3. Лабораторная работа. Химический эквивалент и молярная масса эквивалента

Опыт 1. Определение молярной массы эквивалентов металла методом

вытеснения водорода.

3.1. Цель работы: определить экспериментально молярную массу эквивалента металла (Mg, Al или Zn) по объему водорода, выделившегося при взаимодействии металла с соляной кислотой:

Ме + nНСl = МеСl_n + n/2H₂↑

Идентифицировать металл. Рассчитать ошибку определения молярной массы эквивалентов металла.

3.2. Оборудование и материалы.

1. Рис.1 - прибор для определения объема выделившегося водорода

1. штатив;

2. две градуированные бюретки (мл) с водой;

3. пробирка с навеской металла и кислотой;

4. соединительная резиновая трубка;

5. пробка с отводной трубкой, соединенной с бюреткой

1

22

3

4

5

2. Барометр.

3. Термометр.

4. Раствор соляной кислоты НСl, 10%.

5. Навеска металла, г.

3.3. Ход работы.

1. Получите навеску металла у преподавателя. Массу навески запишите в таблицу.

2. В пробирку (рис.1. п.3) налейте соляной кислоты HCl (на одну четверть пробирки).

3. Поддерживая пробирку в наклонном положении, поместите навеску металла на стенку у отверстия пробирки, не опуская в кислоту; закройте пробирку пробкой с отводной трубкой (рис.2. п.5), соединенной с бюреткой.

4. Проверьте герметичность прибора. Для этого, не трогая бюретку с пробиркой, переместите другую бюретку вместе с лапкой штатива так, чтобы уровень воды в ней стал на 5-10 см выше, чем в первой бюретке. При разгерметизации прибора уровни воды в обеих бюретках станут одинаковыми (сообщающиеся сосуды). В таком случае проверьте плотность соединения пробирки с бюреткой и снова испытайте прибор на герметичность. Если разница в уровнях не изменяется, прибор герметичен, и можно продолжать эксперимент.

5. Приведите воду в бюретках к одному уровню и отметьте уровень воды в открытой бюретке. Отсчет проводите по нижнему мениску жидкости с точностью до 0,1 мл. Запишите значение V₁(Н₂О) в таблицу.

6. Аккуратно наклоните пробирку так, чтобы кислота смыла навеску металла. Наблюдайте процессы выделения пузырьков водорода и вытеснение воды из бюретки.

7. По окончании реакции, когда перестанет меняться уровень воды в бюретках, дайте пробирке охладиться до комнатной температуре (почему?), а затем приведите положение воды в бюретках к одинаковому уровню. Запишите новое значение уровня воды V₂(Н₂О) в открытой бюретке.

Разность значений уровней воды до и после реакции будет равна объему выделившегося водорода V(Н₂) = V₂ - V₁.

3.4. Расчетная часть.

Таблица 1. Данные для расчета молярной массы эквивалента металла.

Ме	Теор. значение Мэ(Ме), г/моль	Масса навески m(Ме), г	Уровень воды в бюретке, мл		V(Н2) л	t^0,C oпыта	Давление, мм рт. ст.
			до опыта V1	после опыта V2			Ратм	РН2О	РН2
Zn Mg Al

1. Запишите три уравнения возможных химических окислительно-восстановительных реакций и полуреакций. Укажите окислитель и восстановитель:

Zn + НСl →

Mg + НСl →

Al + НСl →

2. Рассчитайте теоретические значения молярных масс эквивалентов трех металлов по формуле: М_э(Ме) = М(Ме) / Z(Ме).

3. На основе закона эквивалентов рассчитайте экспериментальное значение молярной массы эквивалента металла:

n_э(Ме) = n_э(Н₂)

или

,

где m(Ме) - масса навески металла в г;

М_э(Ме) – экспериментальное значение молярной массы эквивалента металла, г/моль;

V_э(Н₂) – молярный объем эквивалента водорода (л/моль) при н.у., который рассчитывается по формуле: V_э(Н₂) = 22,4)/Z(Н₂);

V₀(Н₂) – измеренный объем водорода (V(Н₂)), приведенный к нормальным условиям (поскольку молярный объем эквивалента водорода V_э(Н₂) был рассчитан при нормальных условиях). V₀(Н₂) рассчитывается из уравнения газового состояния:

Þ ,

где V(Н₂) – объем водорода (л), рассчитанный как V₂(Н₂О) - V₁(Н₂О);

Р(Н₂) – парциальное давление водорода (мм рт.ст.) определяется как разность атмосферного давления и насыщенного водяного пара (табл.2), поскольку даже при комнатной температуре водяные пары обладают заметным давлением:

Р(Н₂) = Р_атм – Р_{вод.пара};

Р₀ – давление при нормальных условиях (760 мм рт.ст.);

Т_опыта – комнатная температура опыта, К;

Т₀ – температура при нормальных условиях (273 К);

4. Сравните экспериментальное значение М_э(Ме) с теоретическими значениями и определите, какой металл участвовал в реакции.

5. Рассчитайте абсолютную и относительную ошибки определения М_э(Ме) по формулам:

- абсолютная ошибка: Δ = М_э^теор(Ме) - М_э^оп(Ме)

- относительная ошибка: δ =

6. По полученным результатам сделайте вывод об идентифицированном металле.

Таблица 2. Давление насыщенных паров воды

Температура, ^о С	Давление		Температура, ^оС	Давление
	кПа	мм рт.ст		кПа	мм рт.ст.
13	1,49	11,2	22	2,64	19,8
14	1,58	11,9	23	2,81	21,1
15	1,68	12,6	24	2,99	22,4
16	1,81	13,6	25	3,17	23,8
17	1,93	14,5	26	3,36	25,2
18	2,07	15,5	27	3,56	26,7
19	2,20	16,5	28	3,75	28,1
20	2,33	17,5	29	3,97	29,8
21	2,49	18,7	30	4,21	31,6