Определение эквивалента металла газометрическим методом

Обновлено: 16.05.2024

Цель работы– усвоение понятий эквивалент, молярная масса эквивалента, знакомство со способами расчета молярных масс эквивалентов простых и сложных веществ; экспериментальное определение эквивалента неизвестного металла объемным методом.

Основные слова и определения, которые следует знать[1]:

Моль – количество вещества, содержащее столько формульных единиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода .

Постоянная Авогадро N_A - это число частиц в 1 моле любого вещества;

N_A=6,022*10 23 моль -1 .

Молярная масса М- масса одного моля вещества. Молярная масса М численно совпадает с массами атомов и молекул, выраженнымив атомных единицах массы, и измеряется в граммах на моль (г/моль).

Атомная единица массы (а. е. м. или u) – это единица массы, равная 1/12 массы атома изотопа углерода 12 С, и применяемая в атомной и ядерной физике для выражения масс молекул, атомов, ядер, протона и нейтрона. 1 а.е.м. (u) ≈ 1.66054*10-27 кг.

Молярный объем Vм – объем 1-го моля газа, измеряется в литрах на моль (л/моль).

Формульная единица вещества ФЕ–это реально существующие частицы вещества:атомы (S, C, Fe), молекулы (H₂O, CO₂, NaOH, HCl, H₂), ионы (Са +2 , СО3 -2 ), радикалы (ОН . , NO₂ . ) и другие частицы вещества.

Химический эквивалент (Э)- это реальная или условная частица, которая может присоединять, высвобождать, или быть каким-либо другим способом равнозначна одному атому (иону) водорода в обменных (кислотно-основных) реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Химический эквивалент (Э)– это реальная или условная частица вещества ФЕ, эквивалентная в кислотно-оснoвной реакции одному иону водорода или в окислительно-восстановительной реакции – одному электрону

Эквивалентное числоиличисло эквивалентности Z_экв - это число, равное абсолютному значению степени окисления иона или количеству электронов, переданному восстановителем окислителю или окислителем восстановителю.

Фактор эквивалентности f–эточисло, показывающее, какая доля реальной частицы вещества ФЕ эквивалентна в данной кислотнооснoвной реакции одному иону водорода или в окислительно-восстановительной реакции одному электрону: f = 1/Z_экв, где Z_экв – это число эквивалентности, или эквивалентное число.

Фактор эквивалентности f _экв–это величина, обратная числу эквивалентности; она показывает, какая доля формульной единицы вещества приходится на 1 химический эквивалент

Молярная масса химического эквивалента Мэкв- этомасса одного моля химического эквивалента вещества, которая в Z_экв раз меньше соответствующей молярной массы ФЕ вещества, участвующего в реакции и выражается в граммах на моль (г/моль):

Молярный объем химического эквивалента (эквивалентный объем) V_экв газа - это объем 1 моля химического эквивалента газа, выражается в литрах на моль (л/моль) и связан молярным объемом соотношением:

Vэкв = =Vm*fэкв

Закон эквивалентов:массы реагирующих веществ относятся между собой как молярные массы их эквивалентов:

m (A) : m (B) : m (D) . . . = Mэкв (A) : Mэкв (B) : Mэкв (D). . .

Теоретическая часть

Раздел химии, в котором рассматриваются количественные (массовые, объемные) соотношения между реагентами и продуктами реакции, а также количественный состав вещества, называют стехиометрией (от греч. Stoicheion –основа; metreo - измеряю). Она базируется на законах, определяющих строение вещества.

Эквивалент Э – это реальная или условная частица вещества ФЕ, эквивалентная в кислотно-оснoвной реакции одному иону водорода или в окислительно-восстановительной реакции – одному электрону.

ФЕ – формульная единица вещества, под которой понимается какое-либо вещество, например, NaOH, HCl, H2 и т. п.

Фактор эквивалентности f – число, показывающее, какая доля реальной частицы вещества ФЕ эквивалентна в данной кислотно-оснoвной реакции одному иону водорода или в окислительно-восстановительной реакции одному электрону: f = 1/Z,

где Z –число эквивалентности, или эквивалентное число, равное абсолютному значению степени окисления иона или числу электронов, переданному восстановителем окислителю или окислителем восстановителю.

Немецкие химики Венцель и Рихтер установили (1793 г.), что вещества реагируют и образуются в эквивалентных количествах.

