лабораторная эквивалент

Лабораторная работа № 1

Определение молярной массы эквивалента неизвестного металла

Закон эквивалентов: элементы соединяются друг с другом или замещают друг друга в химических реакциях в эквивалентных количествах:

Химическим эквивалентом элемента называется такое его количество, которое соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает такое же количество водорода в соединениях. Масса одного моля эквивалента элемента или сложного вещества называется молярной массой эквивалента (М_э) или эквивалентной массой (г/моль)

Молярная масса эквивалента элемента связана с его атомной массой (А) и валентностью соотношением:

Например, в оксидах N₂O, NO₂, N₂O₅ эквивалентная масса кислорода равна М_э(О) = 16/2 = 8 г/моль, а эквивалентные массы азота соответственно равны: 14/1 = 14 г/моль, 14/4 = 3,5 г/моль, 14/5 = 2,8 г/моль.

Молярные массы эквивалентов сложных веществ вычисляют по формулам:

Если же приведены уравнения реакций, в которые вступают эти соединения, то в этом случае эквивалентная масса равна:

- кислоты равна ее молярной массе, деленной на число атомов водорода, участвующих в реакции, т.е. замещенных на катионы;

- основания равна его молярной массе, деленной на число гидроксильных групп, участвующих в реакции, т.е. замещаемых на кислотные остатки;

- соли равна ее молярной массе, деленной на число эквивалентов вещества реагирующих с 1 моль этой соли.

Примеры:

NaOH + 3H₃PO₄ = Na₃PO₄ + 3H₂O, М_Э(H₃PO₄) = M/3;

KOH + H₃PO₄ = KH₂PO₄ + H₂O, М_Э(H₃PO₄) = M/1;

Al(OH)₃ + 2HNO₃ = AlOH(NO₃)₂ + 2H₂O, М_Э(Al(OH)₃) = M/2;

Na₂CO₃ + HCl = NaHCO₃ + NaCl, М_Э(Na₂CO₃) = M/1;

Na₂CO₃ + 2HCl = CO₂ + 2NaCl + H₂O, М_Э(Na₂CO₃) = M/2.

В общем случае эквивалентная масса сложного вещества равна сумме эквивалентных масс его составных частей. Например, М_Э (MgO) = М_Э (Мg) + М_Э (О) = 24/2 + 16/2 = 20 г/моль.

Для газообразных веществ используется также понятие эквивалентного объема (V_э), который находят по формуле:

Например, молярный эквивалентный объем газообразного кислорода равен:

V_э(О₂)==5,6 л/моль,

а эквивалентный объем водорода V_э(Н₂)==11,2 л/моль.

Практическая часть. Определение природы двухвалентного металла

Метод основан на реакции растворения металла в избытке кислоты и измерении объема выделившегося водорода. По объему водорода, применяя закон эквивалентов, вычисляют молярную массу эквивалента металла. Для проведения опыта в настоящей работе используется прибор, состоящий из бюретки и уравнительного сосуда, сообщающихся друг с другом посредством резиновой трубки. К верхнему концу бюретки с помощью трубки и пробки присоединяют двухколенную пробирку с исследуемым металлом. Уравнительный сосуд и бюретка наполнены водой.

Для проведения опыта в одно колено пробирки наливают через воронку 2-3 мл 2 н соляной кислоты. Капли кислоты не должны попадать на стенки второго колена пробирки. Навеску металла помещают во второе колено пробирки. Перемещая уравнительную склянку в вертикальном направлении, устанавливают уровень воды в бюретке вблизи нулевого деления, но не выше нуля. Пробирку с кислотой и металлом плотно присоединяют к прибору и проверяют систему на герметичность. Для этого опускают уравнительный сосуд так, чтобы уровень воды в нем был ниже уровня воды в бюретке, и в таком положении укрепляют его. При опускании уравнительного сосуда уровень воды в бюретке несколько понизится. Если через 1-2 минуты дальнейшего понижения не будет, прибор можно считать герметичным.

После испытания прибора на герметичность записывают показание бюретки. Затем наклоняют пробирку и металл попадает в кислоту. Тотчас начинается выделение водорода, и вода вытесняется из бюретки в уравнительный сосуд. По окончании реакции следует подождать 5-10 минут, чтобы газ в бюретке и пробирке принял температуру окружающего воздуха и записать новое показание бюретки. Экспериментальные данные записывают по форме:

Масса металла m,г
Показание бюретки до проведения реакции V1, мл
Показание бюретки после проведения реакции V2, мл
Объем выделившегося водорода V(Н2) = V2 – V1, мл
Температура опыта t,oC
Температура опыта T=t+273, K
Температура при нормальных условиях Т0, К	273
Универсальная газовая постоянная R, кДж/(моль.К)	8,31
Давление при нормальных условиях Р0, кПа	101,325
Давление насыщенного пара воды РН2О при температуре опыта (находят по таблице), Па
Атмосферное давление р, Па
Парциальное давление водорода РН2 = Р – РН2О, Па

Расчет молярной массы металла по экспериментальным данным

1 способ. по формуле объединенного закона Бойля-Мариотта и Гей-Люссака приводят объем выделившегося водорода к нормальным условиям:

или

Далее по закону эквивалентов вычисляют значение молярной массы эквивалента металла. Так как реакция протекает с участием газообразного вещества, то используют следующую форму записи закона эквивалентов:

или

Зная валентность металла, находят молярную массу металла:

По таблице Д.И. Менделеева определяют природу металла, находят табличное (теоретическое) значение его молярной массы и вычисляют относительную погрешность эксперимента:

2 способ. По уравнению Менделеева-Клайперона находят массу выделившегося водорода:

или

По закону эквивалентов вычисляют значение молярной массы эквивалента металла:

или

Дальнейшие вычисления проводят как в способе 1.

Таблица. Давление насыщенного водяного пара в зависимости от температуры

t,oC	P(Н2О), кПа	t,oC	P(Н2О), кПа
15	1,71	20	2,34
16	1,82	21	2,49
17	1,94	22	2,64
18	2,06	23	2,81
19	2,20	24	2,98

Примеры вычислений с использованием закона эквивалентов

Пример 1. При сжигании 2,28 г металла было получено 3,78 г его оксида. Определить молярную массу эквивалента металла.

Решение

Сначала находим массу кислорода, пошедшего на окисление металла: m(O₂)=3,78 - 2,28 = 1,5 г. Далее по закону эквивалентов находим молярную массу эквивалента металла:

,

Пример 2. Вычислить молярную массу эквивалента металла, если установлено химическим анализом, что сульфид металла содержит 67,15% металла (по массе), а эквивалент серы равен 16.

Решение

67,15 массовой части металла соединяются с 32,85 части массы серы, а эквивалент металла соединяется с эквивалентом серы (закон эквивалентов). Отсюда

Пример 3. При взаимодействии 5 г металла с кислотой выделилось 2,8 л водорода (н.у.). Вычислить молярную массу эквивалента металла.

Решение

Так как реакция протекает с участием газообразного вещества, то используют следующую формулу:

Пример 4. Определить молярную массу эквивалента серной кислоты в следующих химических реакциях:

NaOH + H₂SO₄ = NaHSO₄ + H₂O (1)

PbCl₂ + H₂SO₄ = PbSO₄ + 2HCl (2)

Решение

В реакции (1) эквивалент NaOH численно равен его молярной массе, следовательно, по закону эквивалентов эквивалент NaOH взаимодействует с эквивалентом H₂SO₄ и эквивалент H₂SO₄ равен его молярной массе (98 г/моль).

В реакции (2) эквивалент PbCl₂ равен М/2, следовательно, и эквивалент серной кислоты будет равен М/2 = 49 г/моль.

Задачи

1. 1,96 г металла вытесняют из раствора кислоты 0,672 л водорода (н.у.). Вычислить молярную массу эквивалента металла.

2. Вычислить молярную массу эквивалента элемента, 1,2 г которого вытесняют из раствора кислоты при 20^оС и 101,3 кПа 442 мл водорода.

3. Определить молярную массу эквивалента хлорида никеля, если 1,621 г хлорида взаимодействует без остатка с 1 г гидроксида натрия, молярная масса эквивалента которого равна 40.

4. На нейтрализацию 1 г кислоты израсходовано 0,313 г гидроксида натрия. Вычислить молярную массу эквивалента кислоты.

5. На восстановление 6,33 г оксида металла израсходовано 0,636 л водорода (н.у.) Определить молярную массу эквивалента металла.

6. Вычислить молярную массу эквивалента карбоната калия в следующих реакциях:

а) K₂CO₃ + HI → KHCO₃ + KI; в)K₂CO₃ + 2HI → H₂CO₃ + 2KI

7. Какое количество водорода выделится в результате взаимодействия 9 г алюминия с избытком соляной кислоты?

8. Какая масса оксида получится при окислении 9 г алюминия?

9. Молярная масса эквивалента оксида равна 28 г/моль. Вычислите молярную массу эквивалента металла.

10. Вычислите эквивалент фосфорной кислоты при реакциях обмена, в результате которых образуются кислые и нормальные соли.

11. Исходя из молекулярных масс HNO₃, H₂SO₄, HCl, Na₂B₄O₇*10H₂O, KOH, Ba(OH)₂, BaSO₄, FeSO₄*7H₂O, Na₂CO₃*10H₂O вычислите их молярные массы эквивалентов.

12. Для нейтрализации щавелевой кислоты гидроксидом калия на 1,244 г кислоты потребовался 1 г КОН, молярная масса эквивалента которого 56 г/моль. Вычислить молярную массу эквивалента кислоты.

4