Общая и неорганическая химия (стр. 3 )

Чистую и сухую колбу емкостью 300-350 мл закрыть резиновой пробкой. Карандашом по стеклу отметить уровень, до которого доходит пробка в горло колбы. Колбу с пробкой взвесить на технохимических весах с точностью до 0,01 г. Записать массу колбы с воздухом (m1).

Наполнить колбу диоксидом углерода, для чего опустить в колбу до дна газоотводную трубку от аппарата Киппа и пропускать газ в течение 3-4 минут, затем, не закрывая крана, осторожно вынуть стеклянную трубку, закрыть колбу пробкой (она должна входить до метки). После этого закрыть кран аппарата Киппа (или зажим на газоотводной трубке).

Взвесить колбу с диоксидом углерода с точностью до 0,01 г, записать массу m2.

Вторично пропустить газ из аппарата Киппа в течение 2-3 минут и снова взвесить колбу. Если разница в массе при двух последних взвешиваниях не превышает 0,01 г, колба считается заполненной.

Записать температуру и атмосферное давление по барометру-анероиду (t и Р).

Измерить объем колбы, наполнив ее водой до метки. Воду из колбы вылить в мерный цилиндр, объем воды равен объему диоксида углерода. Записать эту величину (V).

Вычисления

А) Масса диоксида углерода в колбе () равна:

= m2 – (m1 – mв) = m2 – m1 + mв,

где mв – масса воздуха, которым была заполнена колба.

Величины m1 и m2 определены экспериментально. Массу воздуха (mв) нужно подсчитать по уравнению Клайперона-Менделеева:

= = ,

где 29 - средняя молекулярная масса воздуха.

Вычислить массу диоксида углерода ().

В) Вычислить мольную массу диоксида углерода по уравнению Клайперона-Менделеева:

=

С) Подсчитать относительную ошибку опыта:

П =

5.4 Контрольные вопросы и задачи

1 Что называется относительной молекулярной массой вещества? В каких единицах она измеряется?

2 Что такое моль?

3 Что называется молярной массой вещества? В каких единицах она измеряется?

4 Что называется относительной плотностью одного газа по другому?

5 Методы определения молярной массы газов и паров.

6 Плотность газа по кислороду равна 2. Вычислить молярную массу этого газа.

7 Масса 0,5 л газа при н. у. равна 1,58 г. Вычислить плотность этого газа по водороду.

8 Какой объем при н. у. займут: а) 17 г аммиака; б) 17 г сероводорода.

9 2 г диоксида серы при 230С занимают объем 500 мл. Под каким давлением находится газ?

6 ЭКВИВАЛЕНТ И МОЛЯРНАЯ МАССА ЭКВИВАЛЕНТОВ

Лабораторная работа № 3

6.1 Цель работы

Ознакомление с понятием эквивалента, определение молярной массы эквивалентов.

6.2 Теоретическая часть

Закон постоянства состава гласит, что каждое химическое соединение имеет постоянный состав независимо от способа его получения. Отсюда следует, что элементы соединяются друг с другом в строго определенных количественных соотношениях. Поэтому в химии были введены понятия «эквивалент» и «молярная масса эквивалентов» (эквивалентная масса)

Эквивалентом элемента называют такое его количество, которое соединяется с одним молем атомов водорода или же замещает это же количество атомов водорода в химических уравнениях реакциях.

В химии единицей количества вещества является моль, а поэтому и эквивалент выражается в молях. Например, эквивалент хлора в соединениях HCl равен 1 моль, эквивалент серы в H2S равен ½ моль, эквивалент фосфора в РН3 равен 1/3 моль.

Масса одного моля эквивалентов называется молярной массой эквивалентов вещества Мэ, г/моль.

Так, в приведенных выше соединениях молярные массы эквивалентов хлора, серы, фосфора соответственно равны: Мэ(Cl) = 35,45 г/моль; Мэ(S) = ½ *32 =16 г/моль; Мэ(Р) = 1/3 * 30,9 = 10,3 г/моль.

Понятие об эквивалентах и молярных массах эквивалентов распространяется и на сложные вещества.

Эквивалентов сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества.

Для расчета молярной массы эквивалентов можно использовать формулы:

а) для простого вещества (элемента)

, (6.1)

где - молярная масса данного вещества;

- валентность атома.

б) для сложного вещества:

, (6.2)

где М - молярная масса данного вещества;

В - валентность функциональной группы;

n - число функциональных групп в молекуле.

Для кислот функциональной группой является ион водорода, для оснований – гидроксид-ион, для солей – ион металла.

Например,

Для определения состава эквивалентов вещества, участвующего в реакции, надо исходить из конкретной реакции. В этом случае надо учитывать следующее определение эквивалента:

Эквивалент – это реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образом эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основных и ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

При решении задач содержащих сведения об объемах газообразных веществ, пользуются понятием объема моля эквивалентов.

Как известно, моль любого газа при н. у. занимает объем, равный 22,4 л. Исходя из этой величины можно рассчитать объем одного моля эквивалентов газа при н. у.

Например, для водорода: Э(Н2) = ½ Н2; моль эквивалентов водорода в два раза меньше его моля, и поэтому объем одного моля эквивалентов водорода в два раза меньше его молярного объема:

22,4 : 2 = 11,2 л

Для кислорода Э(О2) = ¼ О2, отсюда объем одного моля эквивалентов кислорода в четыре раза меньше его молярного объема:

22,4 : 4 = 5,6 л

Все вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах.

Массы участвующих в реакции веществ пропорциональны молярным массам их эквивалентов (закон эквивалентов).

(6.3).

6.3 Экспериментальная часть

6.3.1 Опыт 1. Определение молярной массы эквивалентов металла методом вытеснения водорода.

Метод основан на измерении объема водорода, который выделяется из кислоты при действии на нее активного металла (Mg, Zn, Al). Применяемый для этой цели прибор (рис. 1) состоит из двух бюреток, укрепленных на штативе и соединенных резиновой трубкой.

В такой сообщающийся сосуд наливают воду

приблизительно до половины бюреток. Одну из бюреток сверху закрывают пробкой с отводной трубкой, к которой присоединяют пробирку, где происходит реакция между кислотой и металлом. Другая пробирка служит приемником для воды, вытесняемой выделяющимся при реакции водородом. Объем выделившегося водорода определяется по разности уровней воды в любой из бюреток до и после опыта при добавлении в закрытой бюретке, равном атмосферному. Давление газа в закрытой бюретке равно атмосферному, если вода в обеих бюретках находится на одном уровне.

Рисунок. 1 – Схема установки.

Получите навеску металла (m) у лаборанта. В пробирку налейте 10% раствора соляной кислоты (на одну четверть пробирки). Поддерживая пробирку в наклонном положении, поместите навеску металла на стенку у отверстия пробирки и закройте пробирку пробкой с отводной трубкой от бюретки. 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. Если разница в уровнях не меняется, прибор исправен.

Приведите воду в бюретках к одному уровню и отметьте уровень воды в открытой бюретке (V1). Отсчет произведите по нижнему мениску жидкости с точностью до 0,01 мл.

Стряхните металл в кислоту (смойте его кислотой). Наблюдайте выделение водорода и вытеснения воды из бюретки.

По окончании реакции дайте пробирке охладиться на воздухе, после чего снова приведите воду в бюретках к одинаковому уровню. Запишите новый уровень воды в открытой бюретке – V2, по разности уровней воды до и после реакции (V2-V1) определите объем выделившегося водорода.

Запишите показания термометра (t), барометра (р) и давление водяного пара при температуре опыта (при t = 23 0C рв. пара = 2,8 кПа, при t = 25 0C рв. пара = 3,2 кПа).

Вычисления:

А) Объем выделившегося водорода: (6.4);

В) Объем водорода при н. у. (6.5);

С) Теоретическая молярная масса эквивалентов металла (МЭ).

D)  Опытная молярная масса эквивалентов металла

m г металла вытесняют V0 мл водорода

x ------------------------- 11200 мл

Е) Относительная ошибка опыта (П) в %.

6.3.2 Опыт 2. Определение молярной массы эквивалентов карбоната кальция.

На технохимических весах взвесьте кусочки мрамора общей массой (m1) от 2 до 2,5 г (с точностью до 0,01 г). Поместите их в колбу или химический стакан емкостью 100 мл и добавьте небольшими порциями из бюретки 10 мл 1 н раствора соляной кислоты. Составьте уравнение реакции (учитывая, что мрамор – природный минерал, содержащий карбонат кальция).