Работа 1 определение молярной массы эквивалента металла методом вытеснения водорода

Цель работы: ознакомиться с понятием химического эквивалента, экспериментально определить молярную массу эквивалента вещества, его относительную атомную массу и идентифицировать ме­талл по периодической системе элементов.

Основные теоретические положения

Молекулы разных веществ различаются своими свойствами, из которых наиболее важным и поддающимся количественному определению является масса m. Так как массы атомов и молекул невелики, то для опреде­ления их значения пользуются шкалой относительных атомных масс.

Отно­сительной атомной массой химического элемента (А_r) называется величи­на, равная отношению средней массы атомов данного элемента (с учетом процентного содержания его изотопов в природе) к 1/12 массы изотопа углерода – 12 ( ). Таким образом, атомная единица массы (а.е.м.) равна

.

Относительная атомная масса (или просто атомная масса) является величиной безразмерной. Связь между массой одного атома m_а и А_r выражается соотношением

а.е.м., кг.

Относительной молекулярной массой вещества (M_r) называется отношение массы его молекулы к 1/12 массы атома изотопа углерода . Численные значения М_r находят как сумму А_r всех элементов, входящих в соединение, например:

М_r (Н₂S) = 2 · 1,00794 + 1 · 32,06 = 34,0759  34,08.

В 1971 г. в Международную систему единиц измерения (СИ) была введена единица количества вещества (моль n) – такое количество вещества, которое содержит столько структурных элементарных частиц (атомов, молекул, ионов, электронов, эквивалентов и т.д.), сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода 12.

Число атомов, содержащихся в 0,012 кг углерода 12, равно 6,02·10²³. Эту величину называют числом Авогадро. Следовательно, в 1 моль любого вещества содержится 6,02·10²³ его структурных единиц. Эта константа называется постоянной Аво­гадро N_А (моль^-1).

Масса 1 моль вещества называется молярной массой M. Ее можно вычислить как отношение массы вещества m к его количеству n, кг/моль (г/моль):

,

Численное значение М (в г/моль) совпадает с M_r вещества или А_r элемента.

Кроме массы при количественных расчетах часто пользуются понятием молярный объем при нормальных условиях (н.у.), V Это объем, который занимает 1 моль любого газа при н.у., т.е. при давлении 101,325 кПа (1 атм или 760 мм рт. ст.) и температуре 273 К (0 С), V  22,4 дм³/моль.

При количественных расчетах не обязательно записывать уравнение химической реакции и подбирать коэффициенты, если использовать понятия эквивалент и закон эквивалентов.

Эквивалентом Э(Х) называют некую реальную или условную частицу (атом, молекулу, ион, радикал и т.п.), которая может присоединять, замещать или быть каким-либо другим образом равноценна 1 моль атомов водорода или ионов Н⁺ в химических реакциях. В общем случае эквивалент элемента или вещества Х можно найти по формуле

Э(Х) =

где z^* – число эквивалентности, равное тому количеству атомов или ионов водорода, которое эквивалентно (равноценно) частице Х.

Масса 1 моль эквивалента вещества или элемента Х называется молярной массой эквивалента М_Э(Х) (г/моль). Ее можно рассчитать по формуле

М_Э(Х) = М(Х)  Э(Х) =

Число эквивалентности z^* для химического элемента, входящего в состав какого-либо вещества, равно модулю степени окисления (С.О.), проявляемой данным элементом в химическом соединении. Таким образом, расчет молярной массы эквивалента элемента следует вести по формуле

М_Э(Элемент) =

Для простого одноатомного вещества (например, Mg, P, S и т.д.) z^* равно наиболее характерной валентности В элемента простого вещества. Тогда

М_Э(Х) =

При решении задач с участием газообразных веществ обычно пользуются не М_Э , а молярным эквивалентным объемом вещества V_Э , т.е. объемом, который занимает 1 моль эквивалентов газа. Расчет V_Э газа (в дм³/моль) при н.у. следует вести по формуле

,

где Э – эквивалент элемента, составляющего газ; N – число атомов элемента в молекуле газа; 22,4 – молярный объем газа при н.у., дм³/моль. Например, молярный эквивалентный объем Н₂ при н.у. равен

Закон эквивалентов: массы реагирующих друг с другом веществ, а также массы образовавшихся продуктов пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ.