Эквиваленты

Федеральное агентство по образованию

Нижегородский государственный университет

им. Н.И.Лобачевского

Химический факультет

Кафедра неорганической химии

Определение молярных масс веществ и химических эквивалентов

Отчет о лабораторной работе

Преподаватель:

Р.М.Шапошников

Студенты группы 211 (II):

Т.Г.Огурцов,

О.А.Шилягина

Нижний Новгород, 2008

Задания лабораторной работы:

1. Определение эквивалента и молярной массы металла.

Определение эквивалента и молярной массы металла

Цель работы: определить эквивалент и молярную массу неизвестного металла.

Оборудование и реактивы: бюретка, двурогая пробирка, уравнительный цилиндр, соединительные резиновые трубки, термометр, барометр, аналитические весы, стеклянные стаканы, неизвестный металл, неизвестная кислота неизвестной концентрации.

Теоретическая часть:

Наиболее распространённый метод определения молярной массы основан на использовании уравнения Менделеева – Клайперона:. Так же для определения молярной массы металла используют калориметр: по найденному значению теплоёмкости металла рассчитывают молярную массу с использованием закона Дюлонга – Пти. Из закона Дюлонга и Пти следует, что, разделив 26 на удельную теплоемкость простого вещества, легко определяемую экспериментально, можно найти приблизительное значение атомной массы данного элемента.

рис. 1

Для определения эквивалента металла собирают прибор из двурогой пробирки, бюретки и уравнительного цилиндра (Рис 1).

Практическая часть:

1. Собрали установку (рис.1);

2. Заполнили бюретку водой так, чтобы при выравнивании менисков воды в бюретке и цилиндре уровень воды в бюретке был на нулевом делении;

3. Перед каждым измерением проверяли прибор на герметичность;

4. Затем в одно из колен двурогой пробирки поместили кусочек неизвестного металла, известной массы. А в другое колено залили неизвестную кислоту, неизвестной концентрации;

5. Прилили кислоту к металлу. Для увеличения скорости реакции нагревали колено, в котором происходила реакция; (В это время выделяющийся водород вытеснял воду из бюретки);

6. Охлаждали прибор до комнатной температуры;

7. Опыт проводили 3 раза, с соблюдением всех правил;

8. Результаты занесли в таблицу:

Таблица 1

№ опыта	m, г.	T, K	P, атм.	V(Н2)выд., мл.	Mэк, гр./экв.
1	0,027	295,5	0,975	10,2	32,86
2	0,027	295,5	0,975	10,4	32,26
3	0,027	295,5	0,975	10,3	32,42

Если Ме одновалентный:

Me + HА МеА + 1/2Н₂

Значит, n_эк(H₂) =1/2 n_эк(Me);

, , ,

== 32,86 (гр./экв.)

== 32,26 (гр./экв.)

== 32,42 (гр./экв.)

Если же металл двухвалентный, то значение молярного эквивалента необходимо умножить на 2;

9. Оценим погрешность измерений:

Пусть M_эк1, M_эк2, M_эк3 численно равны x₁, x₂, x₃ соответственно, тогда x₁= 32,86, x₂= 32,26,

x₃= 32,42. n – число опытов, тогда n=3.

Х=σ ∙ τ, где τ_{2; 0,95} = 4, 3020

∆Х = 0,19,113 ∙ 4, 3020 = 0,82224

M_эк = ± ∆Х = (32,523±0,82224) (гр./экв.)

10. Получили в препараторской кусочек неизвестного металла и взвесили его на аналитических весах по принятой технологии. Масса металла равна массе гирек, лежавших на правой чаше весов: 100+20+20+5+2+1+2∙0,2 = 148,4 (грамма);

11. Поставили стакан с дистиллированной водой на песчаную баню, для того, чтобы вода нагрелась;

12. После того, как вода в стакане закипела, мы погрузили в неё кусочек металла так, чтобы он не касался стенок сосуда (подвесили на деревянную палочку), и кипятили в течении 30 минут;

13. В то время, как металл находился в кипящей воде, мы собрали калориметр – в толстостенный сосуд из нетеплопроводного материала поставили стеклянный стакан, и налили в него 300 мл. дистиллированной воды, а так как плотность воды составляет 1 гр./см³., то масса воды равна 300 грамм. По показаниям термометра температура воды составила 25ºС, что равно 298K.

14. По истечению 30 минут металл из кипящей воды был помещён в калориметр так, чтобы металл не касался стенок сосуда. При этом за температуру металла мы приняли температуру кипящей воды, которая по показаниям термометра составила 98ºС или 371К.

15. Помешивая воду в калориметре мы наблюдали за показанием термометра, опущенного в стакан с металлом. Максимальная температура воды оказалась равна 26,5 ºС или 299,5К.

16. Измерили теплоёмкость металла:

Для этого воспользовались формулой: M(T₁-T)=C_уд.m(T₂-T₁), где

М – масса воды в калориметре = 300 грамм = 0,3 кг.;

Т – начальная температура воды в калориметре = 298К;

T₁ – температура воды в калориметре после погружения в неё горячего металла = 299,5K;

m – масса металла = 148,4 грамма = 0,1484 кг.;

T₂ – температура горячего металла = 371K

(кДж/(кг∙К))

Следовательно по закону Дюлонга – Пти, молярная масса равна 26/0,414 = 63 (г./моль).

Вывод:

Мы определили молярную массу металла двумя способами. С помощью закона эквивалентов мы получили значение молярного эквивалента металла, которое с учётом погрешностей составило 32,523±0,82224 (гр./экв.), а с помощью калориметра значение молярной массы металла 63 (г./моль). Примерное значение молярной массы металла приблизительно в два раза больше молярного эквивалента этого же металла, следовательно металл – двухвалентный. Тем самым, мы можем принять удвоенный молярный эквивалент металла за молярную массу металла: 65,046±1,64448 гр./моль. Два полученных значения приблизительно равны между собой. В периодической системе элементов Д.И. Менделеева находятся два элемента, молярные массы которых находятся в допустимых пределах нашего определения – это медь и цинк. Но в ряду активности металлов медь находиться правее водорода, следовательно реакция взаимодействия меди и кислоты невозможна. Таким образом, искомый металл – цинк, молярная масса которого 65 гр./моль. Как мы видим, наиболее точный результат даёт метод, связанный с определением эквивалента металла.

В препараторской мы убедились, что исследуемый металл – это действительно цинк.