Определение эквивалентной и атомной массы металла лабораторная работа

Обновлено: 28.09.2024

Понятие о молярной массе эквивалента. Технология определения его количественного значения в лабораторных условиях методом вытеснения водорода из раствора кислоты. Определение метала по результатам опыта. Расчет относительной погрешности эксперимента.

Рубрика	Химия
Вид	лабораторная работа
Язык	русский
Дата добавления	13.10.2013
Размер файла	75,7 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет "Горный"

Отчет по лабораторной работе

По дисциплине : " Химия "

Тема: "Определение эквивалентной массы металла"

Выполнил: студент гр. ПГС-13-2 Павличенко Т.Г.

Проверил: доцент Жадовский И.Т.

Цель работы: усвоить одно из основных химических понятий - понятие об эквиваленте - и научиться определять его количественное значение.

Ход эксперимента:

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 колба с боковым отводом) при помощи мерного цилиндра отобрать 15-20 мл 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 (мл), 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 за счет теплового расширения газа.

10. Когда выделение пузырьков водорода прекратится, 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 показаниям барометра и термометра определить атмосферное давление и температуру в лаборатории.

Определение эквивалентной массы металла

Закон эквивалентов открыт в конце 18 века: вещества взаимодействуют между собой в количествах, пропорциональных их химическим эквивалентам. Для решения задач удобно пользоваться другой формулировкой: массы (объемы) реагирующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам (объемам)

- количество эквивалентов - количество эквивалентов

Химическим эквивалентом элемента (молярной массой эквивалента) называется такое его количество (моль), которое соответствует 1 моль атомов водорода (соединятся с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях). Химический эквивалент не является постоянной величиной, он зависит от валентности (степени окисления) элемента.

Молярная масса эквивалента (м э ) – это масса одного эквивалента (грамм/моль*экв, килограмм/моль*экв). Молярная масса эквивалента равна частному от деления молярной массы его атомов (А) на валентность (степень окисления) элемента (В) в данном соединении:

Например, молярная масса эквивалента серы в SO₂ и SO₃ соответственно равны 32/4 = 8 г/моль и 32/6 = 5.33 г/моль.

Эквивалентным объемом (л/моль, м 3 /моль) называется объем, занимаемый при данных условиях (Р, Т) 1 эквивалентов вещества. Значения эквивалентного объема вещества, находящегося в газообразном состоянии, можно найти, зная, что в молярном объеме любого газа, состоящего из одноатомных молекул, содержится 2 моля атомов и т.д. Так в 22.4 л Н₂ содержится при нормальных условиях (Р₀=760 мм рт.ст.=101325 Па; Т₀ = 273 К) 2 моля атомов водорода. Поскольку эквивалент водорода равен 1 моль, то в 22.4 л Н₂ содержится 2 эквивалента водорода; значит, эквивалентный объем водорода равен

22.4/2 = 11.2 л/моль = 11.2 * 10 -3 м 3 /моль.

Пример № 1.Определить эквивалента и эквивалентные массы элементов в соединениях HF, H₂O, NH₃, CH₄.

Решение. В указанных соединениях с 1 моль атомов водорода соединяется 1 моль атомов фтора, 1/2 моль атомов кислорода, 1/3 моль атомов азота, 1/4 моль атомов углерода.

Следовательно, фактор эквивалентности фтора, кислорода, азота и углерода соответственно равны 1 моль, 1/2 моль, 1/3 моль, 1/4 моль. Исходя из молярных масс атомов этих элементов, определяем, молярную масса эквивалента фтора равна 19 г/моль, кислорода – 16 * 1/2 = 8 г/моль, азота – 14 * 1/3=4.67 г/моль, углерода – 12 * 1/4=3 г/моль.

Для определения молярной массы эквивалента не обязательно исходить из его соединения с водородом. Молярную массу эквивалента можно вычислить по составу соединения данного элемента с любым другим, молярная масса эквивалента которого известна.

