ИздательствоСанкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. КироваГод2017Страниц19Уровень образованияБакалавриат. Количественный расчет электронного эквивалента вещества. Закон эквивалентов

Бюретка 1 соединена с боковым отростком круглодонной колбочки с гибкой газоотводной трубкой. Раствор кислоты 7 35-40 мл используется многократно.

Г – образная колбочка 4, в которую помещают через воронку стружку металла 5, соединена с круглодонной колбочкой 6 гибкой трубкой ( = 16мм) со шлифом №14.

ПОРЯДОК РАБОТЫ

Снимается Г-образная колбочка 4. Ослабляется винт лапки держателя бюретки 3, которая затем поднимается вверх и закрепляется, когда уровень воды в бюретке 1 установится на нулевом делении.

ВГ-образную колбочку 4 через сухую воронку помещают стружку металла, которая обеспечивает вытеснение из раствора кислоты 1520 мл водорода. Затем Г- образную колбочку осторожно вставляют в круглодонную колбочку 6, как это показано на рисунке. Установка, таким образом, отсоединяется от внешней среды, и давление внутри установки равно атмосферному давлению. Прежде чем проводить реакцию, необходимо проверить установку на герметичность. Для этого ослабляется винт лапки держателя бюретки 3, которая затем опускается вниз на 1015 см. Уровень воды в бюретке 1 несколько понизится и останется без изменения, если установка герметична. При возвращении бюретки 3 на прежнее место уровень воды в бюретках 1 и 3 должен быть на том же нулевом делении.

Если обнаружится, что установка не герметична, необходимо проверить надежность соединения шлифа.

Убедившись в герметичности установки, наклоняют Г- образную колбочку 4 таким образом, чтобы стружка металла упала в круглодонную колбочку 6, где находится раствор кислоты 7.

Врезультате взаимодействия металла с раствором кислоты выделяется водород и вытесняет воду из бюретки 1.

Во время опыта бюретку 3 надо опускать вниз и держать воду в бюретках 1и 3 на одном уровне, чтобы давление внутри установки было равным атмосферному давлению.

Когда весь металл растворится, прекратится выделение водорода и прекратится понижение уровня воды в бюретке 1, производится измерение

по делениям на бюретке 1 объема выделившегося водорода VH2 .

Затем объем выделившегося водорода VH2 приводят к нормальным условиям на основании уравнения:

Po Vo = P∙V

To T

где, Ро – нормальное давление, равное 101,325 кПа; Vo – объем газа при нормальных условиях, мл;

То – 273 К ( т.е.по абсолютной шкале температур); Р – давление газа в условиях опыта, кПа;

11

V – объем газа в условиях опыта, мл;

Т – абсолютная температура опыта ( t+273).

При этом учитывают, что давление в установке, равное атмосферному Р, складывается из парциального давления водорода PH2 и парциального давления водяного пара PH20:

P = PH2 + PH20

PH2 = P - PH20

Давление водяного пара зависит от температуры (см. приложение , табл.).

Студент должен записать своей тетради показания барометра Р и термометра toC.

Таким образом, объем водорода при нормальных условиях определяется по уравнению:

Vo,H2 = P− PH20 ·VH2 ·273 мл t+273 ·101,325

Экспериментальную величину электронного эквивалента металла Еэксп. определяют, используя формулу закона эквивалентов:

где, m- масса металла, г;

VE,H2 - объем электронного эквивалента водорода при нормальных условиях, равный 11200 мл/экв.

Следовательно:

Еэксп. = mV∙11200 , г/моль е-

O,H2

Для опыта могут быть использованы металлы: магний, алюминий, цинк, расчетные электронные эквиваленты Ерасч. которых равны соответственно г/моль е-: 12,15; 9; 32,68. Затем следует определить, какой металл был использован в опыте, и сравнить экспериментальную величину электронного эквивалента с расчетной величиной. Составить уравнение реакции взаимодействия этого металла с раствором серной кислоты.

Относительную ошибку (%) определения электронного эквивалента металла находят по формуле:

∆Е/Е = Еэксп.− Ерасч. ∙ 100%

Результаты измерений и расчетов величин записываются в виде таблицы:

12

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Определение массы известного металла ( в г.) по водороду.

Перед студентами может быть поставлена задача определить массу известного металла ( в г.) выданного преподавателем, по объему выделившегося водорода и по расчетному электронному эквиваленту этого металла. Стружка металла должна обеспечить вытеснение из раствора кислоты ≈ 20 мл водорода.

Вся работа выполняется по методике, изложенной в лабораторной работе №

1.

Масса металла определяется по формуле:

m = EM ∙ VO,H2

11200

Зная фактическую и экспериментально определенную массу металла, можно найти относительную ошибку в процентах:

∆m/m = ( эксп.− факт) ∙100 %

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Определение процентного состава сплава металлов

В практической химии иногда возникает необходимость определения процентного состава сплава металлов.

Масса сплава металлов m, например, магния и алюминия, должна быть достаточной для выделения из раствора кислоты ≈ 20 мл водорода.

Вся работа выполняется по методике, изложенной в лабораторной работе №

1.

13

В химической реакции данной массы сплава m с раствором кислоты сумма чисел электронных эквивалентов магния и алюминия равна числу электронных эквивалентов выделившегося водорода:

nE,Mg + nE,Al = nE,H2

Математическое выражение закона эквивалентов для этого случая можно записать следующим образом:

mMg + mAl = VO,H2

EMg EAl VE,H2

Обозначим массу магния через х, г, тогда масса алюминия будет равна

(mсплава – х), г.

Подставим эти значения в формулу закона эквивалентов:

Откуда находим массу магния и массу алюминия. Затем рассчитывается процентный состав сплава металлов.

14

Контрольные вопросы и задачи для самопроверки

1.Сформулируйте электронный эквивалент реагирующего вещества и закон эквивалентов.

2.Какой объем занимает электронный эквивалент кислорода при 30оС и давлении 104 кПа?

3.Сколько граммов оксида образуется при сжигании 5 г металла, электронный эквивалент которого равен девяти?

4.При восстановлении водородом 2г оксида металла образовалось 0,452 г воды. Вычислить электронный эквивалент металла.

5.При растворении 2,22 г металла в кислоте выделилось 808,4 мл водорода, измеренного при 20оС и давлении 102,7 кПа. Определить электронный эквивалент металла и его атомную массу, если металл двухвалентен.

6.Вычислить электронный эквивалент фосфорной кислоты, если для нейтрализации 0,98 г ее 10%-ного раствора было израсходовано 1,68 г КОН.

7.Вычислить электронный эквивалент карбоната калия и гидроксида алюминия в реакциях:

а) К2СО3 + НСl = KHCO3 + KCl;

б) K2CO3 + 2HCl = H2O + CO2 + 2KCl;

в) Al(OH)3 + HNO3 = Al(OH)2NO3 + H2O; г) Al(OH)3 + 2HCl = AlOHCl2 + 2H2O

8.Вычислить электронный эквивалент соли NH4Fe(SO4)2 в реакции

NH4Fe(SO4)2 + 2NH4OH = 2(NH4)2SO4 + Fe(OH)3↓

15

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Киселев И.Я. Электронный эквивалент вещества.- Спб: Химиздат. 2009

– 32с. ил

2.Киселев И.Я. Электронный эквивалент реагирующих веществ и применение его в расчетах химикотехнологических процессов. Журнал «Химическая промышленность».Том 85, №7, 2008, с.371-375.

3.Киселев И.Я. Общая и неорганическая химия, Количественные расчеты в общей и неорганической химии. Закон эквивалентов: Учебное пособие. СПб: СПбГЛТУ, 2015 – 24с.

16

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Давление насыщенного водяного пара при различных температурах

17

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Теоретическая часть

1.Реакции окисления-восстановления

2.Кислотно-основные реакции

3.Реакции образования комплексов

4.Реакции ионного обмена с образованием осадка

Закон эквивалентов Экспериментальная часть

Лабораторная работа №1. Определение электронного эквивалента металла по водороду.

Лабораторная работа №2. Определение массы известного металла ( в г. ) по водороду.

Лабораторная работа №3. Определение процентного состава сплава металлов.

Контрольные вопросы и задачи для самопроверки. Рекомендуемая литература

18

С о с та в в и т е л ь:

Киселев Иван Яковлевич

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННОГО ЭКВИВАЛЕНТА

ВЕЩЕСТВА. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ.

Методическое указание к выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Химия» для студентов, обучающихся по направлению 18.03.01 «Химическая технология»

19