Определение эквивалентной и мольной массы металла

Цель работы: Экспериментальное определение эквивалентной и мольной массы металла по объему вытесненного водорода.

Приборы и реактивы: установка, металл, соляная кислота (10 %).

Экспериментальная часть

В основе работы лежит способность некоторых активных металлов вытеснять водород из растворов разбавленных кислот (HCl, H₂SO₄) по реакции:

2 Me + 2n H⁺ = 2 Meⁿ⁺ + n H₂­,

где Me = Mg, Al, Zn, Fe и другие.

Объем выделившегося в результате реакции водорода можно определить при помощи установки (рис. 2.1), которая состоит из бюретки 1 и химической воронки 2, соединенных каучуковой трубкой 3, и представляющих собой сообщающиеся сосуды, закрепленные на штативе 4. К бюретке присоединена пробирка 5.

Рис. 2.1. Установка для определения эквивалентной массы металла

Расположите воронку на штативе 4 так, чтобы уровень воды в бюретке находился на нулевой отметке (или на 0,1-0,5 мл ниже), а воронка была заполнена водой примерно наполовину. Перед началом работы убедитесь в герметичности установки. Для этого, проверив, плотно ли закрыты отверстия 6 и 7, поднимите воронку на 10-15 см и наблюдайте в течение минуты за уровнем воды в бюретке. Если уровень воды не меняется – установка герметична.

По нижнему краю мениска замерьте уровень воды (V₁) в бюретке 1. Отмерьте с помощью цилиндра 4-5 мл разбавленной HCl и поместите в пробирку. С помощь фильтровальной бумаги удалите капельки кислоты со стенок пробирки на глубину 3-4 см. Получите навеску металла у преподавателя. Держа пробирку наклонно, поместите металл на верхнюю сухую стенку пробирки так, чтобы металл не упал в кислоту. Плотно закройте пробирку пробкой 6 и вновь проверьте герметичность установки, чтобы исключить потери выделившегося в результате реакции водорода. Затем установите пробирку вертикально и осторожно стряхните весь металл в кислоту. Наблюдайте выделение водорода, сопровождающееся вытеснением воды из бюретки в воронку. После окончания реакции дайте пробирке остыть (1-2 мин.) и, перемещая воронку по штативу, установите одинаковый уровень воды в бюретке и воронке, тем самым сравнивая давление в пробирке с атмосферным давлением. Замерьте уровень воды в бюретке (V₂). Разность двух значений уровня воды в бюретке, до и после реакции металла с кислотой, дает объем выделившегося водорода V(Н₂) =V₂-V₁.

В лабораторном журнале вычертите таблицу 2.1 и занесите в нее полученные данные, а также показания термометра и барометра во время опыта.

Так как водород, собранный над водой в бюретке, содержит водяной пар, то общее давление в бюретке (Р_атм), равное атмосферному, складывается из парциальных давлений газообразного водорода РН₂ и насыщенного водяного пара РН₂O. Следовательно, РН₂ = Р_атм. - РН₂O_. Давление водяного пара при температуре эксперимента определите из табличных данных (табл. 2.2.).

РАСЧЕТЫ

Рассчитать опытное значение мольной массы эквивалента (эквивалентной массы) металла М _{Э(Ме) оп.} следует двумя способами.

Первый способ

Используя уравнения Менделеева-Клапейрона:

m(Н₂)

(Р_атм – РН₂O) • V(Н₂₎ = ¾¾¾ R T,

M (Н₂)

(Р_атм.–РН₂O) • V(Н₂) • M(Н₂)

найдите массу выделившегося водорода: m (Н₂₎ = ^{__________________________________ ,}

R•T

и далее по закону эквивалентов: m_(Me) M¢_{Э (Ме)}

¾¾¾ = ¾¾¾¾

m (Н₂) M_Э (Н₂)

m_(Me) • M_э(Н₂)

вычислите эквивалентную массу металла: М¢ _Э(Ме) = ^{_________________} .

m(Н₂)

Второй способ

Используя объединенный газовый закон:P_о • V_о(Н₂₎ (P_атм-РН₂O)•V(Н₂)

¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾¾¾¾ ,

T_о T

приведите объем выделившегося в результате реакции водорода V(Н₂)
к нормальным условиям V_о (Н₂ ): Т_о (Р_атм.-РН₂O)•V(Н₂)

V_о(Н₂) = ^{____________________________}

P_о T

и далее по закону эквивалентов m_(Ме) М¢¢_Э(Ме)

¾¾¾¾ = ¾¾¾¾,

V_о(Н₂) V_э(Н₂)

где V_э(Н₂) – эквивалентный объем водорода (11,2 л/моль); V_о(Н₂) – объем водорода, приведенный к нормальным условиям; р_о и Т_о –давление и температура при нормальных условиях,

найдите М¢¢_{Э (Ме)} : m_(Me)•V_э(Н₂)

М¢¢_{Э (Ме)} = ¾¾¾¾¾¾ .

V_о(Н₂)

Вычислите среднее значение эквивалентной массы металла:

М¢_Э(Ме) + М¢¢_Э(Ме)

М _{Э(Ме) оп.} = ¾¾¾¾¾¾¾¾ и запишите его в табл. 2.1.

Если валентность металла (W) известна, находите экспериментальное значение молярной массы металла М _{(Ме) оп}:

М _(Ме)оп = М _Э(Ме)оп • W.

Если валентность металла неизвестна, следует последовательно придавать ей значения 1, 2, 3, и, умножая мольную массу эквивалента на значение валентности, определите возможные значения мольной массы металла и сравните их с подходящими по величине мольными массами элементов в периодической системе. Если свойства металла совпадают со свойствами элемента в данном месте таблицы, то делается вывод о том, что исследуемый металл определен, находится его валентность и теоретическое значение молярной массы.

Далее рассчитайте теоретическое значение эквивалентной массы металла:

М_{(Ме) теор}

М _{Э(Ме) теор} = ¾¾¾¾,

W

и погрешности (ошибки) опыта (по молярной массе):

D_абс

абсолютную D = ½М_{(Ме)теор} - М_{(Ме) оп.}½ и относительную e = ¾¾ •100 %.

М_{(Ме) теор.}

Все рассчитанные значения занесите в таблицу 1. Сделайте письменный вывод по проделанной работе и выполненным расчетам.

Таблица 2.1