Определение молярной массы эквивалента металла

Для экспериментального определения молярной массы эквивалента металла используют прибор, состоящий из бюретки, соединенной с воронкой резиновой трубкой. Через систему пробок и трубок к бюретке присоединяют пробирку. Система укрепляется на штативе и заливается подкрашенной водой. Следует помнить, что водород - очень летучий газ. Поэтому необходимо проверить герметичность установки, для чего при закрытых пробках и присоединенной пробирке надо опустить кольцо с воронкой. Если прибор герметичен, то уровень воды в бюретке, немного понизившись, останется постоянным. Если уровни жидкости в бюретке и воронке, как в сообщающихся сосудах, выравниваются, то герметичность нарушена, и следует обратиться к преподавателю. В пробирку налейте 3-4 мл раствора серной кислоты (разбавление 1:4). Полоской фильтровальной бумаги снимите со стенок пробирки капли кислоты. Удерживая пробирку наклонно (следить, чтобы не выливалась кислота), поместите на сухую стенку пробирки кусочек металла, взвешенный с точностью до 0,0001 г. (Необходимо следить, чтобы металл не соприкасался с кислотой). Присоедините пробирку к прибору, удерживая ее в наклонном положении. Отметьте уровень воды в бюретке /V₁ с точностью до 0,1 мл. Придерживая пробирку, стряхните металл в раствор кислоты.

Выделяющийся водород будет собираться в бюретке. При этом вода из бюретки будет собираться в воронке. По окончании реакции дайте системе остыть и опустите кольцо с воронкой до нового уровня жидкости. Отметьте новый уровень жидкости V₂. Разность уровней жидкости в бюретке после опыта и до опыта равна объему выделившегося водорода.

V_H₂ = V₂ - V₁.

Отметьте условия проведения опыта: давление (р) и температуру (Т).

По табл. 2.1 определите давление насыщенного водяного пара (h) при температуре проведения опыта. Экспериментальные данные внесите в табл. 2.2.

Таблица 1

Давление насыщенного пара /h/, мм. рт. ст.

T°С	h, мм рт.ст.	T°С	h, мм рт.ст.
	13,63		18,65
	14,43		19,83
	15,48		21,07
	16,48		22,38
	17,54		23,76

Таблица 2

Экспериментальные наблюдения.

Масса Метал-ла m, г	р, мм рт.ст.	t, °C	Влажность h, мм рт.ст.	Уровень жидкости до опыта V₁, мл	Уровень жидкости после опыта V_, мл	Объем выделившегося водорода V_H₂, мл

Для определения молярной массы эквивалента металла следует привести полученный объем водорода V_H₂ к нормальным условиям V_H₂°, используя уравнение объединенного газового закона:

p° V_H₂°/T° = (p – h) V_H₂.

Отсюда находят

V_H₂° = (p – h) V_H₂ T°/ p°T

И наконец, используя закон эквивалентов, получают:

Э_М = m ×11200 / V_H₂°.

Вычислите атомную массу металла, если валентность его равна 2.

Определите по таблице Д.И.Менделеева металл.

Вычислите теоретическое значение молярной массы эквивалента металла.

w,% = ôЭ^т - Э^эô/ Э^т,

где Э^т – рассчитанная эквивалента металла;

Э^э - экспериментальная молярная масса эквивалента металла.

Типовые задачи

1.Докажите амфотерные свойства оксида хрома(III) и гидроксида цинка, приведите уравнения соответствующих реакций.

2.Приведите формулы всех солей, которые могут образоваться при взаимодействии гидроксида алюминия и соляной кислоты.

3.Составьте формулы сульфата алюминия, дигидрофосфата кальция, гидроксокарбоната меди(II). Приведите их графические формулы.

4.Вычислите эквиваленты и молярные массы эквивалентов Ag₂O, CaHPO₄, (CuOH)₂CO₃, H₃BO₃.