Согласно закону эквивалентов, массы реагирующих веществ относятся между собой как молярные массы их эквивалентов:

Молярная масса эквивалента представляет собой массу одного моля эквивалента вещества, которая в Z раз меньше соответствующей молярной массы ФЕ вещества, участвующего в реакции и выражается в граммах на моль (г/моль):

Например, для реакции нейтрализации

(2+32+64=98) 2*(23+16+1=40) (23*2+32+64=142) 2*(18)

H₂SO4	NaOH	Na₂SO4	H₂O
Формульное количество, моль
Эквивалентное количество, моль	1/2	1/2
Число эквивалентности Z
Фактор эквивалентности	1/2	1/2
Молярная масса эквивалента, г/моль	98/2=49	40/1=40	142/2=71	18/1=18

Основные количественные законы протекания химических реакций, используемые в работе:

Основные идеи славянофильства: Славянофилы в своей трактовке русской истории исходили из православия как начала.

Что входит в перечень работ по подготовке дома к зиме: При подготовке дома к зиме проводят следующие мероприятия.

Поиск по сайту

Работа № 1. Определение эквивалента металла газометрическим методом

Эквивалентом элемента называют такую его массу, которая без остатка взаимодействует с одной массовой частью (м.ч.) атомов водорода или с восемью м.ч. атомов кислорода или же замещает указанное количество водорода и кислорода в химических реакциях.

Из определения следует, что эквивалент водорода равен 1 м.ч. (или 1 г, в этом случае его называют грамм-эквивалентом), а эквивалент кислорода─ 8 м.ч. (8 г). Эквиваленты можно выразить через объемные единицы. В этом случае необходимо применить закон Авогадро: «В равных объемах различных газов или паров при одинаковых внешних условиях (температура и давление) содержится одинаковое количество молекул» и его следствия. Например, 1 моль любого газа при нормальных условиях (н.у.) содержит 6,02∙10 23 молекул – число Авогадро (N_А) и, как следствие, один моль любого газа (при н.у.) занимает объем 22,4 л. В связи с тем, что водород и кислород – газы, то в расчетах эквивалентов элементов можно сравнивать их количества не с массами эквивалентов этих газов, а с объемами их эквивалентов. Так как масса г-эквивалента водорода равна 1/2 массы моля водорода, а масса г-эквивалента кислорода равна 1/4 массы моля кислорода, следовательно, согласно закону Авогадро:

Эквиваленты элементов (Fe, Zn, Ca, Cu и др.) рассчитываются по формуле

где «А» ─ атомная масса элемента, «В» ─ степень его окисления, т.е. его валентность. Например, г-эквивалент меди в оксиде меди CuO или в соли CuSO₄ равен Э_(Cu)= г.

Эквиваленты «сложных» веществ (оксидов, оснований, кислот, солей) рассчитываются следующим образом.

Эквивалент кислоты равен отношению молекулярной массы кислоты (М) к ее основности (т.е. числу атомов водорода, участвующих в данной реакции). Например, г-эквивалент серной кислоты (в том случае, если в реакции участвуют два атома водорода) рассчитывается по формуле

Эквивалент основания равен отношению молекулярной массы щелочи (М) к ее кислотности (т.е. числу групп ОН - , участвующих в данной реакции). Например, г-эквивалент гидроксида натрия рассчитывается по формуле

Эквивалент соли равен отношению молекулярной массы соли (М) к произведению числа атомов металла, входящих в состав соли, на его валентность. Например, г-эквивалент сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ рассчитывается по формуле:

Эквиваленты можно определить, используя один из основных стехиометрических законов химии – закон эквивалентов, которому подчиняются все реагирующие между собой вещества. Как простые, так и сложные: «Все вещества реагируют друг с другом в эквивалентном количестве, то есть количества эквивалентов каждого из участников реакции равны между собой».

Для реакции, протекающей согласно уравнению

a ∙A + b ∙B = d ∙D + f ∙F,

закон эквивалентов запишется следующим образом:

Так как количество эквивалентов вещества n, содержащихся в определенной его массе, равно , то закон эквивалентов можно записать иначе: ,

откуда следует, что массы реагирующих веществ пропорциональны их эквивалентам:

Для веществ, реагирующих в растворах, закон эквивалентов можно выразить формулой

где N_A и N_B – нормальные концентрации растворов веществ А и В, выраженные в г-экв/л; а V_A и V_B – объемы растворов, л

Б. Экспериментальная часть

Цель работы ─ изучение практической значимости закона эквивалентов для стехиометрических расчетов и определение с помощью газометрического метода эквивалента и атомной массы металла с известной валентностью.

Оборудование

Прибор для проведения эксперимента (рис. 6.1), включающий:

● «рабочую» (1) и «вспомогательную» (3) бюретки, заполненные водой и соединенные резиновым шлангом (сообщающиеся сосуды);

● двухколенную (2) пробирку, герметически присоединяемую к прибору во время эксперимента к «рабочей» бюретке;

● штатив (4) для крепления установки.

Рис. 6.1. Прибор для определения эквивалента

металла газометрическим методом

Последовательность выполнения

Работы

1. Заполнить таблицу

Навеска металла, г*
Начальный уровень воды в рабочей бюретке V₁, мл
Уровень воды после растворения металла V₂, мл
Объем водорода, полученный в результате опыта V₂-V₁ = V ₍_H₂₎
Температура опыта, о С **
Атмосферное давление (по барометру) р_атм , мм рт. ст.**
Давление насыщенного водяного пара h при температуре опыта, мм рт. ст.**
Давление водорода при температуре опыта р_(Н2)= (р _атм – h), мм рт. ст.
Валентность (степень окисления) металла	II

*Навеска исследуемого металла, масса которой определяется с точностью до 0,0001 г, выдается студентам лаборантом.

** Данные, соответствующие строкам 5-7, предоставляются преподавателем.

2. Перед началом проведения эксперимента, необходимо отсоединить двухколенную пробиркуот основной бюретки, вылить содержимое пробирки (если оно имеется) в раковину и тщательно промыть двухколенную пробирку водопроводной водой.

3. Расположить рабочую и вспомогательную бюретки путем маневрирования их положения по высоте таким образом, чтобы уровень воды в основной бюретке был около нулевого значения.

4.Навеску металла поместить в одно из «колен» двухколенной пробирки.

5. В другое «колено» пробирки прилить (аккуратно, чтобы исключить попадание кислоты в «колено» с навеской металла) ~ 2 мл раствора соляной кислоты, т.е. до метки, нанесенной красным химическим карандашом.

6. Двухколенную пробирку вращательным движением плотно надеть на пробку (мениск воды в основной бюретке при этом немного сместится от нулевого значения).

7. Проверить герметичность прибора. С этой целью вспомогательную бюретку, предварительно освободив от крепления, резко опустить вниз на 15–20 см. Если прибор герметичен, то мениск воды в ней останется практически на том же уровне. Если герметичность отсутствует, мениски воды в бюретках будут постепенно сравниваться. В этом случае с помощью лаборанта следует проверить надежность соединений в приборе.

8. Перед началом эксперимента необходимо установить давление в герметичном приборе равным атмосферному давлению. Для этого, перемещая бюретки относительно друг друга, следует добиться, чтобы мениски воды в бюретках находились строго на одной высоте, т.е. на одной горизонтальной прямой.

9. Записать в таблицу значение начального уровня воды в рабочей бюретке.

10. Бережно прилить кислоту в «колено», где находится навеска металла, наклоняя пробирку осторожно, чтобы не нарушить герметичность прибора. Для того чтобы исключить разгерметизацию прибора в ходе выделения водорода по реакции, вспомогательную бюретку следует аккуратно снижать по высоте, а рабочую поднимать, добиваясь тем самым соблюдения положения менисков воды на одном уровне.

11. Полное растворение металла по реакции фиксируется визуально: выделение пузырьков водорода и понижение уровня воды в рабочей бюретке прекращается. Удостоверившись, что раствор в пробирке охладился до комнатной температуры, записать в таблицу конечный уровень воды после окончания эксперимента.

12. Перевести объем выделившегося водорода, измеренный при данном атмосферном давлении V₍_H₂₎, к объему при нормальных условиях V₀, используя уравнение, объединяющее газовые законы Бойля–Мариотта и Гей–Люссака:

где р₀ – нормальное атмосферное давление (760 мм рт.ст.); V₀ – объем водорода при нормальных условиях; Т_о – нормальная температура по абсолютной шкале (273 К); р₁ – давление водорода в условиях опыта (рн₂ ,мм рт.ст.), V₁ – объем водорода в условиях опыта (V _(Н2), мл; Т – температура опыта (273 + t°С).

13. Рассчитать эквивалент металла по закону эквивалентов, используя пропорцию:

14. Рассчитать атомную массу металла по формуле

15. Используя периодическую таблицу элементов Д.И. Менделеева, определить природу металла по опытному значению атомной массы (группа элементов в таблице совпадает со степенью окисления металла, т.е. с его валентностью 2.

16. Составить уравнение реакции найденного металла с соляной кислотой.

17. Вычислить относительную ошибку опыта:

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Что называется химическим эквивалентом?

2. Сформулируйте закон эквивалентов.

3. Сформулируйте закон парциальных давлений, установленный Дальтоном.

4. Как вычисляется эквивалент сложного вещества (оксидов, кислот, оснований и солей)?

5. Вычислите эквивалент хрома в оксиде, в котором содержится 52% хрома и 48% кислорода.

6. Окислением 2,8 г кадмия получено 3,2 г оксида. Вычислите эквивалент кадмия.

Работа № 2. Криометрия

Цель работы – определение температуры кристаллизации (замерзания) раствора и использование этого физико-химического свойства для расчета молекулярной массы растворенного неэлектролита и степени диссоциации раствора электролита.

Оборудование и реактивы

1. Прибор криометр (рис. 6.2), состоящий из:

а) широкой стеклянной пробирки (1) для исследуемого раствора, закрепленной в штативе (2);

б) пробки со вставленным в нее термометром (3) и металлической мешалкой (4);

в) сосуда (криостата) (5) для охладительной смеси, которая готовится изо льда и 1-2 столовых ложек поваренной соли.

Отчёт по лабораторной работе № 1

Усвоить одно из основных химических понятий – понятие об эквиваленте – и научиться определять его количественное значение.

1. Наполнить водой кристаллизатор и бюретку (стеклянную трубку с делениями и краном для выпуска жидкости внизу). Проверить, плотно ли закрыт кран бюретки.

2. Закрыв верхнее отверстие пальцем, перевернуть бюретку и опустить ее в кристаллизатор с водой. Палец убрать под водой, при этом вода из бюретки не вытечет.

3. Закрепить бюретку в штативе. Уровень воды в ней не должен быть выше крайнего деления шкалы.

4. В колбу Вюрца (круглодонная колбас боковым отводом) при помощи мерного цилиндра отобрать 15-20мл соляной кислоты.

5. Вытереть насухо горло колбы фильтром.

6. Расположив колбу горизонтально, поместить в ее горло навеску металла и плотно закрыть колбу пробкой.

7. Стеклянную трубку бокового отвода колбы Вюрца соединить с расположенной под водой частью бюретки.

8. Отметить уровень жидкости в бюретке. Показания следует снимать по положению нижнего края вогнутого мениска жидкости при нахождении его на уровне глаз. Цифры на шкале бюретки – объем в миллилитрах, при снятии показаний необходимо учитывать, что бюретка со шкалой перевернута.

9. Перевести колбу в вертикальное положение, сбрасывая навеску металла в кислоту. В результате реакции выделяется водород, который вытесняет воду из бюретки. Во время протекания реакции не следует держать колбу в руках во избежание ее нагрева и искажения результатов теплового расширения.

10. Когда выделение пузырьков водорода прекратиться, отметить конечный уровень воды в бюретке.

11. При помощи полоски миллиметровой бумаги измерить высоту столба воды в бюретке от нижнего края мениска до уровня воды в кристаллизаторе.

12. По показания барометра и термометра определить атмосферное давление и температуру в лаборатории.

Экспериментальные данные:

Масса навески металла – m_Ме=0,0096 г

Объем соляной кислоты - V_Н_Cl=15 мл

Объем воды в бюретке в начале эксперимента – V₁=13,3 мл

Объем воды в бюретке по окончании эксперимента – V₂=4,3 мл

Объем выделившегося водорода – V_изм.=V₁-V₂=9 мл

Высота столба воды в бюретке h=170 мм

Атмосферное давление в лаборатории P_атм= 770 мм рт.ст

Температура в лаборатории Т=20 о С

Обработка экспериментальных данных:

1. Водород находиться в бюретке под давлением ниже атмосферного на величину давления водяного пара, а также разрежения, создаваемого за счет давления столба жидкости в бюретке. Поэтому давление водорода вычисляется по формуле:

где Р₁ – давление столба воды в бюретке, Па, Р₁=9,8hd_aq, 9,8 – переводной коэффициент из мм вод.ст. в Па; d_aq плотность воды, d_aq=1 г/см 3 ; Р₂-давление насыщенного водяного пара.

P_атм=770 мм рт.ст.=102410 Па

Р=102410-1666-2332,7=98411,3 Па.

2. .Массу выделившегося водорода m_Н вычисляют по уравнению Клапейрона-Менделеева:

где М_Н2 – молярная масса водорода, М_Н2=2г/моль; V – объем водорода, м 3 ; R – универсальная газовая постоянная, R=8,314 Дж/(моль·К).

V=9 мл=9·10 -6 м 3

Т=20 о С=293 К

3. Вычислить эквивалент металла по закону эквивалентов:

где Э_М(Н) – эквивалентная масса водорода, Э_М(Н)=1 г/экв.

4. Зная степень окисления,найти молярную массу металла и определить что это за металл:

где Z– степень окисления металла, Z=2

Данный металл – Магний.

5. Вычислить точное значение эквивалентной массы и металла и найти относительную погрешность эксперимента:

В данной лабораторной работе мной определена эквивалентная масса Магния. Погрешность измерений 2,27%,что говорит о том, что опыт проведен верно.

Технические характеристики АП«ОМЕГА»: Дыхательным аппаратом со сжатым воздухом называется изолирующий резервуарный аппарат, в котором.

Конфликтные ситуации в медицинской практике: Наиболее ярким примером конфликта врача и пациента является.

Б. Экспериментальная часть

Читайте также: