Определение эквивалента и эквивалентной массы металла по водороду

Цель работы: практически, опытным путем научиться определять эквивалент и эквивалентную массу металла по объему газа, выделенного в ходе реакции. Научиться проводить различные рациональные расчеты с использованием закона эквивалентов.

Теоретическая часть.

Из закона постоянства состава, кратных и объемных отношений следует, что элементы соединяются друг с другом в строго определенных количественных соотношениях, которые называют эквивалентами или эквивалентными массами.

Для определения эквивалентов и эквивалентных масс нужно знать, что такое моль и мольная масса.

Моль- это количество вещества, в котором содержится число частиц любого определяемого сорта, равное постоянной Авогадро (6,02 ^.10²³). Например: 3 ^.10²⁴ молекул воды составят 5 моль.

Мольная (молярная) масса вещества в граммах численно равна его относительной молекулярной (атомной) массе, выраженной в атомных единицах массы (а.е.м.). Масса 1 моля вещества выражается в г/моль. Например: молярная масса Н₂О и атомная масса кислорода соответственно равны 18 и 16 а.е.м., их мольные массы равны 18 г/моль и 16 г/моль. Эквивалентом элемента называется такое его количество, которое соединяется 1с молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Например, в соединениях НВг, Н₂О, РН₃ эквиваленты брома, кислорода, фосфора соответственно равны 1 моль, 1/2 моль, 1/3 моль.

Масса одного эквивалента называется его эквивалентной массой. Так, в приведенных выше примерах, эквивалентные массы брома, кислорода, фосфора соответственно равны 79,9 г/моль, 16:2 = 8 г/моль, 31:3= 10,3 г/моль.

Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества. Расчеты, связанные с определением эквивалентных масс, проводятся по закону эквивалентов: массы (объемы) реагирующих друг с другом веществ, пропорциональны их эквивалентным массам (объемам). Математически закон выражается зависимостью:

(1)

где: m, (V) - массы (объемы) реагирующих веществ;

Э, (V_экв.) - эквивалентные массы (объемы).

Эквивалентную массу простого вещества можно вычислить по формуле:

где - мольная масса атома элемента,

В - валентность элемента.

Так, например, эквивалентные массы водорода и кислорода соответственно равны:

Эквивалентный объем газа можно вычислить по формуле:

Так, например, эквивалентные объемы водорода и кислорода соответственно равны:

Эквивалентные массы сложных веществ можно вычислить по формулам:

(2)

n_O, n_OH, n_H, n_Me – число атомов кислорода, гидроксильных групп, атомов водорода, металла соответственно в оксиде, основании, кислоте, соли; В – валентность, 8 – эквивалентная масса кислорода, 1 – эквивалентная масса водорода, 17 – эквивалентная масса гидроксильной группы.

В данной работе определение эквивалентной массы металла основано на измерении объема водорода, вытесненного активным металлом из разбавленной кислоты. Измеренный объем водорода при условиях опыта приводится к нормальным условиям:

Затем по формуле (1) определяют эквивалентную массу.

Рисунок и описание прибора для определения эквивалента металла

Рис.1.1

Прибор состоит из бюретки 1, соединенной резиновыми трубками с воронкой 2 и двухколенной пробиркой 3. Прибор смонтирован на штативе Бунзена.

Реактивы и посуда.

Прибор для определения эквивалента металла (рис.1.1), барометр, термометр, мерный цилиндр емкостью 10 мл, воронка, 10 % - ный раствор соляной кислоты, металлический магний.

Практическая часть

1. В одно колено пробирки 3 внесите магний, а в другое колено пробирки через воронку налейте около 12мл 10%- ного раствора соляной кислоты. Наденьте двухколенную пробирку на пробку, соединенную резиновой трубкой с бюреткой.

2. Необходимым условием протекания опыта является герметичность всей системы, поэтому проверьте прибор на герметичность. Для этого воронку 2 опустите или поднимите на 25-30 см и держите на одном уровне 1 -2 минуты. Если уровень воды в бюретке 1 не изменится за это время, то прибор герметичен. Если же уровень воды в бюретке будет снижаться или подниматься до уровня воды в воронке, то вращательными движениями добейтесь плотного прилегания всех пробок и снова проверьте герметичность прибора.

3. Убедившись в герметичности прибора, отметьте уровень воды в бюретке 1, а затем постепенно (первая порция кислоты должна быть небольшой во избежание бурного выделения газа) наклоните двухколенную пробирку так, чтобы кислота перелилась в колено с магнием.

4. По окончании реакции подождите 1 минуту, пока газ примет температуру помещения и измерьте объем водорода, вытесненного магнием. Для этого установите воронку на такой высоте, чтобы вода в воронке и бюретке была на одном уровне, то есть газ находился при атмосферном давлении. Деление бюретки, против которого установится уровень воды, будет соответствовать объему выделившегося водорода при условиях проведения опыта. ( Если в начале опыта уровень воды находился не на нулевой отметке, то из конечного показания уровня воды надо вычесть число, соответствующее начальному уровню воды). В таблицу 1.1 запишите значения указанных в ней величин.

Таблица 1.1 Параметры для расчета эквивалента металла.

m, г	P, Па	Т, К	V , мл	Р0, Па	Т0, К	V0, мл	h, Па

Определите давление Р по барометру и температуру Т по термометру.

Давление насыщенного водяного пара h, соответствующее температуре опыта Т, выпишите из следующей таблицы:

Таблица 1.2 Давление насыщенного водяного пара при различных температурах

Т, К	h, Па
293	2300
294	2500
295	2700
296	2900
297	3100
298	3300
299	3500
300	3700

Р⁰ - давление при нормальных условиях, равное 101325 Па;

Т⁰ - температура при нормальных условиях, равная 273 К.

Расчет

Напишите уравнение реакции магния с соляной кислотой.

Измеренный объем водорода V приведите к нормальным условиям по уравнению Клапейрона (3):

Из математического выражения (1) закона эквивалентов определите эквивалентную массу магния:

Определите теоретическое значение эквивалентной массы магния по формуле:

где - мольная масса металла, В валентность металла.

Сравните полученное практическое значение эквивалентной массы Э магния с теоретическим значением Э_т.

Рассчитайте процент относительной ошибки опыта по формуле:

Указания по технике безопасности

Необходимым условием протекания опыта является герметичность всей системы. Она в основном определяется тем, насколько плотно прилегают пробки к двухколенной пробирке и бюретке. При проверке герметичности прибора во избежание порезов рук стеклом, которые могут возникнуть при чрезмерном нажиме пробки на стекло, необходимо двухколенную пробирку, пробку и бюретку держать полотенцем.

Лабораторная работа №2