5.Составьте формулы оксидов и гидроксидов следующих элементов:

S⁺⁶, K⁺, Mn⁺⁷, Sn⁺², P⁺⁵, Si⁺⁴. Определите, какие из них обладают основными, кислотными или амфотерными свойствами. Ответ аргументируйте уравнениями соответствующих реакций.

6.Составьте формулы оксидов, соответствующие следующим гидроксидам: Mn(OH)₄, NaOH, H₃PO₄, HPO₃. Составьте графические формулы всех соединений.

7.Определите плотность вещества, если 30 см³ его имеют массу 45 г.

8.Сколько сульфида железа должно получиться, если для проведения рекции взяли 8 г серы и 28 граммов железа?

9.Определите простейшую формулу поташа, если массовый состав этого вещества: калия - 56,6%, углерода - 8,7%, кислорода - 34,8%.

10.При сжигании 1,55 г фосфора получено 3,53 г фосфорного ангидрида. Определите количественный состав фосфорного ангидрида.

11.Вычислите эквивалент и молярную массу эквивалентов ортофосфорной кислоты в реакциях обмена с едким натром, в результате которых образуются нормальная и кислые соли.

12.Из 1,4 г кальция получили 2,52 г его сульфида. Определите молярную массу эквивалента металла.

13.Плотность газа по воздуху 1,52. Определите относительную молекулярную массу газа.

14.Вычислите молекулярную массу газа, если при 25^оС и 800 мм рт. ст. 350 мл его имеют массу 0,78 г. Определите его относительную плотность по воздуху.

15.Какой объем при нормальных условиях занимают 10²⁰ молекул газа.

16.Составьте полную электронную формулу элемента, расположенного в 6-ом периоде, 7-й группе, главной подгруппе.

17.Газообразный гидрид элемента "Э" имеет формулу ЭН₂. Определите формулу его высшего оксида и его молекулярную массу, если плотность гидрида по воздуху равна 1,172

18. Объясните, почему сера и хлор проявляют максимальную степень окисления, равную номеру группы, а кислород и фтор таковой не проявляют.

19. Какие из перечисленных молекул будут неполярными: H₂S, HF, CCl₄, NH₃, BCl₃. Дайте мотивированный ответ.

20.Учитывая sp³-гибридизацию углерода, укажите, в какой из молекул дипольный момент наибольший: а) CH₄, б) CH₃Cl, в) CH₂Cl₂, г) CHCl₃,

д) CCl₄?

21. Укажите, какие молекулы, из перечисленных ниже, имеют угловую форму:

H₂O, BeCl₂, CO₂, H₂S?

Примеры решения типовых задач

1. Составьте формулы оксидов и гидроксидов следующих элементов: Cl⁺⁷, Al⁺³, Cr⁺⁶, Sr⁺².

Решение:

Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород. Кислород во всех соединениях имеет валентность, равную 2. Формула оксида определяется правилом: произведение валентности кислорода на индекс в формуле, указывающий число атомов кислорода в молекуле, равно такому же произведению другого атома в молекуле. Одновременно произведение валентностей элементов равно произведению индексов этих элементов в формуле.

Учитывая вышесказанное, имеем, например, для семивалентного хлора:

формула оксида хлора (VII) Cl₂O₇.

Аналогично получим: Al₂O₃, CrO₃, SrO.

Гидроксиды (гидраты оксидов) – формально можно рассматривать как продукты присоединения воды к молекуле оксида.

Основным оксидам в качестве гидратов соответствуют основания. В формуле основания на первое место записывают металл, за ним записывают гидроксогруппы. Число гидроксогрупп равно валентности металла

SrO + H₂O Þ Sr(OH)₂

Кислотным оксидам в качестве гидратов соответствуют кислоты (продукты присоединения молекулы воды к кислотным оксидам). В формуле кислоты на первое место записывают водород, за ним центральный атом и на последнем месте кислород.

Cl₂O₇ + H₂O Þ H₂Cl₂O₈ Þ 2HClO₄.

