Определение эквивалентной массы металла лабораторная работа

Обновлено: 07.01.2025

Усвоить одно из основных химических понятий – понятие об эквиваленте – и научиться определять его количественное значение.

1. Наполнить водой кристаллизатор и бюретку (стеклянную трубку с делениями и краном для выпуска жидкости внизу). Проверить, плотно ли закрыт кран бюретки.

2. Закрыв верхнее отверстие пальцем, перевернуть бюретку и опустить ее в кристаллизатор с водой. Палец убрать под водой, при этом вода из бюретки не вытечет.

3. Закрепить бюретку в штативе. Уровень воды в ней не должен быть выше крайнего деления шкалы.

4. В колбу Вюрца (круглодонная колбас боковым отводом) при помощи мерного цилиндра отобрать 15-20мл соляной кислоты.

5. Вытереть насухо горло колбы фильтром.

6. Расположив колбу горизонтально, поместить в ее горло навеску металла и плотно закрыть колбу пробкой.

7. Стеклянную трубку бокового отвода колбы Вюрца соединить с расположенной под водой частью бюретки.

8. Отметить уровень жидкости в бюретке. Показания следует снимать по положению нижнего края вогнутого мениска жидкости при нахождении его на уровне глаз. Цифры на шкале бюретки – объем в миллилитрах, при снятии показаний необходимо учитывать, что бюретка со шкалой перевернута.

9. Перевести колбу в вертикальное положение, сбрасывая навеску металла в кислоту. В результате реакции выделяется водород, который вытесняет воду из бюретки. Во время протекания реакции не следует держать колбу в руках во избежание ее нагрева и искажения результатов теплового расширения.

10. Когда выделение пузырьков водорода прекратиться, отметить конечный уровень воды в бюретке.

11. При помощи полоски миллиметровой бумаги измерить высоту столба воды в бюретке от нижнего края мениска до уровня воды в кристаллизаторе.

12. По показания барометра и термометра определить атмосферное давление и температуру в лаборатории.

Экспериментальные данные:

Масса навески металла – m_Ме=0,0096 г

Объем соляной кислоты - V_Н_Cl=15 мл

Объем воды в бюретке в начале эксперимента – V₁=13,3 мл

Объем воды в бюретке по окончании эксперимента – V₂=4,3 мл

Объем выделившегося водорода – V_изм.=V₁-V₂=9 мл

Высота столба воды в бюретке h=170 мм

Атмосферное давление в лаборатории P_атм= 770 мм рт.ст

Температура в лаборатории Т=20 о С

Обработка экспериментальных данных:

1. Водород находиться в бюретке под давлением ниже атмосферного на величину давления водяного пара, а также разрежения, создаваемого за счет давления столба жидкости в бюретке. Поэтому давление водорода вычисляется по формуле:

где Р₁ – давление столба воды в бюретке, Па, Р₁=9,8hd_aq, 9,8 – переводной коэффициент из мм вод.ст. в Па; d_aq плотность воды, d_aq=1 г/см 3 ; Р₂-давление насыщенного водяного пара.

P_атм=770 мм рт.ст.=102410 Па

Р=102410-1666-2332,7=98411,3 Па.

2. .Массу выделившегося водорода m_Н вычисляют по уравнению Клапейрона-Менделеева:

где М_Н2 – молярная масса водорода, М_Н2=2г/моль; V – объем водорода, м 3 ; R – универсальная газовая постоянная, R=8,314 Дж/(моль·К).

V=9 мл=9·10 -6 м 3

Т=20 о С=293 К

3. Вычислить эквивалент металла по закону эквивалентов:

где Э_М(Н) – эквивалентная масса водорода, Э_М(Н)=1 г/экв.

4. Зная степень окисления,найти молярную массу металла и определить что это за металл:

где Z– степень окисления металла, Z=2

Данный металл – Магний.

5. Вычислить точное значение эквивалентной массы и металла и найти относительную погрешность эксперимента:

В данной лабораторной работе мной определена эквивалентная масса Магния. Погрешность измерений 2,27%,что говорит о том, что опыт проведен верно.

