Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Неорганическая химия. Лабораторный практикум
.pdf
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
ведите воду в бюретке и в уравнительном сосуде к одному уровню,
для чего поднимите или опустите уравнительный сосуд и закрепите
его.
4.5. Определите объем выделившегося кислорода от нуля до
данного уровня. Отсоедините и взвесьте склянку Оствальда на аналитических весах. Если поверхность склянки Оствальда закоптилась,
перед взвешиванием тщательно оботрите ее фильтровальной
бумагой.
После взвешивания следует извлечь ватный тампон из склянки Оствальда, помыть ее и передать лаборанту.
5. Обработка результатов эксперимента
5.1. Результаты измерений внесите в лабораторный журнал по сле-
дующей заранее подготовленной форме:
, г…
2
H2O
, Па
, г…
1
, Па…
Масса склянки Оствальда с ватой и перманганатом, m
Масса склянки Оствальда после эксперимента, m
Масса выделившегося кислорода m
= m1 – m2, г…
3
Объем выделившегося кислорода V, мл (с точностью до
3
0,1...0,2 мл) и м
…
Температура T, °С…
Атмосферное давление, Р
атм,
Па…
Давление паров воды при данной температуре Р
(см. Приложение 1)…
Парциальное давление кислорода Р = Р
атм
– Р
H2O
(не более трех значащих цифр)…
5.2. По уравнению P
0 (V0/T0
) = P (V/T) вычислите объем кислорода
при нормальных условиях.
5.3. По уравнению Клапейрона-Менделеева рассчитать массу водоро-
да в объеме V и относительную плотность кислорода по водороду
.
D
Н
5.4. Вычислить молекулярную массу кислорода по формулам:
= 22,4 m3/V0 ,
М
r
11
Лабораторный практикум
= m3RT/PV,
M
r
М
= 2.DН .
r
В пределах погрешности в вычислениях все три значения М
должны
r
совпадать между собой.
5.5. Определите их среднее значение и подсчитайте абсолютную и
относительную ошибку опыта, если первая равна разности между
истинной и определенной вами величиной (по модулю), а вторая
– отношению абсолютной ошибки к истинному значению величины (в процентах).
6. Требования к отчету
Отчёт должен содержать.
• Название работы
• Цель
• Краткое теоретическое введение
• Описание приборов и реактивов
• Последовательность выполнения работы
• Результаты измерений и расчёты
• Выводы.
7. Контрольные вопросы
1. Как рассчитать универсальную газовую постоянную R в размерности: а) л ⋅ атм/град ⋅ моль; б) мл ⋅ мм рт. ст./град ⋅ моль?
2. Как экспериментально определить плотность одного газа по другому?
3. Каково соотношение между атомной единицей массы и
единицей массы СИ?
4. Какие величины нужно экспериментально измерить
ния молекулярной массы газа?
для определе-
12
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
5 Почему масса молекул и атомов измеряется в атомных единицах
массы, а не в единицах массы СИ?
6. Как выглядит уравнение, связывающее атмосферное давление с
парциальным давлением газов, которые входят в состав воздуха?
13
Лабораторный практикум
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2
Определение эквивалента металла
(2 часа)
1. Цель работы
Выработать навыки работы с химическими веществами. Научить приемам взвешивания на техно-химических и аналитических
весах, научить измерению объемов жидкостей и газов с помощью калиброванной химической посуды, закрепить знание основных законов
химии: закона сохранения массы, закона постоянства состава, закона
эквивалентов, газовых законов.
2. Теоретическое введение
Химическим эквивалентом элемента (вещества) называется
такое количество единиц массы элемента (вещества), которое в химических реакциях взаимодействует полностью (без остатка) с 8,000
единицами массы кислорода или 1,008 единицами массы водорода,
замещая или присоединяя эти количества. Таким образом, эквиваленты водорода и кислорода постоянны: Э
Количество вещества с массой, выраженной в граммах и численно равной его эквиваленту, называется грамм-эквивалентом вещества.
Химические вещества реагируют между собой согласно закону эквивалентов, в соответствии с которым массы реагирующих ве-
ществ относятся между собой как их эквиваленты. Для элементов Периодической системы выполняется соотношение:
= А/В,
Э
= 1,008; Эо = 8,000.
н
14
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
где Э – эквивалент элемента; А – его атомная масса, В – валентность
или степень окисления элемента в конкретном соединении. Следовательно, у элементов с переменной валентностью (степенью окисления) может быть несколько значений эквивалента.
Понятие о химическом эквиваленте распространяется и на
сложные соединения: кислоты, основания, оксиды и соли.
