Лабораторная работа 1

Определение молярной массы эквивалента металла

Цель работы  закрепить знания основных законов химии: закона сохранения массы, закона постоянства состава, закона эквивалентов, газовых законов; научиться приемам взвешивания, научиться измерению объемов жидкостей и газов с помощью калиброванной химической посуды.

1. Теоретическое введение

Эквивалент – это реальная или условная частица вещества, равноценная одному иону водорода в обменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Одному иону водорода или одному электрону в реакции могут соответствовать атом или молекула вещества (реальные частицы), или доля атома, доля молекулы (условные частицы). Величину, которая показывает, какая доля атома или молекулы соответствует эквиваленту, называют фактором эквивалентности f. Число, показывающее, сколько эквивалентов условно содержится в одном атоме или молекуле данного вещества, называют эквивалентным числом z: z = 1/f.

Масса одного моля эквивалента вещества называется молярной массой эквивалента М_экв (г/моль). Взаимосвязь между молярной массой вещества М и молярной массой эквивалента вещества выражается соотношением:

Количество вещества эквивалента (моль) можно вычислить по формуле:

,

где m – масса вещества, г.

Одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях с участием водорода соответствует один атом водорода, или 1/2 молекулы Н₂ (каждый атом водорода отдает или присоединяет один электрон, молекула Н₂ – 2 электрона); с участием кислорода – 1/4 молекулы О₂ (атом кислорода присоединяет два электрона молекула О₂ – 4 электрона), алюминия – 1/3 атома алюминия (атом алюминия отдает три электрона). Эквивалентами будут реальная частица  атом Н и условные частицы  атома О и 1/3 атома Al.

Молярные массы эквивалентов водорода, кислорода и алюминия, соответственно, равны:

М_экв(Н₂) = 2:2 = 1 г/моль (f = 1/2, z = 2);

М_экв(О₂) = 32:4 = 8 г/моль (f = 1/4, z = 4);

М_экв(Al) =27:3 = 9 г/моль (f = 1/3, z = 3).

Одно и то же простое вещество может характеризоваться несколькими значениями эквивалентного числа, если в реакции с его участием образуются соединения, в которых элемент проявляет разные степени окисления. Так, эквивалентное число железа в реакции с соляной кислотой z(Fe) = 2, а в реакции с хлором – z(Fe) = 3; молярные массы эквивалентов железа М_экв(Fe) в этих реакциях равны соответственно 28 и 18,7 г/моль.

При выполнении стехиометрических расчетов с участием газообразных веществ используют эквивалентный объём V_экв − объём одного моля эквивалента газообразного вещества. Эквивалентный объём меньше молярного объёма газа в z раз:

Эквивалентные объёмы водорода и кислорода, измеренные при н.у.:

V_экв(Н₂) = 22,4 : 2 =11,2 л/моль,

V_экв(О₂) = 22,4 : 4 =5,6 л/моль.

Эквивалентный объем удобно использовать для расчета количества вещества эквивалента газа:

.

Все вещества реагируют между собой согласно закону эквивалентов, в соответствии с которым массы реагирующих веществ относятся между собой так же, как молярные массы их эквивалентов:

Преобразование этого соотношения

позволяет иначе сформулировать закон эквивалентов: количества вещества эквивалента для всех веществ, участвующих в реакции, одинаковы.