9 Г Аl вытесняют из кислоты 11 200 мл н2

х г Аl вытесняют из кислоты 103 мл Н₂

г Al.

Следовательно, в кислоте растворили 0,082 г Аl.

Пример 2. Молярная масса эквивалентов металла равна 56 г/моль. Сколько мл кислорода (н.у.) образуется при разложении 1,28 г оксида этого металла?

Решение. а) Определяем, молярную массу эквивалентов оксида металла. Оксид металла - это соединение металла с кислородом. Поэтому молярная масса эквивалентов оксида представляет собой сумму:

М_ЭКВ (оксида) = М_ЭКВ(металла) + М_ЭКВ(кислорода) = 56 + 8 = 64г/моль

б) Зная, что 1 моль эквивалентов кислорода при н.у. занимает объем 5,6. л, по закону эквивалентов рассчитываем объем образовавшегося кислорода:

64 Г оксида металла образуют 5600 мл 02 ,

1,28 Г оксида металла образуют х мл о2

мл.

Оборудование и реактивы: штативы для бюреток, две бюретки на 20 мл, соединительные трубки, пробирка, кристаллизатор, мерный цилиндр, колба круглодонная, навеска металла, навеска Na₂CO₃, раствор HCl, вода.

Эксперименальная часть

Опыт 1. Определение молярной массы эквивалентов металла (Mg, Al или Zn) методом вытеснения водорода

Метод основан на измерении объема водорода, который выделяется из кислоты при действии на нее металла.

Применяемый для этой цели прибор (рис. 1) состоит из двух бюреток 2 и 3, укрепленных на штативе 1 и соединенных резиновой трубкой 4. В такой сообщающийся сосуд наливают воду приблизительно до половины бюреток. Бюретку 3 сверху закрывают пробкой с отводной трубкой, к которой присоединяют пробирку 5 с концентрированной соляной кислотой, где проис­ходит реакция между кислотой и металлом. Бюретка 2 служит приемником для воды, вытесняемой выделяющимся при реакции водородом.

Рисунок 1 – Прибор для определения эквивалента металла объемным методом:

1 – штатив; 2, 3 – бюретки с водой; 4 – соединительная трубка; 5 – рабочая пробирка; 6, 7 – положения рабочей пробирки (5).

Объем выделившегося водорода определяют по разности, уровней воды в любой из бюреток до и после опыта при давлении в закрытой бюретке 3, равном атмосферному. Давление газа в закрытой бюретке 3 равно атмосферному, если вода в обеих бюретках находится на одном уровне.

Даже при комнатной температуре пар над поверхностью воды обладает заметным давлением. Поэтому для определения парциального давления водорода необходимо от общего (атмосферного) давления, под которым находится водород, вычесть давление насыщенного водяного пара h (см. таблицу 1):

Таблица 1

Давление насыщенного водяного пара при различных температурах

t, 0C	Па	мм рт.ст.	T, 0C	Па	мм рт.ст.
15	1705,1	12,79	22	2643,7	19,83
16	1817,1	13,63	23	2809,0	21,07
17	1947,1	14,53	24	2983,7	22,38
18	2063,8	15,48	25	3167,2	23,76
19	2197,1	16,48	26	3361,0	25,21
20	2337,8	17,53	27	3564,9	26,74
21	2486,4	18,65	28	3779,6	28,35

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

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

Определив объем водорода при н.у., вычисляют массу 1 моль эквивалентов металла:

т г металла вытесняют V_o мл водорода

х г металла вытесняют 11200 мл водорода

Получить навеску металла у лаборанта. Перед началом опыта бюретки должны находиться в таком положении относительно друг друга, чтобы уровень воды в них был примерно на середине шкалы отсчета. В пробирку 5 налить соляной кислоты (на одну четверть пробирки). Отводную трубку (6) и закрывающую ее пробку перед началом опыта насухо протереть фильтровальной бумагой, после чего в нее поместить полученный образец металла с известной массой m. Трубку плотно закрыть пробкой, осторожно ввинчивая ее.

Затем необходимо проверить герметичность прибора. Для этого, не трогая бюретку 3 с пробиркой 5, переместить бюретку 2 вместе с лапкой штатива так, чтобы уровень воды в ней стал на 5-10 см выше, чем в бюретке 3. Если прибор не герметичен, то уровни в обеих бюретках будут выравниваться. В этом случае нужно проверить положение всех пробок и снова проверить прибор.

Привести воду в бюретках к одному уровню и отметьте уровень воды в открытой бюретке 2. Отсчет произвести по нижнему мениску жидкости с точностью до 0,1 мл.

Стряхнуть осторожно металл в кислоту, переводя пробирку 5 из положения 6 в положение 7. Наблюдать выделение водорода и вытеснение воды из бюретки 3.

По окончании реакции дать пробирке охладиться на воздухе, после чего снова, привести воду в бюретках к одинаковому уров­ню. Записать новый уровень воды в бюретке 2. По разности уровней воды до и после реакции рассчитать объем выделившегося водоро­да. ­

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

Записать в журнал: массу навески металла, г; уровень воды в бюретке 2 до реакции, мл; уровень воды в бюретке 2 после реакции, мл; температуру, К; атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.); давление насыщенного водяного пара, кПа (мм рт. ст.);давление водо­рода, кПа (мм рт. ст.).

По полученным данным рассчитать:

1) объем выделившегося водорода;

2) объем - водорода при нормальных условиях;

3) теоретическую молярную массу эквивалентов Mg, Al, Zn;

4) опытную молярную массу эквивалентов металла;

5) ошибки опыта: а) абсолютную; б) относительную.

Записать уравнение реакции взаимодействия металла с соляной кислотой.

Опыт 2. Определение эквивалента карбоната натрия

Для определения эквивалента карбоната натрия проводят реакцию: Na₂CO₃ +2HCl = 2NaCl + CO₂↑ + H₂O.

Порядок выполнения опыта: Наполнить кристаллизатор 1 (рис. 2) на половину его объема насыщенным раствором поваренной соли, в котором растворимость диоксида углерода меньше, чем в воде. Тем же раствором наполнить вровень с краями мерный цилиндр 2 вместимостью 100 мл и закрыть его стеклянной пластинкой, надвигая последнюю скользящим движением.

Рисунок 2 – Прибор для определения молярной массы эквивалента карбоната натрия:

1 – кристаллизатор; 2– мерный цилиндр; 3 – колба круглодонная; 4 – газоотводная трубка; 5 – штатив

Перевернуть цилиндр вверх дном и опустить в кристаллизатор. Удалить под раствором стеклянную пластинку и закрепить цилиндр в лапке штатива так, чтобы края цилиндра были ниже уровня раствора в кристаллизаторе, следя за тем, чтобы в цилиндр не попал воздух. В колбочку вместимостью 50 мл налить 8-10 мл 2 н. раствора хлороводородной (соляной) кислоты, вытереть горло колбы фильтровальной бумагой и закрепить ее в штативе в горизонтальном положении. Навеску соли (~ 0,3-0,4 г) карбоната натрия поместить осторожно в горло колбы таким образом, чтобы кристаллы не могли преждевременно упасть в кислоту, плотно закрыть колбу пробкой с газоотводной трубкой и подвести открытый изогнутый конец трубки под цилиндр.

Вынуть колбу из штатива и медленно, чтобы не происходило очень бурного выделения диоксида углерода, пересыпать карбонат натрия небольшими порциями в кислоту аккуратными наклонами колбы. В конце опыта стряхнуть остатки кристаллов в колбу. По окончании выделения газа вновь закрепить колбу в штативе. Измерить в цилиндре объем выделившегося диоксида углерода и с помощью миллиметровой линейки измерить расстояние l от уровня воды в кристаллизаторе до уровня воды в цилиндре.

Записать в журнал: массу карбоната натрия, m, г; объем выделившегося диоксида углерода, V, мл; расстояние от уровня воды в кристаллизаторе до уровня воды в цилиндре, l, мм; температуру опыта, ⁰С; атмосферное давление, p.

По уравнению Менделеева – Клапейрона:

вычислить массу m диоксида углерода. Для определения давления следует из атмосферного давления p вычесть давление столба жидкости . Таким образом , где

Плотность насыщенного раствора хлорида натрия _р-ра = 1,20 г/см³, плотность ртути _Hg = 13,60 г/ см³. Парциальным давлением водяного пара ввиду его малого значения в насыщенном растворе поваренной соли в данном опыте можно пренебречь.

В реакции нейтрализации, протекающей с образованием NaCl, эквивалент Э(CO₂) = ½ (CO₂), поэтому молярная масса его эквивалента равна М_ЭКВ (CO₂ ) = ½M(CO₂). Применяя закон эквивалентов

,

вычислить экспериментальное значение молярной массы эквивалента Na₂CO₃. Найти абсолютную и относительную погрешность измерения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Сколько оксида получится при окислении 3 г металла, молярная масса эквивалента которого равна 9 г? (Ответ: 5,7 г)

2. Определить молярные массы эквивалентов, количества молей эквивалентов кислот и оснований в следующих реакциях:

а) HNO₃ + Bi(OH)₃ = Bi(OH)₂NO₃ + H₂O

б) H₂S + NaOH = NaHS + H₂O

в) 3H₂SO₄ + 2Al(OH)₃ = Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O

г) H₃PO₄ + Ca(OH)₂ = CaHPO₄ + 2H₂O

д) 2HCl + Bi(OH)₃ = BiOHCl₂ + 2H₂O

е) 3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O

3. Какие объемы занимают при нормальных условиях массы одного эквивалента кислорода и одного эквивалента водорода?

(Ответ: = 5,6 л; =11,2 л)

4. Определить молярную массу эквивалента металла, если 0,046 г его вытеснили из кислоты 62,35 мл водорода, собранного над водой при температуре 17 ⁰С и давлении 1,017 ∙10⁵ Па. Давление водяного пара при 17 ⁰С равно 0,193 ∙10⁵ Па. (Ответ: 88,9 г)

5. Вычислите эквивалент и молярную массу эквивалента H₃PO₄ в реакциях образования: a) гидрофосфата; б) дигидрофосфата; в) ортофосфата.

6. При взаимодействии 3,24 г трехвалентного металла с кислотой выделяется 4,03 л водорода (н.у.). Вычислите молярную массу эквивалента, мольную массу и атомную массу металла.

7. При соединении 5,6 г железа с серой образовалось 8,8 г сульфида железа. Найти молярную массу эквивалента железа, если известно, что молярная масса эквивалента серы равна 16 г/ моль. (Ответ: 28 г/моль)

8. Некоторое количество металла, молярная масса эквивалента которого равна 28 г/моль, вытесняет из кислоты 0,7 г водорода, измеренного при нормальных условиях. Определить массу металла.

(Ответ: 1,76 г)

9. Определить молярные массы эквивалентов элементов в соединениях HBr, H₂O и NH₃.

10. При сгорании трехвалентного металла в количестве 23,48 г было получено 44,40 г его оксида. Какой металл был сожжен? Определите молярную массу эквивалента оксида.