Экспериментальная часть Цель работы— определение эквивалента металла (магния) опытным путем с использованием волюмметрического метода. Оборудование и реактивы:

1. Волюмметрическая установка (рис.1), состоящая из измерительной бюретки (3) с ценою деления шкалы 0,1 см³ = 0,1 мл, сосуда для проведения реакции (1), уравнительного сосуда (4) с водой, крана (2).

2. Раствор серной кислоты (3н.).

3. Навеска магния в бумажном пакетике.

4. Мерный цилиндр.

Порядок проведения работы.

1. Пользуясь мерным цилиндром, отмерить 10-15 мл раствора серной кислоты. Залить кислоту в реакционный сосуд (1), следя при этом, чтобы кислота не попала в углубление сосуда, куда будет помещена навеска металла. Установить реакционный сосуд в держателе на передней панели установки, так чтобы выступ на стенке сосуда был направлен вниз.

Рис.1. Схема волюмметрической установки.

2. Записать в протокол измерений массу навески металла, поместить навеску (не разворачивая пакета!) в углубление на стенке реакционного сосуда. Закрыть сосуд пробкой, предварительно смочив ее водой для герметичности.

3. Открыть кран (2) на атмосферу. Поднимать уравнительный сосуд (4) вверх, вытесняя воздух из измерительной бюретки до тех пор, пока уровень воды в бюретке (3) не достигнет отметки "0". Уровни воды в уравнительном сосуде и в бюретке должны быть на одной высоте. Закрыв кран (2), отсоединить систему от атмосферы.

4. Проверить герметичность установки. Для этого опустить уравнительный сосуд вниз на 20 - 30 см³и последить за уровнем воды в бюретке (3). Если система герметична, то уровень воды в бюретке немного (на 1 - 2 мл) понизится, а затем останется постоянным. В противном случае уровень жидкости будет постепенно понижаться. Тогда необходимо устранить поступление воздуха в систему и повторить проверку герметичности. Убедившись в герметичности системы, поднять уравнительный сосуд и вновь совместить уровни в бюретке и уравнительном сосуде на нулевой отметке.

5. Проведение опыта.

Реакционный сосуд снять с держателя и перевести в вертикальное положение так, чтобы навеска упала в кислоту. В результате взаимодействия магния с кислотой будет выделяться водород и вытеснять воду из измерительной бюретки. Покачивая сосуд, добиться, чтобы весь магний прореагировал. Сосуд при этом разогревается, ибо реакция идет с выделением теплоты (экзотермическая реакция). Через 5-10 мин после окончания реакции (выделение пузырьков водорода прекращается), реакционный сосуд охладится до комнатной температуры, здесь необходимо провести отсчет показаний по шкале бюретки. Отсчет проводится после того, как уровни жидкости в бюретке и уравнительном сосуде будут точно совмещены, желательно, чтобы они были совмещены и во все время прохождения реакции. Записать в протокол полученное значение изменения объема V.

Последовательность расчетов.

В результате проведения эксперимента должны быть получены следующие данные:

объем системы — V_С, мл (это внутренний объем системы до "0" измерительной бюретки); объем кислоты —V_К, мл; изменение объема в результате выделения водорода —V, мл; температура в помещении —T, К; атмосферное давление — Р_атм., Па.

Часть системы занята кислотой, поэтому начальный объем равен V_I =V_C-V_K. Давление внутри системы равно атмосферному давлению Р_атм., оно складывается из парциальных давлений компонентов воздуха (кислород, азот и др.) р_I^Ви насыщенных паров воды р_Н2О. Величина давления р_Н2Опри температуре опыта берется из таблицы 1.

Таблица 1.

t,С	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26
рН2О Па	1705	1817	1937	2064	2197	2336	2486	2664	2809	2984	3159	3340

Зная р_Н2О и атмосферное давление Р_атм., можно рассчитать р_I ^В:

р_I ^В = Р_атм.– р_Н2О. (10)

После того, как реакция завершилась, объем газа в системы увеличился:

V_II = V_I + V. (11)

Общее давление внутри системы теперь, как и прежде, равно атмосферному, но складывается оно уже из парциальных давлений воздуха р_II^В, паров воды р_Н2Ои водорода р_Н2:

Р_атм = р_II ^В+ р_Н2О+ р_Н2 . (12)

Давление р_Н2Озависит только от температуры и поэтому в ходе опыта не меняется. Поэтому очевидно, что парциальное давление воздуха уменьшается. Оно может быть рассчитано по газовому закону Бойля-Мариотта:

р_I ^ВV_I =V_IIр_II ^В. (13)

Парциальное давление водорода в смеси равно:

р_Н2 = Р_атм.– р_II ^В– р_Н2О. (14)

Определив р_Н2, можно рассчитать массу выделившегося водорода по уравнению состояния идеального газа:

р_Н2V_II

m _Н2= М_Н2 ν = 2,016 ·, (15)

R·T

где М_Н2— мольная масса водорода, ν — число молей выделившегося водорода.

Эквивалентная масса металла рассчитывается по формуле:

m_Mg

Э_Mg= 1,008 ·, (16)

m _Н2

где m_Mg— масса навески магния, г;m _Н2— масса выделившегося водорода, г.

Зная валентность магния, можно вычислить его мольную массу (М_Mg) и оценить ошибку по формуле:

М_табл- М_эксп

 = 100 %. (17)

М_табл

Значение М_таблвзять из Периодической системы Д.И. Менделеева.