План отчета

1. Название лабораторной работы.

2. Цель работы.

3. Теоретическое введение.

4. Опыт № . Название опыта.

4.1. Химические уравнения, наблюдения.

4.2. Таблица с экспериментальными данными (указать единицы измерения), рисунок, схема, график.

4.3. Формулы для расчетов в общем виде.

4.4. Расчеты параметров (указать единицы измерения).

4.5 Выводы.

а б в г

Рис. 1. Мерная посуда:

а – мерный цилиндр; б – пипетка; в – бюретка; г – мерная колба

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ

ЭКВИВАЛЕНТОВ МЕТАЛЛА

Цель работы

Ознакомление с понятием эквивалента вещества и методикой расчета на основании закона эквивалентов.

Теоретическое введение

Эквивалент – это реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образом эквивалентной одному иону водорода в кислотно-основных и ионно-обменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях. Так же как молекула, атом или ион, эквивалент безразмерен.

Для того чтобы определить состав эквивалента вещества и правильно записать его химическую формулу, надо исходить из конкретной реакции, в которой участвует данное вещество. Рассмотрим несколько примеров определения формулы эквивалента.

1) ОН^- + Н⁺ = Н₂О.

С одним ионом водорода реагирует один ион гидроксида. Поэтому Э(ОН^-) = ОН^-.

2) ½ Са(ОН)₂ + НСl = ½ СаСl₂ + Н₂О.

Одному иону водорода эквивалентна ½ молекулы Са(ОН)₂,

следовательно, Э[Са(ОН)₂] = ½ Са(ОН)₂ .

3) Fe³⁺ + 3 e = Fe^o.

В этом случае один ион Fe³⁺ реагирует с тремя электронами, и следовательно, Э(Fe³⁺) = 1/3 Fe³⁺.

4) MnO₄^- + 8H⁺ + 5 e = Mn²⁺ + 4H₂O.

В данной реакции атом марганца в ионе МnО₄^- принимает 5 электронов, поэтому Э(МnО₄^-) = 1/5 МnО₄^-.

Количество вещества измеряют в молях. Моль – количество вещества системы, которое содержит столько определенных структурных элементов (молекул, атомов, ионов, электронов и т. д.), сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода – 12. Число структурных единиц в моле вещества равно постоянной Авогадро, N_А = 6,02210²³ структурных единиц. Отношение массы вещества к его количеству называют молярной массой (М). Другими словами, молярная масса – это масса одного моля вещества. Основной единицей молярной массы является кг/моль, а на практике г/моль. Например, молярная масса лития М(Li) = = 6,939 г/моль, молярная масса кристаллогидратов цинка нитрата

М[Zn(NO₃)₂^.6H₂O] = М[Zn(NO₃)₂] + 6М(H₂O) = 297,37 г/моль.

Один моль эквивалентов содержит 6,2210²³ эквивалентов, т. е. сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода ₁₂С. Масса моля эквивалентов называется молярной массой эквивалентов М_эк. Например, молярные массы эквивалентов в рассматриваемых ранее реакциях:

М_эк(ОН^-) = М_ОН^- = 17 г/моль;

М_эк(Са(ОН)₂) = ½ М(Са(ОН)₂) = 37,04 г/моль;

М_эк (Fe³⁺) = 1/3 М(Fe³⁺) = 18,616 г/моль;

М_эк(МnО₄^-) = 1/5 М(МnО₄-) = 23,79 г/моль.

Поскольку состав экивалентов вещества зависит от реакции, молярная масса эквивалента одного и того же вещества может быть разной. Например, молярная масса эквивалента FeSO₄ в реакции

FeSO₄ + 2НСl = FeСl₂ + Н₂SO₄

равна 75,925 г/моль, а в реакции

2 FeSO₄ + Со₂(SO₄)₃ = Fe₂(SO₄)₃ + 2СоSO₄

равна 151,85 г/моль, так как в первом случае Э(FeSO₄) = ½ FeSO₄, а во втором Э(FeSO₄) = FeSO₄. Моль молекул любого газа при нормальных условиях занимает объем, равный 22,4 л. Соответственно для вычисления объема моля эквивалентов газа необходимо знать число молей эквивалентов в одном моле молекул газа. Например, в реакции окисления водорода

½ Н₂ = Н⁺ + ē

эквивалент газообразного водорода – это половина его молекулы Э(Н₂) = ½ Н₂. Поэтому один моль эквивалентов водорода занимает при нормальных условиях объем 22,4 : 2 = 11,2 л.

Аналогичным образом можно показать, что объем одного моля эквивалентов кислорода в реакции восстановления

O₂ + 4 ē = 2О^-2

равен 22,4 : 4 = 5,6 л.

Закон эквивалентов: вещества реагируют друг с другом в эквивалентных соотношениях, т. е. моль эквивалентов одного вещества реагирует с молем эквивалентов другого вещества. Закон эквивалентов для реакции между веществами А и В можно записать следующим образом:

m_A / m_B = M_эк(А)/ M_эк(В),

где m_А и m_B – массы реагирующих веществ.

Закон эквивалентов для реакции mА +nВ = А_mВ_n, протекающей в растворе, можно записать следующим образом:

с_эк(В) V_p(В) = с_эк(А) V_p(А),

где V_p – объемы реагирующих веществ (л); с_эк – молярные концентрации эквивалентов реагирующих веществ (моль/л).

Молярная масса эквивалентов химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих элементов.