ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТА МЕТАЛЛА ПО ВОДОРОДУ

Цель работы: изучить тему «Эквивалентная масса вещества, закон эквивалентов».

Рабочее задание: опытным путем определить эквивалентную массу предлагаемого металла по объему выделившегося водорода.

СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Эквивалентом элемента называют массу вещества, которая соединяется с 1 молем атомов водорода в химических реакциях или замещает его в химических реакциях.

Эквивалентная масса элемента (Э) равна молярной массе данного элемента (М), деленной на абсолютное значение степени окисления [СО]

Закон эквивалентов: «Вещества соединяются друг с другом и замещают друг друга в весовых количествах, пропорциональных их эквивалентам», то есть

где m1 – масса первого вещества, г или кг; m2 – масса второго вещества, г или кг;

Э1 – эквивалентная масса первого вещества, г/моль или кг/моль; Э2 – эквивалентная масса второго вещества, г/моль или кг/моль.

Из закона эквивалентов следует, что один эквивалент одного вещества соединяется с одним эквивалентом другого вещества, в общем случае «n» эквивалентов одного вещества соединяется с «n» эквивалентами другого вещества.

В тех случаях, когда в реакции участвуют газы, то необязательно выражать их эквиваленты при помощи весовых единиц. Так как объем газа при постоянных температуре и давлении прямо пропорционален его массе, то закон эквивалентов может быть выражен при помощи объема газа, а именно:

12

где V1 – объем первого газа; V2 – объем второго газа;

Vэ1 – объем эквивалентной массы первого газа;

Vэ2 - объем эквивалентной массы второго газа.

Большая часть простых веществ взаимодействует либо с водородом, либо с кислородом, или с водородом и кислородом:

а) объем эквивалентной массы водорода - масса 1 моля водорода (М) равна 2 г/моль и занимает объем – 22,4 л (н.у.).

Эквивалентная масса водорода (Э) равна 1 г/моль и занимает объем в два раза меньше, т.е. 11,2 л.

Н.у. – нормальные условия: при нормальном атмосферном давлении

(101,325 кПа, 760 мм. рт. ст.) и температуре 273 К (00С).

Это легко определяется из пропорции:

2 г/моль Н2 занимает объем 22,4 л

б) объем эквивалентной массы кислорода - масса 1 моля кислорода равна 32 г/моль и занимает объем 22,4 л.

Эквивалентная масса кислорода равна 8 г/моль и занимает объем в 4 раза меньше, т.е. 5,6 л.

32 г/моль О2 занимает объем 22,4 л

Когда одно из реагирующих веществ является газообразным, а второе твердым, то математически закон эквивалентов выражается следующей зависимостью:

m = Vо ,

Э V0э

где m – вес вещества, г или кг,

Э – эквивалентная масса этого вещества, г/моль или кг/моль; Vо – объем газа при нормальных (стандартных) условиях, л; V0э – объем эквивалентной массы газа, л.

Пример решения .

При растворении в кислоте 0,608 г металла было собрано над водой 623,7 мл насыщенного водяным паром водорода при давлении 766,6 мм и температуре 260С. Вычислите эквивалентную массу металла.

766,6 мм – давление водорода и водяного пара, т.е. 766,6 = Рн2 + Рн2о.

13

Для расчета надо знать давление водорода.

Рн2 = 766,6 - Рн2о, находим по таблице 1 значение Рн2о:

при t = 26ОС, Рн2о = 25 мм. Отсюда, Рн2 = 766,6 мм – 25 мм = 751,6 мм.

Из уравнения газового состояния

где V - объем водорода при условии опыта;

P - давление водорода, мм рт. ст.;

T - температура в градусах Кельвина ( Т= 273 + t); P0P - давление при н.у., 760 мм рт. ст.;

T0 - абсолютная температура в градусах Кельвина.

Эме = 0,608 * 11,2 = 12 (г/моль). 0,568

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

По объему вытесненного водорода можно определить эквивалентные массы активных металлов, способных вытеснять водород из разбавленных кислот: магния, алюминия, хрома, марганца и др. Прибор для определения эквивалента состоит из двух бюреток, А и Б (см. рис.), которые закрепляют в

лапках штатива. Бюретки соединяют между собой резиновой трубкой В. К бюретке А присоединяют пробирку. Чтобы подготовить прибор к работе нужно вынуть пробку из пробирки, бюретку поднять и закрепить в таком положении, чтобы уровень воды в бюретке А оказался на нулевом делении.

Затем проверить герметичность прибора. Для этого нужно закрыть пробирку пробкой, опустить бюретку Б вниз на 10-15 см и наблюдать за уровнем воды в бюретке А в течение 3-5 минут. Если прибор герметичен, то уровень воды в бюретке А вначале несколько понизившись, остается затем без изменения. Если прибор не герметичен, следует плотнее вставить пробки в бюретке и пробирке. Убедившись в герметичности прибора, вернуть бюретку Б снова в такое положение, чтобы вода в обеих бюретках

14

Таблица 1

Давление водяного пара h (в мм рт. ст.) при температуре t (0С)

Рис. Прибор для определения эквивалента металла

15

была на одном и том же уровне.

Закончив проверку прибора, в пробирку налить с помощью воронки 3 – 4 мл разбавленной соляной кислоты (1:3) так, чтобы не смочить раствором углубления в верхней части пробирки. Если кислота все-таки попала в это углубление, ее необходимо вытереть досуха фильтровальной бумагой.

Получите у преподавателя навеску металла и запишите ее массу в лабораторный журнал. Пробирку с кислотой наклоните и осторожно, следя за тем, чтобы кусочки металла не попали в кислоту, положите навеску металла в углубление стенки пробирки (см. пунктир на рис.). Закройте пробирку резиновой пробкой, слегка смоченной водой и снова проверьте

герметичность прибора, как указано выше. Закрепите бюретки а и б так, чтобы положение воды в них было точно на одном уровне. При этом уровень воды в бюретках должен быть около нулевого деления. Отметьте уровень воды в бюретке а и запишите в таблицу с точностью до 0,05 мл (по нижнему мениску (см. рис.)); V1 должен находиться на одном уровне с нижним мениском воды.

Наклоните пробирку так, чтобы металл упал в кислоту. Выделяющийся при взаимодействии металла с кислотой водород вытесняет воду из бюретки

а в бюретку б. Наблюдайте за реакцией. Бюретку б опускайте вниз так, чтобы уровень воды в обеих бюретках все время находился на одном уровне.

Когда весь металл растворится, и понижение уровня в бюретке а прекратится, дайте пробирке охладиться и принять комнатную температуру. Затем приведите положение воды в обеих бюретках точно к одному уровню,

отметьте уровень воды в бюретке а и запишите в таблицу – V2. Разность уровней V2 -V1 равняется объему выделившегося водорода.

Запишите показания термометра – t0С, барометра – Р и давление водяных паров при температуре опыта (h).

Результаты опыта занесите в таблицу 2.

Таблица 2

Вычисления

1.Объем выделившегося водорода V н2 = V2-V1.

2.Абсолютная температура Т = 273 + t.

16

3.Давление водорода РН2 = Р атм. – h водяного пара.

4.Для приведения объема газа к нормальным условиям пользуются уравнением газового состояния

5.Эквивалентная масса металла определяется из формулы закона эквивалентов

где V0 эн2 - объем эквивалентной массы водорода, л.

6. Узнайте у преподавателя, какой металл был взят для опыта, и подсчитайте процент ошибок

Π= (ээксп . − этеор . ) 100 %.

этеор .

Втеоретической части ответьте на контрольные вопросы, произведите расчеты, оформите и сдайте отчет преподавателю.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется эквивалентом и эквивалентной массой вещества?

2.В чем сущность закона эквивалентов?

3.Чему равен объем эквивалентной массы водорода и кислорода? Подтвердите расчетами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Глинка Н.Л. Общая химия. -М.:Интеграл-Пресс,2003. - С. 25-26.

2.Коровин Н.В. Курс общей химии. – М.: Высшая школа, 2001.- С. 1415.

3.Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. – М.: Высшая школа, 1980. - С.9 -11.

17