История государства Древнего Египта: Одним из основных аспектов изучения истории государств и права этих стран является.

Роль химии в жизни человека: Химия как компонент культуры наполняет содержанием ряд фундаментальных представлений о.

Задачи и функции аптечной организации: Аптеки классифицируют на обслуживающие население; они могут быть.

Поиск по сайту

Определение эквивалентной массы металла

Закон эквивалентов открыт в конце 18 века: вещества взаимодействуют между собой в количествах, пропорциональных их химическим эквивалентам. Для решения задач удобно пользоваться другой формулировкой: массы (объемы) реагирующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам (объемам)

- количество эквивалентов - количество эквивалентов

Химическим эквивалентом элемента (молярной массой эквивалента) называется такое его количество (моль), которое соответствует 1 моль атомов водорода (соединятся с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях). Химический эквивалент не является постоянной величиной, он зависит от валентности (степени окисления) элемента.

Молярная масса эквивалента (м э ) – это масса одного эквивалента (грамм/моль*экв, килограмм/моль*экв). Молярная масса эквивалента равна частному от деления молярной массы его атомов (А) на валентность (степень окисления) элемента (В) в данном соединении:

Например, молярная масса эквивалента серы в SO₂ и SO₃ соответственно равны 32/4 = 8 г/моль и 32/6 = 5.33 г/моль.

Эквивалентным объемом (л/моль, м 3 /моль) называется объем, занимаемый при данных условиях (Р, Т) 1 эквивалентов вещества. Значения эквивалентного объема вещества, находящегося в газообразном состоянии, можно найти, зная, что в молярном объеме любого газа, состоящего из одноатомных молекул, содержится 2 моля атомов и т.д. Так в 22.4 л Н₂ содержится при нормальных условиях (Р₀=760 мм рт.ст.=101325 Па; Т₀ = 273 К) 2 моля атомов водорода. Поскольку эквивалент водорода равен 1 моль, то в 22.4 л Н₂ содержится 2 эквивалента водорода; значит, эквивалентный объем водорода равен

22.4/2 = 11.2 л/моль = 11.2 * 10 -3 м 3 /моль.

Пример № 1.Определить эквивалента и эквивалентные массы элементов в соединениях HF, H₂O, NH₃, CH₄.

Решение. В указанных соединениях с 1 моль атомов водорода соединяется 1 моль атомов фтора, 1/2 моль атомов кислорода, 1/3 моль атомов азота, 1/4 моль атомов углерода.

Следовательно, фактор эквивалентности фтора, кислорода, азота и углерода соответственно равны 1 моль, 1/2 моль, 1/3 моль, 1/4 моль. Исходя из молярных масс атомов этих элементов, определяем, молярную масса эквивалента фтора равна 19 г/моль, кислорода – 16 * 1/2 = 8 г/моль, азота – 14 * 1/3=4.67 г/моль, углерода – 12 * 1/4=3 г/моль.

Для определения молярной массы эквивалента не обязательно исходить из его соединения с водородом. Молярную массу эквивалента можно вычислить по составу соединения данного элемента с любым другим, молярная масса эквивалента которого известна.

Пример № 2.Вычислить молярную массу эквивалента металла, зная, что его хлорид содержит 79.78% хлора. Молярная масса эквивалента хлора равна 35.45 г/моль•экв.

Решение. Содержание металла в этом соединении составляет: 100 – 79.78=20.22%. Согласно закону эквивалентов: количество эквивалентов металла равно количеству эквивалентов хлора m_ме/ М э _ме = m_С_l/ М э _С_l, т.е.

20.22/ М э _ме = 79,78/35.45 => М э _ме=20.22•35.45/79.78=8.98 г/моль. Молярная масса эквивалента металла равена 8.99 г/моль.

Молярные массы эквивалентов химических соединений так же как молярные массы эквивалентов элементов могут иметь переменные значения. Это определяется характером превращения веществ.

