Экспериментальные и расчетные данные опыта по определению эквивалентной массы металла
| Масса навески металла, г | m (Me) | ||
| Условия опыта | атмосферное давление, Па | ратм | |
| температура, К | T | ||
| Давление насыщенного водяного пара, Па | р(Н2О) | ||
| Давление газообразного водорода в условиях опыта, Па | р(Н2) | ||
| Уровень воды, мл | до опыта | V1 | |
| после опыта | V2 | ||
| Объем водорода в условиях опыта, мл | V(Н2) | ||
| Объем водорода, приведенный к н.у., мл | Vо (H2) | ||
| Мольная масса металла, г/моль | опытная | М опыт. | |
| теоретическая | М теор. | ||
| Погрешности опыта | абсолютная, г/моль | D абс. | |
| относительная, % | D отн. |
Таблица 2.2
Давление насыщенного водяного пара (РН2О) при различных температурах
| Температура, °С | Давление, кПа | Температура, °С | Давление, кПа | Температура, °С | Давление, кПа |
| 1,71 | 2,33 | 3,17 | |||
| 1,82 | 2,49 | 3,36 | |||
| 1,93 | 2,61 | 3,56 | |||
| 2,07 | 2,81 | 3,79 | |||
| 2,20 | 2,99 | 4,01 |
Примеры решения задач
Пример 1
Определите среднюю относительную молекулярную массу и относительную плотность по водороду газовой смеси, состоящей из 20 % N2,
38 % NH3 и 42 % СН4 (по объему).
| Дано: φ(N2) = 20 % φ(NH3) = 38 % φ(СН4) = 42 % | Решение 1. Относительную плотность смеси по водороду можно вычислить из выражения: Мсм. Dсм. = ¾¾¾¾¾; m(Н2) молярную массу смеси – по формуле Мсм = mсм / νсм.; |
| Dсм. ? |
а массу смеси: mсм = ν(N2) • М(N2) + ν(NН3) • М(NН3) + ν(СН4) • М(СН4).
2. Объемная доля вещества рассчитывается по формуле: VВ.
φ = ¾¾ • 100 %
VСМ.
Поскольку вся смесь составляет 100 % или, предположим, 100 л, то объемы газов составят: V(N2) = 20 л, V(NН3) = 38 л, V(СН4) = 42 л.
Тогда количество вещества каждого из газов будет равно:
ν(N2) = 20 /22,4 = 0,89 (моль); ν(NН3) = 38 /22,4 = 1,70 (моль);
ν (СН4) = 42 / 22,4 = 1,88 (моль);
а всей смеси: ν СМ. = 0,89 + 1,70 + 1,88 = 4,47 (моль)
3. Находим массу смеси mсм. и ее молярную массу Мсм.:
М(N2) = 28 (г/моль); М(NН3) = 17 (г/моль); М(СН4) = 16 (г/моль),
mсм. = 0,89 •28 + 1,7 • 17 + 1,88 • 16 = 83,9 (г),
Мсм. = 83,9 / 4,47 = 18,8 (г/моль)
4. Вычисляем относительную плотность смеси по водороду
Dсм. = 18,8 / 2 = 9,4
Ответ: Dсм. = 9,4.
Пример 2
Объемные доли газов, составляющих воздух, равны: 78% N2, 21% О2, 0,97% Аr и 0,03% СО2. Определите парциальные давления газов (н.у.).
| Дано: φ(N2) = 78,00 % φ(О2) = 21,00 % φ(Аr) = 0,97 % φ(СО2) = 0,03 % н.у. | Решение Из выражения Рn = Р0 • φ , где Р0 = 101,3 кПа, находим парциальные давления газов Рn (N2) = 101,3 • 0,78 = 79,03 (кПа), Рn (О2) = 101,3 • 0,21 = 21,3 (кПа), Рn (Аr) = 101,3 • 0,0097 = 0,98 (кПа), |
| Рn(N2, О2, Аr, СО2) ? | Рn (СО2) = 101,3 • 0,0003 = 0,03 (кПа) |
Ответ: Рn (N2) = 79,03 кПа, Рn (О2) = 21,3 кПа,
Рn (Аr) = 0,98 кПа, Рn (СО2) = 0,03 кПа.
Пример 3
Масса 13,07 г двухвалентного металла вытесняет из кислоты объем водорода 4,48 л, измеренный при н.у. Вычислите молярную массу металла. Назовите металл.
| Дано: m (Ме) = 13,07 г W(Ме) = 2 V(Н2) = 4,48 л (н.у.) | Решение 1 способ М(Ме) = А(Ме) Мрлярную массу металла можно определить |
| М(Ме) = ? | из выражения: М(Ме) = МЭ • W (1) |
Эквивалентную массу металла найдем по закону эквивалентов:
m (Ме) МЭ(Ме) 1
¾¾¾ = ¾¾¾¾, где МЭ(Н2) = Э(H2) •М(Н2) = ¾ • 2 = 1 (г/моль).
m (Н2) МЭ(Н2) 2
Тогда m (Ме) • МЭ(Н2)
МЭ(Ме) = ¾¾¾¾¾¾¾ (2)
m (Н2)
2. Используя молярный объем Vm, определим количество вещества водорода и его массу:
ν(Н2) = 4,48 / 22,4 = 0,2 (моль), m (Н2) = ν • М = 0,2 • 2 = 0,4 (г).
Из выражений (2) и (1) вычислим эквивалентную и молярную массы металла:
МЭ(Ме) = 13,07 • 1 / 0,4 = 32,68 (г/моль), М(Ме) = 32,68 • 2 = 65,4 (г/моль).
По периодической системе Д.И. Менделеева находим, что искомый металл – Zn (цинк)
Способ
Из выражения: m (Ме) V(Н2)
¾¾¾ = ¾¾¾ , где VЭ(Н2) = Э(Н2) •Vm =11,2 (л/моль),
МЭ(Ме) VЭ(Н2)
находим МЭ(Ме): m (Ме) • VЭ(Н2) 13,07•11,2
МЭ(Ме) = ¾¾¾¾¾¾¾ = ¾¾¾¾¾ = 32,68 (г/моль).
V (Н2) 4,48
Тогда молярная масса металла М(Ме) = МЭ• W=32,68 • 2 = 65,36 (г/моль).
Этот металл– Zn (цинк).
Ответ: МЭ(Ме) = 32,68 г/моль, М(Ме) = 65,36 г/моль. Металл – цинк.
Пример 4
Оксид трехвалентного металла содержит 47,1 % кислорода. Определите, что это за металл.
| Дано: w(О2) = 47,1 % | Решение 1. Пусть масса оксида металла составляет 100 г. |
| М(Ме) = ? | Тогда масса кислорода в оксиде составит 47,1 г, |
а масса металла в оксиде будет равна m (Ме) = 100 – 47,1 = 52,9 (г).
2. По закону эквивалентов находим эквивалентную массу металла:
m (Ме) МЭ(Ме) m (Ме) • МЭ(О2)
¾¾¾ = ¾¾¾ ; МЭ(Ме) = ¾¾¾¾¾¾¾ .
m (О2) МЭ(О2) m (О2)
Так как МЭ(О2) = Э(О2) • М(О2) = ¾ • 32= 8 (г/моль),
то эквивалентная масса металла равна МЭ(Ме) = 52,9 • 8/47,1 ≈ 9 (г/моль),
а молярная масса металла – М(Ме) = 9 • 3 = 27 (г/моль).
По периодической системе находим, что этот металл – А1 (алюминий).
Ответ: А1 (алюминий)
Пример 5
При некоторой температуре плотность по кислороду паров фосфора равна 3,88. Из скольких атомов состоит молекула фосфора?
| Дано: D(О2) = 3,88 | Решение М(Рх) D(О2) = ¾¾¾ (1) М(О2) |
| РХ = ? |
Из выражения (1) находим молярную массу паров фосфора:
М (Рх) = D(О2) • М(О2) = 3,88 • 32 =124,16 (г/моль)
По периодической системе Д.И. Менделеева определяем молярную массу атомарного фосфора: М(Р) = 31 (г/моль).
М (Рх) 124,16
Из выражения Х = ¾¾¾ = ¾¾¾ = 4.
М(Р) 31
Следовательно, молекула фосфора состоит из четырех атомов – Р4.
Ответ: РХ = Р4
**********************************************************
Контрольные задания по теме «Основные законы химии»
Вариант 1
1. При некоторой температуре плотность паров серы по воздуху равна 4,41.
Из скольких атомов состоит молекула серы?
2. Песок массой 3 кг сплавили с избытком гидроксида натрия, получив в результате 5 кг силиката натрия. Определите выход продукта реакции, если массовая доля оксида кремния (1V) в песке равна 85 %.
3. Какое количество вещества эквивалента содержится в 50 г СаСО3?
Вариант 2
1. Газ занимает объем 9,6 м3 при 0 °С и давлении, в три раза превышающем нормальное. Какое число молекул газа находится в данном объеме?
2. Плотность некоторого газообразного органического вещества по кислороду равна 1,375. Чему равна плотность этого вещества по водороду?
3. Массовая доля металла в его гидриде составляет 87,5 %. Вычислите эквивалентную массу металла? Какой это металл?
Вариант 3
1. Найдите количество вещества, массу и число молекул НС1, взятых в объеме 39,2•10-3 м3.
2. Взято 10 г некоторого основания. Масса вступивших в реакцию ионов ОН- равна 0,7 г. Вычислите эквивалентную массу основания.
3. Какой объем займет воздух при 0 °С и давлении 93,3 кПа, если при н.у. он занимает объем 773 см3 ?
Вариант 4
1. Определите эквивалентную массу серы, если 160 г ее окисляются 112 л
(н. у.) кислорода? Какова формула полученного оксида серы?
2. Вычислите относительную молекулярную массу бензола, если 1,1•10-3 м3 его паров при 91 0С и 81313 Па имеет массу 2,31•10-3 кг.
3. Вычислите молярную массу газообразного неорганического вещества, 11 г которого при 22 °С и давлении 104 кПа занимают объем 5,9 л. Какой это газ?
Вариант 5
1. Массовая доля элемента в его оксиде (Э2О3) составляет 68,42 %. Установите элемент. Рассчитайте эквивалентную массу элемента и его оксида.
2. Масса газа объемом 515 см3 при 48 °С и давлении 103400 Па равна 0,865 г. Вычислите молярную массу газа.
3. Какой объем займут 4,5 г фторида водорода при 27 °С и давлении 1,2 кПа?
Вариант 6
1. Массовая доля неизвестного элемента в его оксиде (Э2О5) составляет 56,04%. Определите этот элемент, молярную и эквивалентную массы его оксида.
2. Какой объем (н. у.) займут 3,6 г фосфина РН3? Сколько молекул содержится в этой массе фосфина?
3. Смесь газов состоит из 9 % гелия и 91 % аргона (доли объемные). Какова средняя относительная молекулярная масса этой газовой смеси?
Вариант 7
1. Какова средняя относительная молекулярная масса газовой смеси, состоящей из оксида углерода (II) и водорода, если объемные доли этих газов соответственно равны 47,2 % и 52,8 %?
2. Эквивалентная масса металла составляет 20 г/моль. Определите объем водорода, выделившегося в результате реакции 50 г данного металла с избытком кислоты. Условия нормальные.
Вариант 8
1. Какой объем займут 3,01•1025 молекул газа при нормальных условиях?
2. У каких из перечисленных пар газов плотность каждого из них по водороду одинакова и равна 22? а) N2 и C2H4; б) CO2 и N2O; в) O2 и SiH4.
3. Рассчитайте массу 2 л газовой смеси, содержащей (по объему) 30% азота и 70% водорода (н. у.).
Вариант 9
1. Какой объем (н.у.) займет углекислый газ, полученный при термическом разложении 2NaНСО3 = Na2СО3 + CO2+ Н2О, если разложению подверглось 50 г гидрокарбоната натрия?
2. Вычислите эквивалентную молярную массу элемента, 0,5 г которого вытеснили при 21 0С и 101,3 кПа 189 мл водорода.
3. Газообразный оксид азота имеет плотность по кислороду, равную 1,375. Какова формула оксида азота?
Вариант 10
1. Газообразный хлор при нормальных условиях занимает объем 4,4 м3. Определите количество вещества хлора.
2. Масса газа объемом 3,36 л (н. у.) равна 6,6•10-3 кг. Рассчитайте молярную массу газа?
3. Один грамм некоторого металла соединяется с 1,78 г серы или с 8,89 г брома. Вычислите эквивалентные молярные массы брома и металла, зная, что эквивалентная молярная масса серы равна 16.
Вариант 11
1. Какой объем займет при температуре 15 °С и давлении 125 кПа газообразный аммиак массой 102 г?
2. Вычислите эквивалентную массу металла, если его соединение с йодом содержит 94,8 % (по массе) йода.
3. Плотность галогеноводорода по азоту равна 1,3. Какова формула этого галогеноводорода?
Вариант 12
1. Какой объем (н. у.) займет углекислый газ, полученный при разложении
200 г СаСО3?
2. Двухвалентный металл массой 1,37 г вытеснил из кислоты 0,5 л водорода при 18 0С и 101,3 кПа. Вычислите молярную массу металла. Назовите этот металл.
3. Чему равна плотность некоторого газообразного вещества по кислороду, если плотность этого вещества по воздуху равна 1,317?
Вариант 13
1. Какова масса порции воды, содержащей 6,02•1022 атомов водорода?
2. Какой объем (н. у.) займут 14,2 г газообразного хлора? Сколько атомов хлора содержится в этой массе газа?
3. На нейтрализацию кислоты массой 2,18 г израсходовано 2,49 г гидроксида калия. Какова эквивалентная масса кислоты?
3. При некоторой температуре плотность паров серы по воздуху равна 6,62.
Из скольких атомов состоит молекула серы?
Вариант 14
1. Какой объем будет занимать газообразный оксид азота (IV), взятый количеством 0,25 моль, при температуре 0 °С и давлении 202,6 кПа?
2. Определите объем водорода, выделившегося в результате реакции 11,2 г металла, эквивалентная масса которого составляет 28 г/моль, с избытком кислоты (н. у.).
3. Какой объем (н. у.) оксида азота (II) образуется при взаимодействии
0,5•1021 молекул газообразного азота с кислородом?
Вариант 15
1. Вычислите эквивалентную массу кислоты, если известно, что 2 г этой кислоты содержат 0,1 г водорода, способного замещаться на металл.
2. Какой объем (н. у.) займут 16 г оксида серы (IV)?
3. Масса 15 л газа при 18 оС и при давлении 122 кПа равна 30,3 г. Определите молярную массу этого газа.
Раздел 3