лабораторная работа № 2. - Российский государственный

Методические материалы проф. Рыбальченко В.С.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.
«Химический эквивалент»
I. Разделы теоретического курса для повторения.
Абсолютная и относительная атомные массы. Абсолютная и
относительная молекулярные массы. Моль. Молярная масса. Качественный
и количественный состав вещества.
Закон сохранения массы вещества. Закон постоянства состава. Закон
простых объемных отношений. Закон Авогадро и следствия из него.
Молярный объем газообразных веществ. Относительная плотность газов.
Определение молекулярной массы газообразных веществ по
относительной плотности. Химический эквивалент простых и сложных
веществ. Фактор эквивалентности. Молярная масса эквивалента
(эквивалентная масса). Молярный объем эквивалента (эквивалентный
объем). Закон эквивалентов.
II. Вопросы и упражнения
1. Определите значение относительной молекулярной и молярной массы
следующих веществ: CuSO4; CO2; K2Cr2O7.
2. Какое количество вещества в молях содержится в оксиде железа (III)
массой 320 г?
3. Рассчитайте массовую долю марганца в оксиде марганца (IV).
4. Какую массу будет иметь кислород объемом 60 л при нормальных
условиях?
5. Относительная плотность некоторого газа по водороду равна 35,5.
Определите:
а) молярную массу газа;
б) относительную плотность по воздуху,
в) массу I л газа.
6. По каким формулам можно вычислить эквивалент и молярную массу
эквивалента (эквивалентную массу) для:
а) элемента б) кислоты в) основания г) соли?
7. Найти эквивалент и молярную массу эквивалента (эквивалентную
массу) следующих веществ: CuCl2, H3PO4, Ca(OH)2 В каких случаях
эквиваленты элемента, основания и кислоты являются постоянной
величиной?
8. Чему равен эквивалент, молярная масса эквивалента (эквивалентная
масса) и молярный объем эквивалента (эквивалентный объем) для:
а) кислорода б) водорода в) хлора?
9. При взаимодействии щелочного металла массой 66,5 г с водой
выделился водород объемом 5,6 л водорода (н.у.). Какой это металл?
1
Методические материалы проф. Рыбальченко В.С.
III. 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
С помощью мерного цилиндра на 50 мл берут раствор разбавленной
серной кислоты объемом, примерно, 20-25 мл и выливают в колбу А.
Горловину этой колбы 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.
Измерительным цилиндром точно (по нижнему мениску) отмеряют 50
мл водопроводной воды и выливают 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 берут левой рукой и переходят в горизонтальное
положение, как указано на рис. 2.
Раствор кислоты
Магний
рис. 2
2
Методические материалы проф. Рыбальченко В.С.
Правой рукой берут листочек кальки или восковки с навеской магния
и осторожно ссыпают весь магний с листочка на внутреннюю поверхность
горловины колбы. При этом следят, чтобы металл преждевременно не
попал в кислоту.
С той же предосторожностью в горловину колбы А вставляют пробку с
газоотводной трубкой Е. Пробку следует вводить в горловину постепенно,
слегка поворачивая ее.
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. Опыт следует проделать
минимум два раза при условии, что результаты опыта окажутся
приемлемыми и будут приняты преподавателем. По полученным значениям
объемов водорода вычисляют среднюю величину и вычисляют значения
молярной массы эквивалента магния.
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.) по
формуле:
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;
3
Методические материалы проф. Рыбальченко В.С.
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.
t,0С
11
h,
t,0С
h,
t,0С
h,
t,0С
h,
мм.рт.ст
мм.рт.ст
мм.рт.ст
мм.рт.ст
9,8
15
12,8
19
16,5
23
21,1
12
10,5
16
13,6
20
17,5
24
22,4
13
11,2
17
14,5
21
18,5
25
23,8
14
12
18
15,5
22
19,8
100
760
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 (1 / 2 Mg )
V' ЭКВ . ( H )
( 2) где:
m (Mg) - масса магния, взятая для опыта, г;
V0 (H2) - объем выделившегося водорода, приведенный к нормальным
условиям, мл;
M (½Mg)- молярная масса 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).
М экв ( теор.)  М экв . ( эксп.)
Относительная ошибка 
 100 %
М экв . ( теор.)
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,
 данные, полученные при проведении эксперимента,
 полная расчетная часть.
(3)
4