Общая и неорганическая химия. Количественные расчеты в общей и неорганической химии. Закон эквивалентов учебное пособие для бакалавров направления подготовки 18.03.01 (240100) Химическая технология

P0V0 ≡ PV ,

T0 T

где Ро – нормальное давление, равное 101,325 кПа; V0 – объем газа при нормальных условиях, мл; Т0 – 273 К ( т. е. по абсолютной шкале температур); Р – давление газа в условиях опыта, кПа; V – объем газа в условиях опыта, мл; Т – абсолютная температура опыта ( t+273). При этом учитывают, что давление в установке, равное атмосферному Р, складывается из

парциального давления водорода VH2 и парциального давления водяного пара VH2O :

P = PH2 + PH2O ,

P = PH2 − PH2O .

Давление водяного пара зависит от температуры (см. таблицу приложения).

Студент должен записать в своей тетради показания барометра Р и термометра t °C.

Таким образом, объем водорода, мл, при нормальных условиях определяется по уравнению

V0,H 2 = (P −+PH 2О) VH 2 273 . (t 273) 101,325

Экспериментальную величину электронного эквивалента металла Еэксп определяют, используя формулу закона эквивалентов:

где m – масса металла, г; VE ,H2 – объем электронного эквивалента водорода

при нормальных условиях, равный 11200 мл/экв. Следовательно, Еэксп, г/моль е– :

Еэксп = m 11200 .

V0,H 2

Для опыта могут быть использованы металлы: магний, алюминий, цинк, расчетные электронные эквиваленты Ерасч которых равны соответственно, г/моль е-: 12,15; 9; 32,68. Затем следует определить, какой металл был использован в опыте, и сравнить экспериментальную величину элек-

20

тронного эквивалента с расчетной величиной. Составить уравнение реакции взаимодействия этого металла с раствором серной кислоты.

Относительную ошибку (%) определения электронного эквивалента металла находят по формуле

Результатыизмеренийирасчетоввеличинзаписываютсяввидетаблицы:

Лабораторная работа № 2

Определение массы известного металла ( в граммах) по водороду

Перед студентами может быть поставлена задача определить массу известного металла (в граммах), выданного преподавателем, по объему выделившегося водорода и по расчетному электронному эквиваленту этого металла. Стружка металла должна обеспечить вытеснение из раствора кислоты ≈ 20 мл водорода.

Вся работа выполняется по методике, изложенной в лабораторной работе № 1.

Масса металла определяется по формуле

m = ЕМ V0,H2

11200 .

21

Зная фактическую и экспериментально определенную массу металла, можно найти относительную ошибку в процентах:

Лабораторная работа № 3

Определение процентного состава сплава металлов

Впрактической химии иногда возникает необходимость определения процентного состава сплава металлов.

Масса сплава металлов m, например, магния и алюминия, должна быть достаточной для выделения из раствора кислоты ≈ 20 мл водорода.

Вся работа выполняется по методике, изложенной в лабораторной работе № 1.

Вхимической реакции данной массы сплава m с раствором кислоты сумма чисел электронных эквивалентов магния и алюминия равна числу электронных эквивалентов выделившегося водорода:

nE,Mg +nE,Al =nE,H2 .

Математическое выражение закона эквивалентов для этого случая можно записать следующим образом:

mMg mAl VОН, 2

EMg + EAl =. VE,Н2 .

Обозначим массу магния через х, г, тогда масса алюминия будет равна (mсплава – х), г. Подставим эти значения в формулу закона эквивалентов:

Откуда находим массу магния и массу алюминия. Затем рассчитывается процентный состав сплава металлов.

22

Приборы и реактивы

Для экспериментального определения электронного эквивалента металла потребуются следующие приборы и реактивы:

1.Установка для измерения объема выделившегося водорода.

2.Манометр для измерения атмосферного давления.

3.Термометр.

4.Воронка.

5.Раствор серной кислоты H2SO4, 20% (плотность ρ = 1,14 г/см3).

6.Масса свежеприготовленной стружки металла, m:

а) магния 0,0150 ± 0,0010 г; б) алюминия 0,0130 ± 0,0010 г; в) цинка 0,0570 ± 0,0010 г;

г) сплава магния и алюминия 0,0140 ± 0,0010 г.

Контрольные вопросы и задачи для самопроверки

1.Сформулируйте электронный эквивалент реагирующего вещества и закон эквивалентов.

2.Какой объем занимает электронный эквивалент кислорода при температуре 30оС и давлении 104 кПа?

3.Сколько граммов оксида образуется при сжигании 5 г металла, электронный эквивалент которого равен девяти?

4.При восстановлении водородом 2 г оксида металла образовалось 0,452 г воды. Вычислить электронный эквивалент металла.

5.При растворении 2,22 г металла в кислоте выделилось 808,4 мл водорода, измеренного при температуре 20оС и давлении 102,7 кПа. Определить электронный эквивалент металла и его атомную массу, если металл двухвалентен.

6.Вычислить электронный эквивалент фосфорной кислоты, если для нейтрализации 0,98 г ее 10%-го раствора было израсходовано 1,68 г КОН.

7.Вычислить электронный эквивалент карбоната калия и гидроксида алюминия в реакциях:

а) К2СО3 + НСl = KHCO3 + KCl;

б) K2CO3 + 2HCl = H2O + CO2 + 2KCl;

в) Al(OH)3 + HNO3 = Al(OH)2NO3 + H2O; г) Al(OH)3 + 2HCl = AlOHCl2 + 2H2O.

8. Вычислить электронный эквивалент соли NH4Fe(SO4)2 в реакции

NH4Fe(SO4)2 + 2NH4OH = 2(NH4)2SO4 + Fe(OH)3↓.

23

Библиографический список

1.Павлов, Н. Н. Теоретические основы общей химии: учеб. пособие для ву-

зов / Н. Н. Павлов. – М.: Высш. шк., 1978. – 304 с., ил.

2.Киселев, И. Я. Электронный эквивалент вещества / И. Я. Киселев. – СПб.: Химиздат, 2009. – 32 с., ил.

3.Киселев, И. Я. Электронный эквивалент реагирующих веществ и применение его в расчетах химико - технологических процессов // Химическая про-

мышленность. – 2008.– Т 85.– № 7. – С. 371 – 375.

4.Основыаналитическойхимии. Т. 2 /подред.Ю. А.Золотова. – М.: Высш. шк., 2004.

5.Вода питьевая. Методы определения жесткости. Национальный стандарт РФ. ГОСТ Р 52407 – 2005.

Приложение

Давление насыщенного водяного пара при различных температурах

Оглавление

Киселев Иван Яковлевич

ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ РАСЧЕТЫ В ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ.

ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ

Учебное пособие для бакалавров направления подготовки

18.03.01 (240100) «Химическая технология»

Редактор Т. С. Хирувимова

Компьютерная верстка – Н. А. Ушакова

Подписано в печать с оригинал-макета 17.09.15. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная.

Уч.-изд. л. 1,5. Печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 164. С 206.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3.

25