Молярные массы эквивалентов оксидов в реакциях обмена:

где М_оксида – молярная масса оксида; n – число атомов элемента;

В – валентность (степень окисления) элемента.

Пример № 3.Определить эквивалентные массы оксидов железа.

Решение. Железо образует три оксида FeO, Fe₂O₃, FeO₃.

Молярные массы эквивалентов кислот в реакциях обмена:

где М_{кислоты} – молярная масса кислоты; n_н – число атомов водорода, содержащихся в молекуле кислоты, способных замещаться на металл.

Пример№4.Определить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности H₃PO₄ в следующих реакциях:

Решение. Молярная масса H₃PO₄ равна 98 г/моль.

В реакции (1) количество n_н атомов водорода, заместившихся на металл, равно 3, следовательно эквивалент Н₃Р0₄ равен 1/3 моль, а эквивалентная масса Э_Н₃_Р0₄ = 98/3 = 32.7 (г/моль).

В реакции (2) п_н-2, следовательно, эквивалент Н₃Р0₄ равен 1/2 моль, а эквивалентная масса Э = 98/2 = 49 (г/моль).

В реакции (3) п_н= 1, следовательно, эквивалент Н₃Р0₄ равен 1 моль, а эквивалентная масса Э = 98/1 = 98 (г/моль).

Молярные массы эквивалентов оснований в реакциях обмена:

где M_{основания} – молярная масса основания; n_он – валентность металла ли число гидроксильных групп в молекуле основания, способных заместиться на кислотный остаток.

Пример № 5.Определить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности Сu(ОН)₂ в следующих реакциях:

Решение. Молярная масса Сu(ОН)₂ равна 97.5 г/моль. В реакции (1) количество гидроксильных групп n_он, заместившихся на кислотный остаток, равно 2, следовательно фактор эквивалентности Сu(ОН)₂ равен 1/2 моль, а молярная масса эквивалента М э _С_u_(ОН)₂ = 97.5/2 = 48.75 (г/моль).

В реакции (2) количество гидроксильных групп n_он, заместившихся на кислотный остаток, равно 1, следовательно эквивалент Сu(ОН)₂ равен 1 моль, а эквивалентная масса Э_С_u_(ОН)₂ = 97.5/1 = 97.5(г/моль).

Эквиваленты солей в реакциях обмена:

где М_соли – молярная масса соли; –число атомов металла; –валентность (степень окисления) металла.

Пример № 6.Определить молярную массу эквивалента сульфата алюминия.

Решение. Молярная масса сульфата алюминия Al(SO₄)₃ равна 342 г/моль. Следовательно, М э _Al₂₍_SO₄₎₃ = 342/(2•3) = 57 г/моль.

Окислительно-восстановительные эквиваленты определяются путём деления молярной массы на число электронов, идущих на восстановление или окисление

где М_о(в) – молярная масса окислителя (восстановителя); n_е – число электронов, идущих на окисление (восстановление).

Пример № 7.Чему равна молярная масса эквивалентна перманганата калия как окислителя, если это вещество в процессе реакции восстанавливается: 1) до сульфата марганца; 2) до диоксида марганца; 3) манганата калия?

Выполнение работы

Определение эквивалентной массы металла

Задание: Определить экспериментально эквивалентную массу металла (магния, цинка – по заданию преподавателя) по количеству выделившегося водорода в реакции взаимодействия металла с соляной кислотой

Вычислить ее теоретическое значение и относительную ошибку эксперимента.

Приборы и реактивы.Прибор для определения эквивалента металла (рис.1.1.). Аналитические весы. Термометр. Барометр. Мерный цилиндр на 25-50 мл. Стаканчик химический. Фильтровальная бумага. Навеска металла (химически чистого) около 0.04 – 0.05 г. Соляная кислота (10мас.% раствор).

Ход определения.

