Лабораторная работа №3. Химический эквивалент

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Химический эквивалент.
1. Разделы теоретического курса для повторения.
Абсолютная и относительная атомные массы. Абсолютная и
относительная молекулярные массы. Моль. Молярная масса.
Молярный объем газообразных веществ. Качественный и
количественный состав вещества.
Закон сохранения массы вещества. Закон постоянства состава.
Закон простых объемных отношений. Закон Авогадро и следствия
из него. Относительная плотность газов. Определение молярной
массы газообразных веществ по относительной плотности.
Химический эквивалент простых и сложных веществ. Фактор
эквивалентности. Молярная масса эквивалента. Молярный объем
эквивалента. Закон эквивалентов.
2.
Вопросы и упражнения.
1. Какое количество вещества в молях содержится в оксиде
железа (III) массой 320 г?
2. Рассчитайте значение массовой доли марганца в оксиде
марганца (IV).
3. Какую массу будет иметь кислород объемом 60 л (н.у.)?
4. Относительная плотность некоторого газа по водороду равна
35,5. Определите:
а) молярную массу газа;
б) относительную плотность этого газа по воздуху,
в) массу 1 л этого газа.
5. Найти значение эквивалента и молярной массы эквивалента
следующих веществ: CuCl2, H3PO4, Ca(OH)2
6. Чему равны значения эквивалента, молярной массы
эквивалента и молярного объема эквивалента для следующих
элементов:
а) кислород б) водород в) хлор?»
7. При взаимодействии щелочного металла массой 66,5 г с водой
выделился водород объемом 5,6 л водорода (н.у.). Какой это
металл?
3. Экспериментальная часть.
Определение значения молярной массы эквивалента магния.
а) Подготовка опыта.
Для проведения опыта собирают прибор согласно рис. 1, где: А
– круглая плоскодонная колба на 250 мл, Б – круглая плоскодонная
колба на 500 мл, В – химический стакан на 300 мл, Г - сифон из
стеклянной и каучуковой трубок, Д - зажим на сифоне, Е соединительная трубка.
Рис. 1 Схема установки для определения эквивалента металла
С помощью мерного цилиндра или химического мерного
стакана объемом 50 мл отмеряют раствор разбавленной серной
кислоты объемом, примерно, 20-25 мл и выливают в колбу А. Если
кислота попала на горловину колбы, то ее с внутренней стороны
протирают досуха листочком фильтровальной бумаги.
В большую колбу Б заполняют водопроводной водой до плеч,
вставляют в горловину пробку с отводными трубками, заполняют
весь сифон Г водой. Для этого колбу держат над раковиной
горизонтально и открывают зажим Д. Когда вода, вытеснив из
сифона весь воздух, польется сплошной струей, зажим закрывают.
При этом наблюдают, чтобы зажим держал, т.е. вода из трубки
сифона не выливалась. С помощью мерного цилиндра точно (по
нижнему мениску) отмеряют 50 мл водопроводной воды и
переливают ее в химический стакан В. Эта процедура проводится
для обеспечения устойчивости установки во время опыта. Конец
стеклянной трубки сифона Г погружают в воду химического
стакана В.
На весах взвешивают на листочке кальки или восковки магний
массой 100 мг (0,1 г) с точностью до 0,001 г., либо получают
навеску магния известной массы у лаборанта.
б) Проведение опыта
Колбу А с кислотой переходят в горизонтальное положение, как
указано на рис. 2.
Раствор кислоты
Навеска магния
Рис. 2 Размещение навески магния в колбе с кислотой
С листочка бумаги навеску магния осторожно ссыпают на
внутреннюю поверхность горловины колбы. При этом следят,
чтобы металл преждевременно не попал в кислоту.
Очень осторожно в горловину колбы А вставляют пробку с
газоотводной трубкой Е. Пробку следует вводить в горловину
постепенно, слегка поворачивая ее. Следует обратить внимание,
чтобы кусочки магния не попали под пробку.
Колбу А с кислотой ставят на стол в вертикальном положении,
одновременно открывают зажим Д и оставляют его открытым.
Магний, упав с горловины колбы А в кислоту, реагирует с ней
и вытесняет водород, который по газоотводной трубке Е поступает
в колбу Б, давит на воду и вытесняет ее в химический стакан В.
Какой объем водорода выделится в колбе А, такой же объем воды
поступит из колбы Б в химический стакан В.
Когда весь магний полностью прореагирует с кислотой
(осмотрите внутренние стенки и горловину колбы А - не прилипли
ли к ним кусочки магния), нужно уравнять давление внутри
прибора с атмосферным давлением. Для этого химический стакан В
придвигают к колбе Б, поднимают его так, чтобы вода в стакане и в
колбе были на одном уровне, и закрывают зажим Д.
Вынимают из стакана отводную трубку сифона Г и измеряют
мерным цилиндром объем всей воды в этом стакане. Из
полученного объема воды вычитают ранее добавленные 50 мл и,
таким образом, находят объем вытесненного водорода при
комнатных условиях.
По полученному значению объема водорода вычисляют
значение молярной массы эквивалента магния (см. расчетную
часть).
в) Расчетная часть
Для вычисления значения молярной массы эквивалента
(эквивалентной массы) необходимо объем водорода, измеренный
при условиях проведения эксперимента, привести к нормальным
условиям (00С и 760 мм. рт. ст.). Для этого используем формулу,
полученную на основании закона Клайперона.
V0 
( P  h)  Vэксп .  273
760 (273  t )
(1)
где,
V0 - объем газа при нормальных условиях, мл;
P - барометрическое давление воздуха, мм рт. ст.;
Vэксп. - объем водорода при комнатных условиях, найденный
опытным путем, мл;
t - температура помещения, С о;
h
давление
насыщенного
водяного
пара
при
соответствующей температуре опыта, мм. рт. ст. Эта величина
находится в табл. 1.
Таблица 1
Давление насыщенного водяного пара при различных температурах.
11
h,
мм.рт.с
т.
9,8
15
h,
мм.рт.с
т.
12,8
12
10,5
16
13
11,2
14
12
t, С
0
19
h,
мм.рт.с
т.
16,5
13,6
20
17
14,5
18
15,5
t, С
0
23
h,
мм.рт.
ст.
21,1
17,5
24
22,4
21
18,5
25
23,8
22
19,8
100
760
t, С
0
t, С
0
Поправка на парциальное давление водяных паров вводится в
уравнение на том основании, что газ собирается в колбе над водой,
и, следовательно, общее давление в системе является суммой
парциальных давлений водорода и паров воды.
На основании закона эквивалентов, согласно которому массы
(объемы)
реагирующих
веществ
пропорциональны
их
эквивалентным массам (объемам), воспользуйтесь соотношением:
m( Mg )
V0 ( H 2 )

M ( 12 Mg )
V'ЭКВ . ( H )
(2)
и рассчитайте найденное в результате эксперимента значение
молярной массы эквивалента магния:
M ( 1 Mg ) эксп .
2

m( Mg )  V'экв ( H )
где:
V'0 ( H 2 ) эксп .
(3)
m (Mg) - масса магния, взятая для опыта, г;
V0(H2)эксп. - объем выделившегося водорода, приведенный к
нормальным условиям, мл;
M (½Mg)эксп. – экспериментальное значение молярной массы
эквивалента магния, г/моль;
Vэкв.(H)- молярный объем эквивалента водорода (11200 мл/моль).
Найдите относительную ошибку, допущенную в эксперименте,
принимая теоретическое значение молярной массы эквивалента за
100% (молярная масса эквивалента элемента равна отношению
молярной массы элемента к его валентности).
Относительная ошибка:
η
=
М ( 1 Mg ) теор.  М ( 1 Mg ) 'эксп .
2
2
 100 %
1
М ( Mg ) теор.
2
(4)
Проведение опыта и его результаты необходимо оформить в
лабораторном журнале в следующем порядке:
- наименование работы,
- эскиз прибора,
- сущность экспериментального определения молярной массы
эквивалента активного металла,
- полная расчетная часть.
- величины, использованные и полученные при проведении
эксперимента (табл. 2)
Таблица 2
Использованные и полученные при проведении лабораторной
работы величины.
Наименование и обозначение величины
Навеска магния, m(Mg)
Объем выделившегося водорода, V(H2)
Температура помещения, t
Барометрическое давление воздуха, P
Давление насыщенного водяного пара, h
Объем водорода, приведенный к нормальным
условиям V0(H2)
Молярный
объем
эквивалента
водорода,
Vэкв.(H)
Теоретическое значение молярной массы
эквивалента магния, М(½Mg)теор.
Экспериментальное значение молярной
массы эквивалента магния, М(½Mg)эксп.
Относительная ошибка эксперимента, η
Значение
Размерность