из бюретки.

– По окончании реакции приведите воду в бюретке и воронке к одинаковому уровню. Запишите новый уровень воды в бюретке (h₂, мл).

– По разности уровней воды до и после реакции рассчитайте объем выделившегося водорода .

По данным опыта определите молярную массу эквивалента металла. Сравнивая ее с теоретическим значением молярной массы эквивалента металла (Al, Mg, Zn), определите какой металл был взят для реакции.

Запишите в журнал: навеску металла, г; уровень воды в бюретке до и после реакции, мл; температуру, К; атмосферное давление, мм рт. ст.; давление водяного пара, мм рт. ст.; давление водорода, мм рт. ст.

По полученным данным рассчитайте:

1) объем выделившегося водорода;

2) объем водорода при н.у.;

3) массу водорода;

4) теоретическую молярную массу эквивалента Al, Mg, Zn;

5) экспериментальную молярную массу эквивалента металла;

6) относительную ошибку опыта

. (2.6)

Исходные данные и результаты работы запишите в форме таблицы 2.1.

Таблица 2.1

Экспериментальные данные

Расчетные данные

Навеска металла m (г)

Т, К

Ратм, мм рт.ст.

, мм рт.ст.

, мм рт.ст.

h1, мл

h2, мл

, мл

, мл (н.у.)

МЭ(Ме), експ.

МЭ(Ме), теор..

Ошибка, %

Все расчеты подробно приведите в журнале. Запишите уравнение реакции взаимодействия металла с серной кислотой, зарисуйте прибор, сделайте вывод.