- •Химия Методические указания по выполнению лабораторных работ
- •Химия Методические указания по выполнению лабораторных работ
- •Содержание
- •Общие методические указания
- •Лабораторная работа №1 Правила безопасности при работе в лаборатории общей химии. Элементы техники лабораторных работ. Весы и взвешивание
- •Лабораторная работа №2 Основные законы химии. Теория
- •Лабораторная работа № 3. Определение молярной массы химического эквивалента металла
- •Лабораторная работа № 4 Определение состава кристаллогидрата
- •Экспериментальная часть
- •Лабораторная работа № 5 Основные классы неорганических соединений. Теория
- •Лабораторная работа № 6 Основные классы неорганических соединений: оксиды, основания и амфотерные гидроксиды
- •I. Оксиды их получение и свойства
- •II. Гидроксиды, их получение и свойства
- •Экспериментальная часть
- •Лабораторная работа № 8 Основные классы неорганических соединений. Соли
- •Опыт 5: Получение солей взаимодействием двух солей
- •Необходимый уровень подготовки студентов
- •4. Уметь писать уравнения реакций, отражающие химические свойства оксидов, гидроксидов, солей. Знать условия протекания до конца реакций ионного обмена
- •Лабораторная работа № 9 Растворы. Теория
- •Лабораторная работа № 10 Приготовление растворов заданной концентрации
- •Лабораторная работа № 11. Малорастворимые электролиты. Произведение растворимости
- •Лабораторная работа № 12 Кинетика химических реакций. Теория
- •Лабораторная работа № 14.
- •Лабораторная работа №15 Химическое равновесие. Теория
- •Лабораторная работа № 16 Химическое равновесие и условия его смещения
- •Лабораторная работа №17. Адсорбция. Теория
- •Лабораторная работа №18 Изучение адсорбции уксусной кислоты на угле.
- •Химия Методические указания по выполнению лабораторных работ
Лабораторная работа № 3. Определение молярной массы химического эквивалента металла
Цель работы: познакомиться с понятием химического эквивалента, определить молярную массу химического эквивалента цинка методом вытеснения водорода.
Оборудование и реактивы: прибор для определения молярной массы эквивалента металла (см. рис. 1), термометр, барометр, 25%-ный раствор соляной кислоты, металлический цинк.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЯСНЕНИЯ
Химическим эквивалентом (Э) называется реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим способом эквивалентна (равноценна) одному иону водорода в кислотно-основных и обменных реакциях, либо одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.
Реальные частицы - это атомы, ионы, молекулы и т.д., а условные частицы - это, например, 1/2 (H2SO4), 1/4( С), 1/3( Fe3+).
В общем случае эквивалент любого вещества X может быть записан в виде ЭХ =1/z(X), где z - число эквивалентности, или эквивалентное число, которое всегда > 1. Оно показывает, сколько эквивалентов содержится в одной формульной единице вещества.
Для данного вещества z находится по конкретной реакции. В окислительно-восстановительных процессах z определяется числом электронов, принятых или отданных одной формульной единицей вещества, например, в реакции:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
Z(Mg)=2, т.к. магний в ходе окислительно-восстановительной реакции отдает 2 электрона, а ЭMg =½ (Mg). В обменных процессах Z определяется стехиометрией и равно знаменателю правильной дроби, которая получается при делении коэффициента перед веществом на самый большой коэффициент в реакции:
Аl2O3 + 6HCl =2AlCl3 +3H2O
Z (Аl2O3) = 6, т.к. при делении коэффициента перед АI2O3 на самый большой коэффициент в реакции - 6, получается правильная дробь , знаменатель которой равен 6;Z(HCl) = 1, т.к. при делении коэффициента перед HCl на самый большой коэффициент в реакции - 6, получается 1.
Когда речь не идет о конкретной реакции, при определении z для сложных веществ можно воспользоваться следующими правилами:
1) для оксидов z равно числу атомов элемента, умноженному на степень окисления элемента;
2) для кислот z равно основности кислоты;
3) для оснований z равно кислотности основания;
4) для солей z равно числу катионов металла, умноженному на заряд катиона.
Количество вещества эквивалента обозначается vЭ, единица измерения - моль. Один моль эквивалента вещества содержит 6,022-1023 эквивалентов.
Молярная масса эквивалента MЭ - это масса 1 моль эквивалентов вещества, измеряется в г/моль.
Связь между молярной массой эквивалента, количеством вещества эквивалента, массой и молярной массой вещества выражается соотношениями:
Экспериментальное определение молярной массы химического эквивалента цинка в данной работе основано на законе эквивалентов:
Вещества реагируют друг с другом в равных количествах эквивалентов .
Из закона эквивалентов следует, что массы реагирующих друг с другом веществ, а также массы продуктов реакции относятся друг к другу как молярные массы их эквивалентов:
Если вещество находится в газообразном состоянии то для него справедливы соотношения:;; где– количество вещества эквивалента;V– объем газообразного вещества в данных условиях; – молярный объем эквивалента вещества в тех же условиях;VM – молярный объем вещества; Z– число эквивалентности.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА
Устройство прибора для определения молярной массы эквивалента металла представлено на рисунке 1.
Бюретка (1) емкостью 50 мл соединена резиновыми трубками с воронкой (2) и пробиркой (3). В бюретку наливают воду, которая должна также заполнять часть воронки.
Перед началом опыта необходимо убедиться в герметичности прибора. Для этого, пустую пробирку соединяют с бюреткой, и поднимают воронку так, чтобы уровень воды в ней был выше, чем в бюретке. При этом в приборе создается давление, превышающее атмосферное. Если уровень воды в бюретке не изменяется после незначительного первоначального повышения, то прибор герметичен и готов к работе. В противном случае следует исправить дефекты, допущенные при сборке прибора.
При проведении опыта следует придерживаться следующей последовательности действий:
2
3
1
Рисунок 1 – Прибор для определения молярной массы эквивалента металла
Влить в пробирку на 1/5 ее объема через воронку соляную кислоту. Стенки пробирки при этом должны остаться сухими.
Держа пробирку в наклонном положении, положить на ее стенку кусочек цинка, взвешенный в лабораторной работе №1 так, чтобы он не соприкасался с кислотой.
3. Присоединить пробирку к прибору, плотно закрыв ее пробкой. Убедиться, что герметичность прибора не нарушена.
4. Передвижением воронки привести воду в ней и бюретке к одному уровню. Отметить и записать уровень воды в бюретке V1, произведя отсчет по нижнему краю мениска (утолщенная поверхностная пленка воды в бюретке). Мениск должен находиться на уровне глаз.
5. Стряхнуть цинк в кислоту. По окончании реакции дать пробирке остыть до комнатной температуры, после чего снова привести воду в бюретке и воронке к одному уровню. Отметить и записать уровень воды в бюретке V2. Разность V1 - V2 равна объему выделившегося водорода в реакции:
Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2↑
6. Отметить показания термометра и барометра.
7. Результаты опыта занести в таблицу 1.
Таблица 1
Масса цинка m(Zn), г
|
Условия опыта
|
Уровень воды, мл
|
Объем водорода V(H2), мл
| |||
Атмосферное давление Р, мм рт. ст.
|
Давление водяного пара h, мм рт ст.
|
Температура Т, К
|
до опыта V1
|
после опыта V2
| ||
|
|
|
|
|
|
|
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА
1. По разности уровней воды в бюретке до и после протекания реакции вычислить объем выделившегося водорода при температуре и давлении опыта.
2. Так как водород собирается над водой, то он насыщен водяным паром. Общее давление в приборе равно атмосферному и складывается из парциальных давлений водяного пара и водорода. Чтобы вычислить парциальное давление водорода, нужно из атмосферного давления Р вычесть величину давления насыщенного при температуре опыта водяного пара h. Для нахождения h следует воспользоваться данными табл.2.
P(H2)=P-h
Таблица 2 – Давление насыщенного водяного пара при различных
температурах
t,0С
|
h, мм рт. ст.
|
t,0С
|
h, мм рт. ст.
|
t,°C
|
h, мм рт. cm.
|
t,°C
|
h, мм рт. cm.
|
10
|
9,2
|
15
|
12.8
|
20
|
17,5
|
25
|
23.8
|
11
|
9,6
|
16
|
13.6
|
21
|
18.6
|
26
|
25,5
|
12
|
10,5
|
17
|
14.5
|
22
|
19.8
|
27
|
26,7
|
13
|
11,2
|
18
|
15,5
|
23
|
21,1
|
28
|
28,3
|
14
|
12,0
|
19
|
16,5
|
24
|
22.4
|
29
|
30.0
|
3.Привести объем выделившегося водорода к нормальным условиям (Р0 -760 мм рт.ст., Т0 = 273 К), используя объединенное уравнение газового состояния:
4. Рассчитать экспериментальное значение молярной массы эквивалента цинка в г/моль по закону эквивалентов в соответствии с формулой:
где VЭ(H2) - объем, занимаемый одним моль эквивалента газообразного водорода, равный половине молярного объема водорода, т.е. 11,2 л/моль или 11200 мл/моль.
5. Рассчитать теоретическое значение молярной массы эквивалента цинка, зная молярную массу цинка и эквивалентное число z, численно равное числу электронов, отданных цинком в ходе окислительно-восстановительной реакции с соляной кислотой.
6. Вычислить относительную ошибку опыта по формуле:
ε(%)=
НЕОБХОДИМЫЙ УРОВЕНЬ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ
1. Знать понятия: эквивалент, число эквивалентности, количество вещества эквивалента, молярная масса эквивалента.
2. Уметь выражать связь между молярной массой эквивалента, количеством вещества эквивалента, массой и молярной массой вещества.
3. Знать закон эквивалентов, уметь применять его для нахождения масс и молярных масс веществ, участвующих или образующихся в реакции.
4. Уметь определять молярную массу эквивалента элемента, эквивалент и молярную массу эквивалента вещества в реакции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Курс общей химии./Под ред. Н.В.Коровина. - М.:Высш. шк., 1990. -С. 147.
2. Л.М.Романцева, З.Л.Лещинская, В.А.Суханова. Сборник задач и упражнений по общей химии. - М. :Высш. шк., 1991. - С.44 - 47.