Эквивалент кислоты в общем
случае равен молекулярной
массе кислоты, деленной на ее основность. Например, эквивалент соляной кислоты Э
= 36,5 : 1 =36,5. Двухосновная кислота может
HCl
иметь два значения эквивалента, трехосновная – три и т. д. В конкретном случае эквивалент кислоты определяется как частное от деления молекулярной массы кислоты на число атомов водорода, участвующих в реакции.
Эквивалент основания в общем случае равен молекулярной
массе основания, деленной на его кислотность. Например, эквивалент
гидроксида кальция Э[Ca(OH)]
= 74 : 2 = 37. Двухкислотное основа-
2
ние может иметь два значения эквивалента, трехкислотное – три и
т. д. В конкретном случае эквивалент основания определяется как частное от деления молекулярной массы основания на число гидроксильных групп, участвующих в реакции.
Эквивалент оксида в обменных и кислотно-основных реакциях рассчитывается аналогично эквиваленту соответствующей ки-
или основания. Например, в реакции
слоты
СО
2
эквивалент оксида СО
равен молекулярной массе оксида, деленной
2
на два (так как оксид СО
2СО3
).
Н
+ 2КОН = К
соответствует в данной реакции кислоте
2
2СОз
+ Н2O
Эквивалент соли в обменных реакциях равен дроби, в числи-
теле которой молекулярная масса соли, а в знаменателе произведение
заряда иона металла на число этих ионов, участвующих в реакции в
соответствии с ее уравнением.
Понятие химического эквивалента употребляется при определении нормальной концентрации (см. лабораторную работу 5), в законе Фарадея
и т. п. Это понятие, а также закон эквивалентов применимы только для дальтонидов, т.е. веществ, подчиняющихся закону
постоянства состава.
15
Лабораторный практикум
3. Приборы и реактивы
Работу проводят на эвдиометре, используют также склянку
Оствальда, аналитические весы, термометр, барометр, мензурку или
цилиндр на 25...30 мл, воронку с удлиненным концом, часовые стекла
или плотную бумагу, спиртовку. Реактивом служит раствор соляной
кислоты.
4. Порядок проведения работы.
Указания по технике безопасности
Методика измерения объема выделившегося газа аналогична
таковой при определении молекулярной массы газа.
4.1. Образец металла (х.ч. ∼ 0,1 г), полученный от лаборанта
или преподавателя, взвесьте на часовом стекле или кусочке плотной
бумаги на аналитических весах и поместите в одно из колен склянки
Оствальда. В другое колено через воронку с удлиненным концом
лейте 10...12 мл раствора соляной кислоты.
4.2. Укрепите склянку Оствальда в зажиме штатива, с помощью уравнительного сосуда доведите уровень воды в бюретке до нулевой отметки (по нижнему мениску), присоедините склянку Оствальда к эвдиометру и проверьте прибор на герметичность (см. лабораторную работу 1).
4.3. Если прибор герметичен, наклоните склянку,
самым кислоту в колено, где находится металл. Наблюдайте выделение водорода.
4.4. Если реакция идет медленно, подогрейте реакционную
смесь пламенем спиртовки. Нагревание проводите осторожно, равномерно обогревая колено склянки Оствальда. Не допускайте бурного
вскипания раствора кислоты! С началом интенсивного выделения газа
прекратите нагревание!
4.5. После окончания реакции подождите 5...10 мин, пока
пература прибора не сравняется с комнатной.
перелив тем
на-
тем-
16
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
4.6. Опустите уравнительный сосуд так, чтобы уровень жид-
кости в сосуде и измерительной бюретке совпали (тогда давление газа
в эвдиометре равно атмосферному), и определите объем выделившегося водорода с точностью, лимитируемой ценой деления бюретки. С
помощью термометра и барометра зафиксируйте температуру и давление, при которых проводится эксперимент.
5. Обработка результатов эксперимента
5.1. Результаты измерения внесите в лабораторный журнал по следующей заранее заготовленной форме:
Масса стекла (или бумаги), г…
Масса стекла (или бумаги) с металлом, г…
Масса металла, г…
Объем выделившегося водорода, мл и м
Температура, °С и К…
Атмосферное давление Р, Па…
Давление паров воды при данной температуре Рн
(см. Приложение 1)…
5.2. Вычислить парциальное давление выделившегося водорода
Р
н
= Р – Р
2
с точностью до трех значащих цифр.
о
н
2
5.3. Вычислите массу выделившегося водорода по уравнению Клапейрона-Менделеева Р
V
= (m/M)R ⋅ Т. На основании закона
н
н
2
2
эквивалентов рассчитайте эквивалент металла.
5.4. Приведите объем выделившегося водорода к нормальным усло-
виям по уравнению Клапейрона Р
нимаемый грамм-эквивалентом водорода при нормальных условиях, рассчитайте эквивалент металла.
5.5. Результаты расчета по п.п. 5.3 и 5.4 должны совпадать. Используя
полученное значение эквивалента, определите, что это за металл,
и сообщите об этом преподавателю. Используя соотношение
Э = А/В, рассчитайте абсолютную и относительную ошибку эксперимента.
0V0/Т0
3
…
о, Па
2
= РV/Т. Зная объем, за-
17
Лабораторный практикум
6. Требования к отчету
См. лабораторную работу 1.
7. Контрольные вопросы
1. Каковы эквиваленты кислот и оснований в следующих реакциях:
Н
Са(ОН)
А1(ОН)
+ 2КОН = К
зРО4
2+НзРО4
+2НС1 = А1(ОН)С12 + 2Н2О ?
з
2. Каков эквивалент железа в оксиде, если он содержит 69,9 % железа
и какова его формула?
3. Как рассчитать эквивалент оксида, если известен эквивалент элемента, образующего оксид?
4. Как экспериментально определить эквивалент металла, если этот
металл может гореть на воздухе?
5. Какова масса оксида, образующегося при сгорании 4 г металла, эквивалент которого
НРО
+2Н2О,
2
4
= СаНРО4 + 2Н2О,
равен 32?
18
Богословский С.Ю., Титов Л.Г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3
Определение энтальпии реакции
(2 часа)
1. Цель работы
Закрепить знания термохимических понятий, законов, научиться измерять температуру с повышенной точностью и проводить
термохимические расчеты.
2. Теоретическое введение
Энтальпия (тепловой эффект) реакции ΔН, или точнее, изменение энтальпии системы, в которой протекает данная реакция, обусловливается тем, что в результате химического процесса разрываются одни (поглощение энергии) и возникают другие (выделение энергии) химические связи. Преобладание первого или второго эффекта
предопределяет знак ΔН. Энтальпию реакции измеряют в
Химические реакции, сопровождающиеся выделением теплоты (ΔН < 0), называются экзотермическими, а идущие с поглощением
теплоты (ΔН > 0) – эндотермическими. Энтальпия прямой реакции
равна по величине энтальпии обратной реакции, но противоположна
ей по знаку.
Основным законом термохимии является закон Гесса, в соответствии с которым суммарная энтальпия ряда последовательных реакций равна суммарной энтальпии любого другого ряда реакций, если
одинаковы исходные вещества и конечные продукты, а также их состояния. Последнее условие связано с зависимостью ΔН реакции от
того, в каком состоянии (например, жидком или газообразном) находятся реагенты. Поэтому в термохимических уравнениях реакций, в
отличие от обычных, обязательно указывается
гентов.
фазовое состояние реа-
кДж.
19
Лабораторный практикум
Например, индекс (к) означает, что вещество находится в
твердом (кристаллическом) состоянии, индекс (р) – в растворе и т. д.
Если реагент способен существовать в различных кристаллических
модификациях (графит или алмаз, сера ромбическая или моноклинная
и т. п.), это также указывается соответствующим индексом.
Законом Гесса пользуются для вычислений ΔН реакций, которые не могут быть определены опытным путем. При этом термохимические уравнения можно суммировать, вычитать, умножать на некоторое число, т. е. производить с ними алгебраические действия.
В термохимических расчетах широко используются величины
о
стандартных энтальпий образования вещества ΔН
. Для конкретно-
298
го химического соединения она равна энтальпии реакции образования
одного моля соединения из простых веществ при стандартных усло-
5
виях (Р = 1,01 ⋅ 10
Па, Т = 298 К). Стандартные энтальпии образования простых веществ, при условии, что эти вещества находятся в наиболее устойчивом состоянии, принимаются равными нулю.
Например, стандартная энтальпия образования паров воды
равна энтальпии следующего процесса, осуществленного при стандартных условиях: Н
2(г)
+ 1/2О
2(г)
= Н
2О(г)
, ΔН
о
= – 242 кДж.
298
Из закона Гесса следует, что энтальпию реакции, протекаю-
щей при условиях, близких к стандартным, можно вычислить как
сумму стандартных энтальпий образования продуктов реакции за вычетом суммы стандартных энтальпий образования исходных веществ
с учетом стехиометрических коэффициентов.
Экспериментальное определение энтальпий различных реакций проводят с помощью калориметра. О тепловом
эффекте судят по
изменению температуры ΔТ содержимого калориметра с общей массой m, а энтальпию реакции рассчитывают по формуле
ΔН = ± cmΔT/υ, (2.1)
где с – удельная теплоемкость раствора; υ – число молей продукта
реакции. Знак ΔН выбирают исходя из изложенного выше.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]