Пример № 2.Вычислить молярную массу эквивалента металла, зная, что его хлорид содержит 79.78% хлора. Молярная масса эквивалента хлора равна 35.45 г/моль•экв.

Решение. Содержание металла в этом соединении составляет: 100 – 79.78=20.22%. Согласно закону эквивалентов: количество эквивалентов металла равно количеству эквивалентов хлора m_ме/ М э _ме = m_С_l/ М э _С_l, т.е.

20.22/ М э _ме = 79,78/35.45 => М э _ме=20.22•35.45/79.78=8.98 г/моль. Молярная масса эквивалента металла равена 8.99 г/моль.

Молярные массы эквивалентов химических соединений так же как молярные массы эквивалентов элементов могут иметь переменные значения. Это определяется характером превращения веществ.

Молярные массы эквивалентов оксидов в реакциях обмена:

где М_оксида – молярная масса оксида; n – число атомов элемента;

В – валентность (степень окисления) элемента.

Пример № 3.Определить эквивалентные массы оксидов железа.

Решение. Железо образует три оксида FeO, Fe₂O₃, FeO₃.

Молярные массы эквивалентов кислот в реакциях обмена:

где М_{кислоты} – молярная масса кислоты; n_н – число атомов водорода, содержащихся в молекуле кислоты, способных замещаться на металл.

Пример№4.Определить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности H₃PO₄ в следующих реакциях:

Решение. Молярная масса H₃PO₄ равна 98 г/моль.

В реакции (1) количество n_н атомов водорода, заместившихся на металл, равно 3, следовательно эквивалент Н₃Р0₄ равен 1/3 моль, а эквивалентная масса Э_Н₃_Р0₄ = 98/3 = 32.7 (г/моль).

В реакции (2) п_н-2, следовательно, эквивалент Н₃Р0₄ равен 1/2 моль, а эквивалентная масса Э = 98/2 = 49 (г/моль).

В реакции (3) п_н= 1, следовательно, эквивалент Н₃Р0₄ равен 1 моль, а эквивалентная масса Э = 98/1 = 98 (г/моль).

Молярные массы эквивалентов оснований в реакциях обмена:

где M_{основания} – молярная масса основания; n_он – валентность металла ли число гидроксильных групп в молекуле основания, способных заместиться на кислотный остаток.

Пример № 5.Определить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности Сu(ОН)₂ в следующих реакциях:

Решение. Молярная масса Сu(ОН)₂ равна 97.5 г/моль. В реакции (1) количество гидроксильных групп n_он, заместившихся на кислотный остаток, равно 2, следовательно фактор эквивалентности Сu(ОН)₂ равен 1/2 моль, а молярная масса эквивалента М э _С_u_(ОН)₂ = 97.5/2 = 48.75 (г/моль).

В реакции (2) количество гидроксильных групп n_он, заместившихся на кислотный остаток, равно 1, следовательно эквивалент Сu(ОН)₂ равен 1 моль, а эквивалентная масса Э_С_u_(ОН)₂ = 97.5/1 = 97.5(г/моль).

Эквиваленты солей в реакциях обмена:

где М_соли – молярная масса соли; –число атомов металла; –валентность (степень окисления) металла.

Пример № 6.Определить молярную массу эквивалента сульфата алюминия.

Решение. Молярная масса сульфата алюминия Al(SO₄)₃ равна 342 г/моль. Следовательно, М э _Al₂₍_SO₄₎₃ = 342/(2•3) = 57 г/моль.

Окислительно-восстановительные эквиваленты определяются путём деления молярной массы на число электронов, идущих на восстановление или окисление

где М_о(в) – молярная масса окислителя (восстановителя); n_е – число электронов, идущих на окисление (восстановление).

Пример № 7.Чему равна молярная масса эквивалентна перманганата калия как окислителя, если это вещество в процессе реакции восстанавливается: 1) до сульфата марганца; 2) до диоксида марганца; 3) манганата калия?

Выполнение работы

Определение эквивалентной массы металла

Задание: Определить экспериментально эквивалентную массу металла (магния, цинка – по заданию преподавателя) по количеству выделившегося водорода в реакции взаимодействия металла с соляной кислотой

Вычислить ее теоретическое значение и относительную ошибку эксперимента.

Приборы и реактивы.Прибор для определения эквивалента металла (рис.1.1.). Аналитические весы. Термометр. Барометр. Мерный цилиндр на 25-50 мл. Стаканчик химический. Фильтровальная бумага. Навеска металла (химически чистого) около 0.04 – 0.05 г. Соляная кислота (10мас.% раствор).

Ход определения.

1. Налить через воронку в бюретку воду до нулевого деления. Плотно закрыть отверстие бюретки пробкой со стеклянной трубкой. В одну часть сосуда Ландольта поместить навеску цинка. Другую часть сосуда через воронку наполнить на две трети объема разбавленной (10мас.%) соляной кислотой. Присоединить сосуд к свободному концу трубки, соединенной с бюреткой.

2. Проверить герметичность прибора. Для этого опустить или поднять воронку вместе с кольцом на 10-15 см. Если уровень воды в бюретке не меняется, то прибор герметичен и можно приступать к опыту. Если уровень воды в бюретке меняется, то необходимо плотнее закрыть пробками бюретку и сосуд, снова проверить и т.д. Уровень воды V₁ в бюретке до начала опыта записать с точностью до 0.1 мл.

3. Привести в контакт кислоту и металл, осторожно наклоняя сосуд Ландольта. После полного растворения металла выждать 5-7мин., чтобы содержимое сосуда охладилось. Затем установить на одной высоте уровень воды в бюретке и воронке. При этом внутри прибора создается давление, равное давлению наружного воздуха. Записать уровень воды V₂ в бюретке после опыта.

4. Результаты эксперимента внести в журнал по форме:

Уровень воды в бюретке:

Объем водорода при нормальных условиях (н.у.) V₀, мл………………

Температура опыта T = 273+t, K…………………………………………

Барометрическое давление P, мм рт.ст…………………………………..

Давление насыщенного водяного пара h, мм рт.ст. при температуре опыта……………………………………………………

Экспериментальная эквивалентная масса металла М э _эксп, г/моль……….

Теоретическая эквивалентная масса металла М э _теор, г/моль……………..

Относительная ошибка e, %.

Рис. 1.1.Прибор для определения эквивалента металла:

1) Бюретка для измерения объёма выделившегося водорода;

2) Сосуд Ландольта для проведения реакции;

3) Каучуковая трубка;

1. Подсчитать V_Н₂, вытесненного водорода по разности уровней в бюретке:

2. Привести это объем к нормальным условиям:

Величину h посмотреть в справочнике. Поправку h вводят вследствие того, что общее давление на воду является суммой пропорциональных давлений водорода и воды.

3. Вычислить экспериментальную массу металла:

где - эквивалентный объем водорода, равный 11200 мл/моль.

4. Сравнить найденную экспериментальную эквивалентную массу металла с теоретически посчитанным Э_теор = А/В, вычислив в процентах ошибку опыта:

3. Контрольные вопросы и задачи

1. Вычислить молярные массы эквивалентов следующих элементов:

а) магния, если известно, что при нагревании одного моль его в токе кислорода, масса увеличилась на 66.7%. Ответ: 11.9 г/моль;

б) олова, если при нагревании 0.9185 г его в токе кислорода образуется 1.166 г оксида олова. Ответ: 29.68 г/моль.

2. Определить молярную массу эквивалента элемента, если при восстановлении 1.3 г оксида этого элемента алюминием получилось 1.02г оксида алюминия, содержащего 47% кислорода. Ответ: 13.66г/моль.

3. Написать формулу соединения сурьмы с серой, если известно, что молярная масса атомов сурьмы равна 121.8 г/моль, эквивалентная масса ее - 40.6 г/моль, молярная масса атомов серы равна 32 г/моль, эквивалентная масса - 16 г/моль.

4. Определить молярные массы эквивалентов и факторы эквивалентности кислот и оснований в следующих реакциях:

5. Вычислить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности хромата калия К₂СrO₄ как окислителя, если К₂СrO₄ восстанавливается до КСrO₂.

6. Определить молярную массу эквивалента металла, если 0.34*10 -3 кг его вытесняют из кислоты 56.94*10 -6 м 3 водорода при температуре 0°С и давлении 94643 Па. Ответ: 67.8 г/моль.

7. Определить молярную массу эквивалента металла в следующих соединениях:

Отчёт по лабораторной работе № 1

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

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

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.

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

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.

Роль языка в формировании личности: Это происходит потому, что любой современный язык – это сложное .

Поиск по сайту

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла»

Химическим элементом называется вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. Понятие "химический элемент" нельзя отождествлять с понятием простого вещества. Простое веществохарактеризуется определенной плотностью, растворимостью, температурами плавления и кипения и др. Эти свойства относятся к совокупности атомов.

Химический элемент характеризуется определенным положительным зарядом ядра (порядковым номером), степенью окисления, изотопным составом и др. Свойства элементов относятся и к его отдельным атомам.

За атомную единицу массы (а.е.м.) принята 1/12 часть массы атома изотопа углерода 12 С, равная 1,660531·10 - 27 кг.

Относительной атомной массой элемента называется масса его атома, вычисленная как отношение массы данного атома к атомной единице массы. Значения относительных атомных масс приводятся как массовые числа в Периодических таблицах элементов Д.И. Менделеева.

Относительной молекулярной массойназывается отношение массы данной молекулы к атомной единице массы. Относительная молекулярная масса равна сумме относительных атомных масс всех атомов, входящих в данную молекулу.

Единицей измерения количества вещества в химии является моль. Моль— это количество вещества определенного химического состава, содержащее то же число частиц (атомов, молекул, ионов и др.), какое имеется в 0,012 кг изотопа углерода 12 С. Число частиц в 1 молеN_А = 6,0210 23 моль – 1 . Эта величина называется числом Авогадро.

Масса вещества, взятого в количестве 1 моль, называется молярной, или мольной массой. Ее выражают в кг/моль или в г/моль. Масса и количество вещества — понятия разные. Масса выражается в килограммах, а количество вещества - в молях. Молярная масса простого или сложного вещества содержит N_Аатомов или молекул.

Закон Авогадро формулируется следующим образом:

В равных объемах любых газов при одинаковых физических условиях содержится одинаковое число частиц (молекул или атомов). Из этого закона следует, что молярный объем любого газа при нормальных условиях составляетV_м= 22,4 л/моль.

Элементы взаимодействуют друг с другом в строго определенных количественных соотношениях. Согласно закону эквивалентов, при образовании молекулярных веществ из элементов они соединяются друг с другом массами, пропорциональными массам их химических эквивалентов.

Эквивалент — это условная частица вещества, которая в определенной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или одному электрону.

Эквивалентная масса, или молярная масса эквивалента — это масса 1 моля эквивалента вещества (г/моль).

Эквивалентная масса простого вещества — это масса одного моля простого А или сложного вещества М, приходящаяся на одну проявленную валентность:

Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или вообще с одним эквивалентом любого другого вещества.

Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества.

Эквивалентная масса водорода равна 1,008 г/моль, так как каждый из атомов в молекуле взаимодействует с одним атомом водорода.

Эквивалентная масса кислоты равна ее мольной массе, поделенной на основность кислоты. Эквивалентная масса основания равна его мольной массе, деленной на валентность металла, образующего основание. Эквивалентная масса соли равна его мольной массе, деленной на произведение валентности металла на число его атомов в молекуле. Формулы для вычисления эквивалентных масс сложных веществ через их мольные массы М таковы:

Читайте также: