Выполнение работы

В пробирку 3 с концентрированной HCl внесите кусочек цинка и измерьте объем (V) выделившегося водорода (по объему вытесненной воды в бюретке 4).Установку для определения эквивалентной массы металла смотрите на рис. 1

Рис. 1. Установка для определения эквивалентной массы металла:

1 –штатив, 2 – уравнительный сосуд, 3 – сосуд Ландольта (пробирка), 4 - бюретка

Реакция цинка с соляной кислотой протекает по уравнению

Zn + 2HСL = ZnСL₂ + H₂↑

Расчетная часть.

1. Приведите объем выделившегося водорода V к нормальным условиям с учетом парциального давления над водой, используя уравнения газового состояния , по формуле:

(1.2)

где V – объем вытесненной из бюретки воды, мл;

P₀ – давление при нормальных условиях, равное 101325 Па;

P – атмосферное давление, измеренное барометром;

T₀ – абсолютная температура, для нормальных условий, равная 273 К;

T – абсолютная температура опыта, К;

– давление паров воды, Па (находим по таблице приложения 4)

2. Эквивалентную массу цинка, определяемую опытным путем Э_оп, рассчитайте, используя закон эквивалентов

(1.3)

где m_Zn – навеска цинка, предложенная преподавателем, г;

V(H₂) – объем водорода, приведенный к н.у., мл;

V_э(Н₂) – эквивалентный объем водорода, равный 11,2 л/моль;

Э_Zn – эквивалентная масса цинка, г/моль.

3. Относительную ошибку эксперимента О рассчитайте по формуле:

(1.4)

где Э_т – эквивалентная масса цинка, рассчитанная теоретически (Э_т = М_Zn/2);

Э_оп – эквивалентная масса цинка, определенная экспериментальным путем.

Результаты вычислений сведите в таблицу

Масса цинка, г	Температура опыта, К	Атмосферное давление, Па	Давление паров воды, Па	Объем вытесненной из бюретки воды, мл	Объем водорода приведенный к н.у., мл	Эквивалентная масса цинка (Эоп), г/моль	Эквивалентная масса цинка (Эт), г/моль	Относительная ошибка опыта, %

Сделайте вывод о причине ошибки опыта.

Контрольные вопросы

1. Что называют эквивалентом вещества?

2. Сформулируйте закон эквивалентов.

3. Рассчитайте эквивалентную массу следующих соединений: H₃BO₃, NaH₂PO₄, SiO₂, Ca(OH)₂, Al₂(SO₄)₃.

4. 10 г металла вытесняют из кислоты 5,6 л водорода, измеренного при н.у. Найдите эквивалентную массу металла.

5. Из 2,4 г металла получено 4,8 г сульфида металла. Эквивалентная масса серы равна 16 г/моль. Найдите эквивалентную массу металла.

6. Одно и тоже количество металла реагирует без остатка с 0,4 г кислорода и 0,8 г другого элемента. Найдите эквивалентную массу элемента.

7. Чему равен эквивалентный объем газообразных водорода, кислорода?

Лабораторная работа №2 Окислительно-восстановительные реакции Теоретическое введение

Реакции, которые сопровождаются сдвигом или полным переходом электронов от одних элементов к другим, относят к реакциям окисления-восстановления. Эти реакции сопровождаются изменением степени окисленности элементов.

Сущность реакции окисления состоит в отдаче электронов атомами или ионами окислителю, а сущность реакции восстановления – в присоединении электронов восстановителя. При этом вещество, отдающее электроны, называется восстановителем, а вещество, присоединяющее электроны – окислителем. Суммарное число электронов, отданных восстановителем, равно суммарному числу электронов, присоединенных окислителем.

Простые и сложные вещества могут проявлять только окислительные, только восстановительные, или и окислительные и восстановительные свойства, т.е. обладать окислительно-восстановительной двойственностью.

Только восстановителями являются:

а) электронейтральные атомы металлов, имеющие на внешнем электронном слое от 1 до 3 электронов (элементы главных подгрупп I, II и III групп) и наиболее активные металлы побочных подгрупп – Zn, Cr, Mn, Fe и др.

б) анионы бескислородных кислот (F ‾, Cl ‾, S^2- и т.п.), имеющие на внешнем электронном слое максимально возможное число электронов и способные в такой степени окисленности только отдавать электроны.

Только окислительными свойствами обладают:

а) катионы металлов с максимальной степенью окисленности (Cu²⁺, Au³⁺, Sn⁴⁺, Pb⁴⁺, Fe³⁺ и т.п.);

б) сложные анионы с максимальной степенью окисленности центрального атома (MnO₄‾, Cr₂O₇² ‾, ClO₄‾);

в) фтор в свободном состоянии.

И окислителями и восстановителями являются:

а) электронейтральные атомы неметаллов, имеющие на внешнем слое от 4 до 7 электронов, и водород;

б) катионы металлов в промежуточной степени окисленности (Pb²⁺, Fe²⁺, Cu⁺, Sn²⁺ и т.п.);

в) сложные ионы, центральный атом которых находится в промежуточной степени окисленности (SO₃² ‾, NO₂‾, PO₃³‾ и т.п.)

К числу важнейших окислителей и восстановителей, широко используемых в химических процессах, относятся следующие:

1. Окислители:

• галогены F₂ и Cl₂, кислород О₂ и О₃;

• соли (перманганаты, хроматы, дихроматы, хлораты, перхлораты), например KMnO₄, K₂CrO₄, K₂Cr₂O₇, KClO₃, KClO₄;

• кислоты, например H₂SO₄ и HNO₃, смесь концентрированной азотной и соляной кислот («царская водка»);

2. Восстановители:

   • водород Н₂;

   • углерод (в виде угля или кокса) и его оксид СО;

   • водородные соединения неметаллов – сероводород H₂S и аммиак NH₃;

   • активные металлы, особенно щелочные;

3. Вещества с окислительно-восстановительной двойственностью:

   • сера;

   • йод I₂;

   • пероксид водорода Н₂О₂;

   • азотистая кислота HNO₂ и ее соли – нитриты.

Выделяют следующие основные типы окислительно-восстановительных реакций:

1. Межмолекулярные реакции – изменяются степени окисленности атомов элементов, расположенных в разных молекулах.

В этих реакциях могут изменяться степени окисленности как атомов разных элементов:

Mg + H₂SО₄ → MgSО₄ + H₂,

т ак и атомов одного и того же элемента

2H₂S + H₂SO₃ → 3S + 3H₂O.

2. Внутримолекулярные реакции – изменяются степени окисленности атомов элементов, расположенных в одной молекуле. В этих реакциях также могут изменяться степени окисленности как атомов разных элементов:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

так и атомов одного и того же элемента, но имеющих разные степени окисленности

NH₄NO₂ → N₂ + 2H₂O

3. Реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления) – происходит уменьшение и увеличение степени окисленности атомов одного и того же элемента, находящегося в промежуточной степени окисленности:

2H₂O₂ → 2H₂O + O₂