CrO₃ + H₂O Þ H₂CrO₄

Амфотерным оксидам соответствуют амфотерные гидроксиды (также могут быть представлены как продукты присоединения воды к молекуле амфотерного оксида).

Al₂O₃ + 3H₂O Þ 2Al(OH)₃.

2. Докажите амфотерные свойства оксида олова(II) и гидроксида бериллия, приведите уравнения соответствующих реакций.

Решение:

Чтобы доказать амфотерность оксида или гидроксида, следует составить уравнения реакций взаимодействия данного вещества с кислотой и со щелочью.

SnO + 2HCl Þ SnCl₂+ H₂O

SnO + 2NaOH Þ Na₂SnO₂+ H₂O.

Be(OH)₂ + 2HCl Þ BeCl₂ + 2H₂O

Be(OH)₂+ 2NaOH Þ Na₂BeO₂ + 2H₂O

3. Приведите формулы всех солей, которые могут образоваться при взаимодействии гидроксида кальция и серной кислоты. Составьте уравнения соответствующих реакций. Назовите продукты реакций.

Решение:

Различают соли средние – продукт полного замещения гидроксогрупп и ионов водорода в молекулах оснований и кислот:

Сa(OH)₂ + H₂SO₄Þ CaSO₄+ 2H₂O

CaSO₄ – сульфат кальция;

Кислые соли – продукт неполного замещения ионов водорода в молекуле кислоты (могут быть образованы неодноосновными кислотами):

Сa(OH)₂ + 2H₂SO₄Þ Ca(НSO₄)₂+ 2H₂O

Ca(НSO₄)₂ – гидросульфат кальция;

Основные соли – продукт неполного замещения ионов гидроксила в молекуле основания (могут быть образованы неоднокислотными основаниями):

2Сa(OH)₂ + H₂SO₄Þ (CaОН)₂SO₄+ 2H₂O

(CaОН)₂SO₄ – гидроксосульфат кальция.

4. Составьте графическую формулу Ca(NO₃)₂.

Решение:

В графической формуле указывается порядок соединения атомов в молекуле, где каждая связь обозначается черточкой. В графической формуле не учитываются валентные углы между связями. Двойные связи обозначаются двойной черточкой, а тройные – тройной. В неорганических кислородсодержащих соединениях атомы различных элементов соединяются между собой, преимущественно, через кислородные мостики.

O O

ç÷ ç÷

N-O-Ca-O-N

ç÷ ç÷

O O

5. Определите простейшую формулу вещества, содержащего 40 % мас. меди, 20% мас. серы, 40 % мас. кислорода.

Решение:

Обозначим общую формулу вещества Сu_xS_yO_z. Индексы в формуле соединения относятся как количества вещества каждого элемента. Из процентного состава вещества известно, что 100 г вещества содержат 40 г меди, 20 г серы и 40 г кислорода. Найдем количество вещества каждого элемента, возьмем их отношение и преобразуем в отношение целых чисел, для чего разделим каждое число в отношении на наименьшее:

x : y : z = n(Cu) : n(S) : n(O) = m(Cu)/ M(Cu) : m(S)/ M(S) : m(O)/ M(O) =

= (40/64) : (20/32) : (40/16) = 0,625 : 0,625 : 2,5 = 1 : 1 : 4

Cледовательно, простейшая формула соединения CuSO₄.

6. Определите количественный состав марганца в оксидах марганца (IV) и марганца(VII).

Решение:

Молекулярная масса марганца равна 55 г/моль, оксида марганца (IV) MnO₂ – 87 г/моль, оксида марганца (VII) Mn₂O₇ – 222 г/моль.

1 моль MnO₂ содержит 1 моль атомов марганца Mn.

Следовательно:

87 г MnO₂содержат 55 г Mn, а

100 г MnO₂содержат х г Mn.

Решая пропорцию, имеем:

х = (100×55)/87 = 63,2 г.

Массовая доля марганца в оксиде марганца (IV) составляет 63,2%.

Аналогично для оксида марганца (VII).

1 моль Mn₂O₇ содержит 2 моль атомов марганца Mn.

Следовательно:

222 г Mn₂O₇содержат 110 г Mn, а

100 г Mn₂O₇содержат y г Mn.

Решая пропорцию, имеем:

y = (100×100)/222 = 49,5 г.

Массовая доля марганца в оксиде марганца (VII) составляет 49,5%.

7. Сколько граммов хлорида магния получится, если для реакции взяли 48 г магния и 105 г хлора?

Решение:

Составим уравнение реакции:

Mg + Cl₂ Þ MgCl₂.

По уравнению реакции на 1 моль магния приходится 1 моль хлора.

Определим количество вещества каждого компонента, введенных в реакцию.

n(Mg) = m(Mg)/M(Mg) = 48 /24 = 2 моль.

n(Cl₂) = m(Cl₂)/M(Cl₂) = 105/ 70 = 1,5 моль.

Хлор находится в недостатке. Расчеты ведем по недостатку.

По уравнению реакции на 1 моль хлора приходится 1 моль хлорида магния. Следовательно, в результате реакции получено 1,5 моль хлорида магния. Тогда масса хлорида магния составляет:

m(MgCl₂) = n(MgCl₂) × M(MgCl₂) = 1,5 × 94 = 141 г.

8. Рассчитайте эквиваленты и молекулярные массы эквивалентов соединений: MnO₂, H₃PO₄, Ca(H₂PO₄)₂. Назовите вещества.

Решение:

Оксид марганца (IV).

М_Э(MnO₂) = М(MnO₂)/n(O)×B (O) = (55+16×2)/2×2 = 21,75,г/моль

где n(O) – число атомов кислорода в молекуле;

B (O) – валентность кислорода.

Э(MnO₂)=1/4 MnO₂

Ортофосфорная кислота.

М_Э(H₃PO₄) = М(H₃PO₄) / n(Н) = (3+31+16×4)/3 = 32,7 г/моль

где n(Н) – число атомов водорода в молекуле кислоты.

Э(H₃PO₄)=1/3 H₃PO₄

Дигидрофосфат кальция.

М_Э(Ca(H₂PO₄)₂) = М(Ca(H₂PO₄)₂)/n(М)×B(М) = (40+2+31×2+16×2×4)/2×1 = 116 г/моль

Э(Ca(H₂PO₄)₂) =1/2 Э(Ca(H₂PO₄)₂)

где n(М) – число атомов металла в молекуле;

B (М) – валентность металла.

9. Окислением 1,4 г кадмия получили 1,6 г его оксида. Определите молярную массу эквивалента металла.

Решение:

Оксидами называются сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород. Согласно условию 1,6 г оксида кадмия содержит 1,4 г металла. Следовательно, остальное составляет кислород – 0,2 г. Молярная масса эквивалента кислорода известна и равна 8 г/моль. Из закона эквивалентов - массы реагирующих веществ относятся, как молярные массы их эквивалентов– следует:

M_Э(Cd) = m (Cd)×m_Э (O) / m (O) = 1,4×8/0,2 = 56 г/моль.

Относительная плотность газа по водороду равна 35. Определите молярную массу газа и рассчитайте массу 5 л этого газа.

Решение:

Относительная плотность одного газа по другому равна отношению их молекулярных или молярных масс. D(газа/Н₂) = М( газа) / М(Н₂)

М (газа) = D(газа/Н₂)× М(Н₂) = 35 × 2 = 70 г/моль.

Моль любого газа при нормальных условиях занимает обьем 22,4 л. Следовательно, 5 л газа при тех же условиях имеют:

m( газа)= V (газа)М(газа)/V_М(газа)=5л´70(г/моль)/22,4 л/моль =15,6 г

10. 1000 л газа при 745 мм рт. ст. и 15°С имеют массу 1,825 кг. Определите его молекулярную массу.

Решение:

Применим уравнение состояния идеального газа Менделеева - Клапейрона

pV = (m/M) RT.

Тогда: