Определение молярной массы эквивалента металла

Теоретические основы. Согласно закону эквивалентов, вещества реагируют друг с другом в количествах, пропорциональных их эквивалентам.

Фактор эквивалентности (химический эквивалент), f_Э - это количество вещества (моль), которое реагирует с 1 молем атомов водорода или замещает это количество в химических соединениях.

Молярная масса эквивалента, М_Э - это масса одного эквивалента вещества (г/моль).

М_Э = f_Э М (М - молярная масса вещества)

Вычисление молярных масс эквивалентов проводятся с использованием следующих формул:

а) для простых веществ и элементов в соединениях

М_Э = М / В (В - валентность элемента)

б) для кислот или оснований М_Э = М / n(n - основность кислоты или кислотность основания, т.е. число ионов Н⁺ или ОН^-)

в) для оксидов и солей М_Э = М / p q( p - число атомов металла; q - валентность металла)

Число эквивалентов веществаn = m / M_Э.

Для веществ, находящихся в газообразном состоянии

n = V⁰ / V_Э⁰ (V⁰ - объем газа при н.у.)

V_Э⁰ - молярный объем эквивалента газа - объем, занимаемый одним эквивалентом газа при нормальных условиях.

Способы записи закона эквивалентов:

n₁= n₂ ; M₁ / M_{Э 1} = М₂ / M_{Э 2} ; V⁰₁ / V_Э⁰₁ = V⁰₂ / V_Э⁰₂

Цель работы. Экспериментально определить объем водорода, выделившегося в процессе реакции магния с соляной кислотой. Зная эквивалентный объем водорода, вычислить молярную массу эквивалента магния, используя закон эквивалентов.

Порядок работы.

1. Опыты по определению объемов газов, выделяющихся в процессе реакции, проводятся в специальных приборах, называемых эвдиометрами. Стандартный эвдиометр состоит из двух соединенных резиновым шлангом трубок, одна из которых градуирована (бюретка) и соединена посредством резиновой пробки и шланга с пробиркой. Неградуированная трубка называется уравнительным сосудом. Выделяющийся водород из склянки Оствальда (или пробирки) поступает в верхнюю часть градуированного сосуда и вытесняет из него воду. Разность уровней воды в градуированном сосуде до и после реакции равна объему выделившегося водорода. Открытый неградуированный сосуд называется уравнительным.

2. Проверьте герметичность прибора: присоединив пробирку к эвдиометру, опустите уравнительный сосуд на 20-25 см ниже его первоначального положения; если прибор герметичен, уровень воды в градуированном сосуде, несколько понизившись в начальный момент, в дальнейшем остается постоянным.

3. Отсоединив пробирку, установите уравнительный сосуд так, чтобы уровень воды в градуированном сосуде совпал с верхней меткой шкалы - V₁ (уровень отсчитывается по нижнему мениску жидкости).

4. Взвесьте на технохимических весах 0.12-0.15 г магниевой стружки (m) и заверните металл в бумагу, на которой проводилось взвешивание, таким образом, чтобы получившийся сверток мог свободно перемещаться в пробирке и был открыт с одного конца для обеспечения доступа кислоты к магнию.

5. Отмерьте мерным цилиндром 10 мл соляной кислоты и залейте ее в пробирку.

6. Держа пробирку наклонно, поместите в верхнюю часть ее сверток с магнием и присоедините к эвдиометру.

7. Стряхните сверток с магнием в кислоту. В процессе химической реакции следите за тем, чтобы весь магний прореагировал с соляной кислотой.

8. После окончания реакции охладите пробирку до комнатной температуры.

9. Опустите уравнительный сосуд до приведения воды в нем к одному уровню с водой в градуированном сосуде. Снимите показание уровня воды - V₂.

10. Запишите температуру ( t ) и давление ( Р ) в лаборатории. По таблице зависимости давления пара от температуры (приложение 1) определите давление насыщенного водяного пара ( h ).

11. Проведите расчет молярной массы эквивалента магния. Имейте в виду, что измеренный при давлении Р и температуре t объем выделившегося водорода (V₂ - V₁ ) не может быть непосредственно применен к расчетам молярной массы эквивалента металла. Необходимые расчетные формулы приводятся в форме лабораторного отчета.

12. Рассчитайте по формуле теоретическое значение молярной массы эквивалента магния.

13. Рассчитайте абсолютную ( А ) и относительную ( К ) ошибки опыта.

14. Сделайте выводы о точности Ваших измерений и возможных причинах ошибки.

15. Составьте лабораторный отчет по прилагаемой форме.

Форма лабораторного отчета.

1. Название лабораторной работы.

2. Краткое описание, цель работы.

3. Уравнение реакции.

4. Экспериментальные данные:

а) масса металла m = ......

б) уровень воды в бюретке до реакции V₁ = .....

в) уровень воды в бюретке после реакции V₂= .....

г) объем выделившегося водорода V = V₁ - V₂ = .....

д) температура воздуха в лаборатории t = .....

е) атмосферное давление Р = .....

ж) давление насыщенного водяного пара h = .....

5. Расчеты:

а) объем выделившегося водорода, приведенный к н.у. :

V_o = = .......

б) молярная масса эквивалента металла

М_Э (эксп.) = = ......

в) теоретическое значение молярной массы эквивалента

магния: М_Э (теор.) = М (Mg) / B = .....

г) абсолютная ошибка эксперимента

А = М_Э (теор.) - М_Э (эксп.)

д) относительная ошибка эксперимента

K =

6. Выводы

.

Типовые задачи

1. Оксид металла содержит 10,00 г данного металла и 8,88 г кислорода. Определить молярную массу эквивалента металла.

2. Гидрид металла содержит 2,02 г водорода и 13,88 г металла. Определить молярную массу эквивалента металла.

3. При сгорании 53,96 г металла образуется 101,96 г оксида металла. Определить молярную массу эквивалента металла.

4. 72 г гидрида металла содержат 3,03 г водорода. Определить молярную массу эквивалента металла.

5. 4,80 г кальция и 7,85 г цинка вытесняют из кислоты одинаковые количества водорода. Вычислить молярную массу эквивалента цинка, если молярная масса эквивалента кальция равна 20,0 г/моль.

6. Определить молярные массы эквивалентов металла и серы, если 4,86 г металла образуют 5,22 г оксида и 5,58 г сульфида.

7. 4,00 г некоторого металла соединяются с 35,56 г брома и с 7,12 г серы. Определить молярные массы эквивалентов металла и брома, если молярная масса эквивалента серы равна 16,0 г/моль.

8. При взаимодействии 0,595 г некоторого вещества с 0,275 г хлороводорода получено 0,440 г соли. Определить молярные массы эквивалентов вещества и образовавшейся соли.

9. 0,752 г алюминия при взаимодействии с кислотой вытеснили 0,936 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Определить эквивалентный объем водорода, если молярная масса эквивалента алюминия равна 8,99 г/моль.

10. На восстановление 11,75 г оксида металла потребовалось 2800 мл водорода, измеренного при нормальных условиях. Определить молярные массы эквивалентов оксида и металла.

11. Некоторое количество металла, молярная масса эквивалента которого равна 27,9 г/моль, вытесняет из кислоты 700 мл водорода, измеренного при нормальных условиях. Определить массу металла.

Лабораторная работа 3