1. Налить через воронку в бюретку воду до нулевого деления. Плотно закрыть отверстие бюретки пробкой со стеклянной трубкой. В одну часть сосуда Ландольта поместить навеску цинка. Другую часть сосуда через воронку наполнить на две трети объема разбавленной (10мас.%) соляной кислотой. Присоединить сосуд к свободному концу трубки, соединенной с бюреткой.

2. Проверить герметичность прибора. Для этого опустить или поднять воронку вместе с кольцом на 10-15 см. Если уровень воды в бюретке не меняется, то прибор герметичен и можно приступать к опыту. Если уровень воды в бюретке меняется, то необходимо плотнее закрыть пробками бюретку и сосуд, снова проверить и т.д. Уровень воды V₁ в бюретке до начала опыта записать с точностью до 0.1 мл.

3. Привести в контакт кислоту и металл, осторожно наклоняя сосуд Ландольта. После полного растворения металла выждать 5-7мин., чтобы содержимое сосуда охладилось. Затем установить на одной высоте уровень воды в бюретке и воронке. При этом внутри прибора создается давление, равное давлению наружного воздуха. Записать уровень воды V₂ в бюретке после опыта.

4. Результаты эксперимента внести в журнал по форме:

Уровень воды в бюретке:

Объем водорода при нормальных условиях (н.у.) V₀, мл………………

Температура опыта T = 273+t, K…………………………………………

Барометрическое давление P, мм рт.ст…………………………………..

Давление насыщенного водяного пара h, мм рт.ст. при температуре опыта……………………………………………………

Экспериментальная эквивалентная масса металла М э _эксп, г/моль……….

Теоретическая эквивалентная масса металла М э _теор, г/моль……………..

Относительная ошибка e, %.

Рис. 1.1.Прибор для определения эквивалента металла:

1) Бюретка для измерения объёма выделившегося водорода;

2) Сосуд Ландольта для проведения реакции;

3) Каучуковая трубка;

1. Подсчитать V_Н₂, вытесненного водорода по разности уровней в бюретке:

2. Привести это объем к нормальным условиям:

Величину h посмотреть в справочнике. Поправку h вводят вследствие того, что общее давление на воду является суммой пропорциональных давлений водорода и воды.

3. Вычислить экспериментальную массу металла:

где - эквивалентный объем водорода, равный 11200 мл/моль.

4. Сравнить найденную экспериментальную эквивалентную массу металла с теоретически посчитанным Э_теор = А/В, вычислив в процентах ошибку опыта:

3. Контрольные вопросы и задачи

1. Вычислить молярные массы эквивалентов следующих элементов:

а) магния, если известно, что при нагревании одного моль его в токе кислорода, масса увеличилась на 66.7%. Ответ: 11.9 г/моль;

б) олова, если при нагревании 0.9185 г его в токе кислорода образуется 1.166 г оксида олова. Ответ: 29.68 г/моль.

2. Определить молярную массу эквивалента элемента, если при восстановлении 1.3 г оксида этого элемента алюминием получилось 1.02г оксида алюминия, содержащего 47% кислорода. Ответ: 13.66г/моль.

3. Написать формулу соединения сурьмы с серой, если известно, что молярная масса атомов сурьмы равна 121.8 г/моль, эквивалентная масса ее - 40.6 г/моль, молярная масса атомов серы равна 32 г/моль, эквивалентная масса - 16 г/моль.

4. Определить молярные массы эквивалентов и факторы эквивалентности кислот и оснований в следующих реакциях:

5. Вычислить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности хромата калия К₂СrO₄ как окислителя, если К₂СrO₄ восстанавливается до КСrO₂.

6. Определить молярную массу эквивалента металла, если 0.34*10 -3 кг его вытесняют из кислоты 56.94*10 -6 м 3 водорода при температуре 0°С и давлении 94643 Па. Ответ: 67.8 г/моль.

7. Определить молярную массу эквивалента металла в следующих соединениях:

Лабораторная работа № 1 определение эквивалентной и мольной массы металла

Цель работы: Приобретение навыков экспериментального определения эквивалентной и мольной массы металла по объему вытесненного водорода.

В основе работы лежит способность некоторых активных металлов вытеснять водород из растворов кислот (HCl, H₂SO₄) по реакции

2 Me + 2n H + = 2 Me n+ + n H₂,

где Me = Mg, Al, Zn, Fe и другие.

змерив объем водорода, вытесненного из кислоты металлом заданной массы, и применив закон эквивалентов, можно определить эквивалентную массу, а затем и мольную массу металла.

Объем выделившегося в результате реакции водорода можно определить при помощи установки, изображенной на рис. 1. Установка состоит из бюретки 1 и химической воронки 2, соединенных каучуковой трубкой 3, и представляющих собой сообщающиеся сосуды, закрепленные на штативе 4. К бюретке присоединена пробирка 5.

Расположите воронку на штативе 4 так, чтобы уровень воды в бюретке находился на нулевой отметке (или на 0,1-0,5 мл ниже), а сама воронка была заполнена водой примерно наполовину.

Перед началом работы убедитесь в герметичности установки. Для этого, проверив, плотно ли закрыты отверстия 6 и 7, поднимите воронку на 10-15 см, закрепите ее в этом положении и наблюдайте в течение 1-2 минут за уровнем воды в бюретке. Если уровень воды за это время не меняется, значит, герметичность соединений обеспечена, и можно приступать к работе.

Рис. 1. Установка для определения эквивалентной массы металла по водороду

олучите навеску металла (m≈ 0,03-0,05 г) у преподавателя. По нижнему краю мениска замерьте уровень воды (V₁) в бюретке 1. Держа пробирку в наклонном положении, осторожно поместите в нее навеску металла так, чтобы после присоединения пробирки к установке металл находился ниже пробки, но не касался кислоты. Вновь проверьте герметичность установки, чтобы исключить потери выделившегося в результате реакции водорода. Затем установите пробирку вертикально, чтобы весь металл упал в кислоту.

После окончания реакции дайте пробирке охладиться (2-4 мин) и, перемещая воронку по штативу, установите одинаковый уровень воды в бюретке и воронке. Замерьте уровень воды в бюретке (V₂). Разность двух значений уровня воды в бюретке, до и после реакции металла с кислотой, дает объем выделившегося водорода V = V₂  V₁.

В лабораторном журнале вычертите таблицу 1, в которую внесите полученные данные. Туда же запишите показания термометра и барометра во время опыта.

Необходимо учесть, что водород, собранный над водой в бюретке, содержит водяной пар. Поэтому общее давление в бюретке (Р_атм), равное атмосферному, складывается из парциальных давлений газообразного водорода Р(Н₂) и насыщенного водяного пара Р(Н₂O): Р_атм = Р(Н₂) + Р(Н₂O).

Давление водяного пара при температуре эксперимента определите из табличных данных (табл. 2.).

Расчеты

Расчет мольной массы эквивалента (эквивалентной массы) металла М_{Э оп} по экспериментальным данным следует проводить двумя способами:

1) по массе выделившегося водорода m(Н₂) с использованием уравнения Менделеева-Клапейрона:

m (Н₂₎ = _________________________________________

и далее по закону эквивалентов:

вычисляем М _Э(Ме) : М _Э(Ме) = ________________________ .

2) по объему выделившегося водорода с использованием объединенного газового закона: приводят объем выделившегося в результате реакции водорода V(Н₂) к нормальным условиям V_о (Н₂ ):

V_о (Н₂) = _________________________________

и далее по закону эквивалентов с использованием эквивалентного объема водорода

где V_э(Н₂) = 11,2 л/моль = 11200 мл/моль, V_о(Н₂) – объем водорода, приведенный к нормальным условиям; р_о и Т_о – значения давления и температуры при нормальных условиях.

Вычислите среднее значение эквивалентной массы металла:

М _{Э(Ме) оп} =  и запишите его в табл. 1

Если валентность металла (W) известна, находите экспериментальное значение молярной массы металла – М _(Ме) _оп: М _(Ме)оп = М _Э(Ме)оп • W.

По значению молярной массы М_(Ме) _Оп и его валентности по периодической системе элементов определите металл и теоретическое значение его молярной массы М_{(Ме) теор.}

Если валентность металла неизвестна, следует последовательно придавать ей значения 1, 2, 3. Затем, умножая мольную массу эквивалента на значение валентности, определите возможные значения мольной массы металла и сравните их с подходящими по величине мольными массами элементов в периодической системе. Если свойства металла совпадают со свойствами элемента в данном месте таблицы, то делается вывод о том, что исследуемый металл определен, находится его валентность и теоретическое значение молярной массы.

Далее рассчитайте теоретическое значение эквивалентной массы:

и погрешности (ошибки) опыта (по молярной массе):

относительную  _отн =  •100 %.

Все рассчитанные значения занесите в таблицу 1.

Сделайте письменный вывод по проделанной работе и выполненным расчетам.

Экспериментальные и расчетные данные опыта по определению эквивалентной массы металла

Лаба №1Определение эквивалентной массы металла

Цель работы: определение эквивалентной массы металла, которая находится методом вытеснения водорода из раствора кислоты.

Основные теоретические положения: эквивалентом вещества называется такое его количество, которое соединяется с одним молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Эквивалентной массой называется масса одного эквивалента вещества.

Формулы для вычисления, перечень символов: Согласно закону эквивалентов массы, вступающие в реакцию веществ, пропорциональны эквивалентам этих веществ:

, где М1 и М2 – массы реагирующих веществ, кг; Э1 и Э2 – их эквиваленты.

Эквивалентная масса элемента:

Э = А/n , где А – масса одного моля атомов элемента;

n – его валентность.

Методика эксперимента

Получили навеску опилок металла у преподавателя.

Перед началом опыта проверили сосуд на герметичность.

Подготовили эвдиометр для собирания водорода. Заполнили его до краев водой (с помощью стакана), зажали открытый конец пальцем и, перевернув, погрузили в чашку с водой.

С помощью мерного цилиндра отмерили 5 мл раствора соляной кислоты HCl (в объемном соотношении I:I), влили ее через воронку в пробирку так, чтобы не замочить стенки изнутри. Держа пробирку в слегка наклонном положении, поместили внутрь на сухую стенку навеску опилок металла в папирусной бумаге, закрыли пробирку пробкой и конец газоотводной трубки подвели под водой внутрь эвдиометра.

Атмосферное давление записали по показаниям барометра:

1 мм рт. ст. = 1, 333 · 10 2 Па

763 мм рт. ст. = 1001707,9 Па

Комнатную температуру зафиксировали ртутным термометром:

22 ºС + 273 = 295 К

Значение парциального давления водяных паров h при температуре комнаты нашли по таблице:

Объем полученного водорода V_t = 31 · 10 -6 привели к нормальным условиям:

;

V₀ – объем выделившегося водорода при нормальных условиях (Т₀ = 273 К, Р₀ = 101325 Па), м 3

Р_Н2 – парциальное давление водорода, Па;

Т – температура опыта.

Используя закон эквивалентов, рассчитали эквивалентную массу металла:

Э_Ме = м 3 /моль

Э_Ме – эквивалентная масса металла, кг/моль;

m_Me – навеска металла, кг;

0,0112 – эквивалентный объем водорода при нормальных условиях, м 3 /моль.

11. Вычислим по соотношению Э = А/n теоретическую эквивалентную массу металла Э_т

Э_т (Zn) = м 3 /моль

12. Вычислим абсолютную и относительную погрешности в определении эквивалентной массы металла в процентах:

Уравнение химической реакции в молекулярном и ионном виде:

2 2 + H₂

Схема установки:

Рис 1. Схема установки: 1 – штатив; 2 – чашка с водой; 3 – эвдиометр; 4 – пробирка с газоотводной трубкой; 5 – деревянный штатив.

Читайте также: