ЛР 2

Лабораторна робота 2

Тема: Визначення молярної маси еквівалента металу методом витіснення водню

Мета: експериментально перевірити достовірність закону еквівалентів.

1. Теоретична частина

Еквівалентом хімічного елемента називають таку його кількість (), яка взаємодіє з одним молем атомів Гідрогену або заміщує один моль атомів Гідрогену в хімічних реакціях.

Визначається еквівалент хімічного елемента за формулою:

Наприклад:

Е(Н)= 1 моль

Е(О)= 1/2 моль (в оксидах);

Е(N)= 1/3 моль (в );

Е(Mg)=1/2 моль ;

E(Al)=1/3 моль;

Е(Fe)=1/2 моль (в );

Е(Fe)=1/3 моль (в );

Еквівалент не є сталою величиною.

Еквівалентом простої або складної речовини називають таку його кількість (), яка взаємодіє без залишку з одним еквівалентом Гідрогену або з одним еквівалентом будь-якої іншої речовини. Наприклад:

Е(Н₂)=1/2 моль;

Е

(О₂)=1/4 моль; 2Н­₂ + О₂ = 2Н₂О

1 моль ¼ моль

Е(N₂)=1/6 моль; N₂ + 3Н₂ = 2NH₃

1/6 моль 1 моль

Е(NH₃)=1 моль; NH₃ + Н⁺NH₄⁺

1 моль 1 моль катіон амонія

Еквівалент оксидів визначається за формулою:

Наприклад:

Е()=моль;

Е()=моль;

Еквівалент солей визначається за формулою:

Наприклад:

Е() = моль;

Е() = моль;

Еквівалент кислот в хімічних реакціях залежить від кількості заміщених катіонів Гідрогену і визначається за формулою:

Е(Н_хК3) = моль;

Наприклад:

H₃PO₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O; E(H₃PO₄) = моль;

H₃PO₄ + 2NaOH = Na₂HPO₄ + 2H₂O; E(H₃PO₄) = моль;

H₃PO₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂O; E(H₃PO₄) = 1 моль

Еквівалент основ в хімічних реакціях залежить від кількості заміщених аніонів гідроксильних груп і визначається за формулою:

Е(Е(ОН)_у ) = моль;

Наприклад:

Сa(OH)₂ + 2HCl = CaCl₂ + 2H₂O; E(Ca(OH)₂) = 2 моль;

Сa(OH)₂ + HCl = CaОНCl + H₂O; E(Ca(OH)₂) = 1 моль.

Еквівалентна маса - це молярна маса одного еквівалента хімічного елемента або речовини.

т_{Е =} МЕ ( ); М- молярна маса;

Наприклад:

т_Е(Mg)=24=12 ;

т_Е(Al₂O₃)=112=37,3 ;

т_Е(H₂SO₄)=98 =49 ;

т_Е(NaOH)=401=40.

Також еквівалентна маса розраховується за формулою:

т_Е= ,де

m – маса речовини, n_E – число еквівалентів речовини.

Еквівалентний об’єм - це молярний об’єм одного еквівалента газоподібної речовини.

V_E=V_mE ;

V_m- молярний об’єм газоподібної речовини за н.у.

Наприклад:

V_E(Н₂)=22,4=11,2 ;

V_E(О₂)=22,4=5,6 .

Також еквівалентний об’єм розраховується за формулою:

V_E=, де

V – об’єм газоподібної речовини, n_E – число еквівалентів газоподібної речовини.

В хімічних реакціях хімічні речовини реагують у строго еквівалентних кількостях речовин. В цьому полягає закон еквівалентів:

Хімічні речовини взаємодіють між собою в строго еквівалентних відношеннях.

Наслідки закону:

1. Кількості реагуючих речовин в хімічних реакціях пропорційні їх еквівалентам:

;

2. Маси реагуючих речовин в хімічних реакціях пропорційні їх еквівалентним масам:

;

3. Кількості еквівалентів реагуючих речовин в хімічних реакціях дорівнюють одна одній:

Запитання для самоконтролю

1. Що називається еквівалентом хімічного елемента простої або складної речовини? Як він визначається?

2. Що називається еквівалентною масою хімічного елемента або речовини та як вона визначається?

3. Що називається еквівалентним об’ємом газоподібної речовини та як він визначається?

4. Як формулюється закон еквівалентів та його наслідки?

5. Як застосовується закон еквівалентів в хімії?

Завдання для самоконтролю

Рівень А.

1. Визначте еквівалент та еквівалентну масу хімічних елементів та речовин: Mg, Al, Na, P₂O_5, KOH, Al₂(SO₄)_3, HCl.

2. Визначте еквівалентний об’єм газоподібних речовин за н.у.: O_2, NH_3, N_2.

3. Визначте еквівалентну масу Нітрогена в наступних сполуках:

а) N₂O; б) NO; в) N₂O₃; г) NO₂; д) N₂O₅.

Рівень В.

1. Сульфід метала містить 29,48% Сульфуру. Визначте еквівалентну масу метала, якщо еквівалентна маса Сульфуру дорівнює 16 г/моль.

2. При розчиненні в воді 1,6 г металу виділилось 0,896 л (н.у.) водню.

3. Знайти еквівалентну масу ртуті, якщо з 1 г її оксиду при нагріванні виділилося 51,7 мл кисню.

Рівень С.

1. Визначте еквівалент метала, якщо на відновлення 6,8 г його оксиду необхідно стільки водню, скільки його утворилось при розчинні в хлоридній кислоті 13 г цинку.

2. На відновлення 4,8 г метала використали 2,016 л водню (н.у.). при розчиненні в хлоридній кислоті метала, який утворився, виділилось 1,344 л водню (н.у.). Визначте невідомий метал.

3. На нейтралізацію 9 г кислоти іде 8 г натрій гідроксиду. Визначте еквівалентну масу кислоти.

2. Експериментальна частина

Метод ґрунтується на вимірюванні об’єму водню, який виділяється з кислоти при дії на неї металу.

Прилад, який використовується з цією метою, називається «сполучені сосуди». Складається із бюретки 1 для збирання водню і вирівнювального посуду 2 (бюретка або лійка), з’єднаних між собою гумовою трубкою. В бюретці рівень води повинен бути нижче нуля. Бюретку зверху закривають пробкою з газовідвідною трубкою, до якої приєднують пробірку 3, де протікатиме реакція між металом та кислотою. Об’єм водню, що виділиться в ході реакції, визначають за різницею рівнів води в бюретці до і після досліду. При цьому рівень води в посудинах повинен бути однаковим, щоб тиск газу в бюретці дорівнював атмосферному.

Хід роботи

Рівень А.

Визначення молярної маси еквівалента Магнію

На технологічних терезах з точністю до 0,01 г зважити шматочки магнію масою 2-3 г. В пробірку налити хлоридної кислоти (1/4 пробірки); тримаючи пробірки в нахиленому стані, помістити наважку металу (не опускаючи в кислоту) на стіну біля отвору пробірки і закрити пробірку пробкою з газовідвідною трубкою від бюретки. Перевірити прилад на герметичність. Для цього, не займаючи пробірки з бюреткою, перемістити вирівнювальний посуд разом з лапкою штативу таким чином, щоб рівень води в ньому став на 10-15 см вище, ніж в бюретці. Якщо різниця рівнів не змінюється, то прилад герметичний.

Привести воду в посудинах до одного рівня і відмітити рівень води в бюретці (а₁, в мл). Рівень води відмітити за нижнім краєм меніску з точністю до 0,1 мл.

Струсити метал в кислоту. Спостерігати виділення водню і витискання води з бюретки.

Після закінчення реакції привести прилад до кімнатної температури, а воду в посудинах до одного рівня і відмітити рівень води в бюретці (а₂, в мл). За різницею рівнів води розрахувати об’єм водню, що виділився (а₂-а₁, в мл).

Рівень В.

Визначення молярної маси еквівалента металу

Одержати наважку металу у лаборанта або викладача. Провести дослід, як описано в рівні А.

Запис результатів досліду для рівня А і Б

1. Номер металу - ;

2. Маса металу - г;

3. Рівень води в бюретці на початку досліду, а₁- мл;

4. Рівень води в бюретці після досліду, а₂- мл;

5. Об’єм водню, що виділився V(H₂) = a₂-a₁₌ мл;

6. Температура, t⁰C- ;

7. Атмосферний тиск, р- ;

8. Тиск насиченої водяної пари, р(Н₂О) - ;

9. Парціальний тиск водню, р(Н₂) = р - р(Н₂О) = .

Розрахунки

Для рівня А і В.

1. Привести об’єм водню до нормальних умов, використавши рівняння газового стану (об’єднаного газового закону Бойля Маріотта та Гей- Люссака):

2. Розрахувати молярну масу еквівалента металу, використовуючи закон еквівалентів:

n_Е(Н₂) = n_Е(Ме);

Для обчислення молярної маси металу визначитись з викладачем з еквівалентом металу.

3. Розрахувати молярну масу металу (експериментальну):

М(Ме) = або М(Ме) = m_Е n;

де п- кількість електрон-переходів в процесі Ме Ме^{п+ +} п

4. Розрахувати відносну похибку експерименту:

Рівень С

Визначення молярної маси еквівалента металу

Одержати наважку металу у лаборанта або викладача. Провести дослід, як описано в рівні А. Визначити молярну масу еквівалента металу, виконавши розрахунки за власною схемою.

7