Неорганическая химия (стр. 14 )

Для солей эквивалент может быть найден по числу замещенных либо катионов, либо анионов, так как произведение nizi и для тех и других должно быть одни и тем же.

В реакции

Al2(SO4)3 + BaCl2 à BaSO4 + AlCl3

Эквивалент первой соли может быть может быть найден по числу ионов алюминия, замещенных ионами бария, либо по числу сульфат-ионов, образующих с ионами бария осадок. И в том, и другом случае итог будет одинаков:

.

Для солеобразующих оксидов (основных, кислотных, амфотерных) эквивалент определяется количеством ионов соответствующего оксиду основания или кислоты и их зарядом. В реакции между Р2О5 и СаО

Р2О5 + СаО à Са3(РО4)2

Эквивалент Р2О5, образующего два трехзарядных фосфат-иона, равен Э = М:6, а эквивалент СаО, дающего один двухзарядный ион Э = М:2.

Для расчета эквивалентов веществ, образующих комплексные соединения, применима аналогичная формула. Например, для реакции

AlF3 + 3NaF à Na3[AlF6]

Эквивалент фторида алюминия определяется количеством и зарядом дополнительно присоединяемых ионов фтора: .

3.2.1. Лабораторная работа № 4

«Определение эквивалента магния»

Собрать прибор (рис. 44, а или б), емкость плоскодонной колбы 1 л. Проверить герметичность прибора. Взвесить на аналитических весах с точностью до 0,01 г не более 0,5 г ленты магния. Вычислить, какой объем 10 % - го раствора серной кислоты необходим для растворения взятого количества магния. Отмерить требуемый объем кислоты и добавить избыток ее в количестве 100 % по объему. Осторожно вылить кислоту в колбу Вюрца, не смачивая стенок горла колбы. Укрепить колбу в наклонном положении в лапке штатива. Положить отвешенное количество металла в горло колбы. Отверстие колбы тщательно закрыть пробкой. Привести давление в приборе к атмосферному. Отмерить мензуркой точно 50 или 100 мл воды и вылить в стакан (кончик сифона должен быть погружен в воду). Открыть зажим и передвинуть его по соединительной трубке на пробку колбы с водой. (Выполнить в присутствии преподавателя!) Привести колбу Вюрца в рабочее положение, повернув ее так, чтобы металл упал в кислоту.

После охлаждения прибора до комнатной температуры привести давление в нем к атмосферному. Измерить объем воды, вытесненной из прибора водородом. Написать уравнение химической реакции. Вычислить, чему равен эквивалент взятого металла. Сравнить значение найденного эквивалента магния с истинным его значением, результаты записать в журнале (см. таблицу).

Данные опыта	Номер опыта
1	2
Масса магния, г
Атмосферное давление, мм рт. ст
Температура, °С
Давление водяного пара, мм рт. ст.*
Объем воды в стакане до опыта, л
Объем воды в стакане после опыта, л
Объем водорода в условиях опыта, л
Объем водорода при нормальных условиях, л
Эквивалент металла, г
Величина ошибки определения эквивалента, %

*Давление водяного пара см. в Прил. I, табл. 17.

Рис. 44. Приборы для определения эквивалентов металлов

3.2.2. Лабораторная работа

«Определение эквивалентов металлов

(магния, цинка, железа, алюминия и других) с использованием эвдиометра»

Более точные результаты по определению химических эквивалентов металлов достигаются при определении объема вытесненного из кислоты (или щелочи) металлом водорода с помощью эвдиометра (рис. 44, б), представляющего собой две соединенные резиновой трубкой бюретки емкостью 50 мл, одна из которых (У) соединена с реакционным сосудом 2 (в данном случае пробирка Оствальда), другая (3) открыта, что позволяет простым выравниванием уровней в бюретках создать в приборе атмосферное давление.

Собрать прибор (рис. 44, б). Стеклянный кран 4 можно заменить зажимом. Открыть кран 4, в бюретку 3 налить воду и заполнить бюретку 1, вытеснив воздух через кран 4. Укрепить бюретку 1 на штативе так, чтобы уровни воды в бюретках совпадали с нулевым делением бюретки 1. Взять такое количество металлической проволоки или фольги, чтобы масса его не превышала 0,12 г. Взвешивание провести на аналитических весах с точностью до 0,0002 г.

Металл поместить в одно из колен пробирки, в другое налить рассчитанное для растворения взятого металла количество (по объему) 20 % - го раствора соляной (серной) кислоты, добавив 25 % избытка.

Проверить прибор на герметичность. Для этого закрыть кран 4,снять бюретку 3 со штатива и опустить вниз на 15-20 см. Уровень в бюретке 1 несколько снизится и останется без изменения, если прибор герметичен. При возвращении бюретки 3 на прежнее место вода в бюретках должна быть на нулевом уровне.

Повернуть пробирку 2 так, чтобы кислота перелилась в колено с металлом. Если опыт проводится с железом, необходим подогрев. Для этого погрузить реакционную пробирку в стакан с горячей водой. Водород, выделяющийся в результате реакции взаимодействия металла с раствором кислоты, вытесняет из бюретки воду. Уравнительный сосуд при этом надо опускать и во время опыта стараться держать воду в нем и бюретке на одном уровне, чтобы давление газа внутри прибора было все время близким к атмосферному. Записать показания барометра и термометра.

Когда весь металл растворится, прекратить понижение уровня воды в бюретке 1. Окончательный отсчет показаний на бюретке сделать после того, как пробирка 2 охладится до комнатной температуры.

Опыт повторить. Написать уравнение реакции. Вычислить, чему равен эквивалент взятого металла. Сравнить значения найденного эквивалента с истинным его значением. Результаты записать в таблицу.

Задания к лабораторной работе

«Определение молярной массы эквивалента металла»

1.  История развития атомно-молекулярного учения.

2.  Понятия атома, молекулы, элемента. Размеры атомов и молекул. Методы их определения. Единицы измерения атомных и молекулярных масс.

3.  Молекулярные формулы. Формульные единицы. Структурные и графические формулы молекул.

4.  Понятие эквивалента в химии. Определение эквивалентов веществ в реакциях. Молярная масса эквивалента.

5.  Основные стехиометрические законы химии. Современные формулировки. Ограничение их действия. Закон сохранения массы вещества. Закон постоянства состава. Закон кратных отношений. Закон эквивалентов.

Литература: [13] т. 1, гл. 1, 2; [15] гл. 1, 29.

Вопросы и задачи

1.  Можно ли соединению состава FeO1,14 приписать формулу Fe0,88O? Можно ли это соединение рассматривать как смесь FeO и Fe2O3 в соответствующей пропорции?

2.  Насколько справедливо использование понятия «моль» в применении к соединениям с немолекулярной структурой; к нестехиометрическим соединениям?

3.  Выразить значение молярной массы эквивалента через молярную массу вещества для

а) фосфорной кислоты в реакциях

H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O;

H3PO4 + 2 NaOH = Na2HPO4 + 2 H2O;

H3PO4 + 3 NaOH = Na3PO4 + 3 H2O;

б) гидроксида меди в реакциях

Cu(OH)2 + 2 HCl = CuCl2 + 2 H2O;

Cu(OH)2 + HCl = CuOHCl + H2O;

в) основного хлорида железа в реакциях

Fe(OH)2Cl + HCl = FeOHCl2 + H2O;

Fe(OH)2Cl + 2 HCl = FeCl3 + 2 H2O;

Fe(OH)2Cl + NaOH = Fe(OH)3 + NaCl;

г) сульфата хрома в реакциях

Cr2(SO4)3 + 6 KOH = 2 Cr(OH)3 + 3 K2SO4;

Cr2(SO4)3 + 12 KOH = 2 K3[Cr(OH)6] + 3 K2SO4;

д) сульфата марганца в реакциях

MnSO4 + 2 KOH = Mn(OH)2 + K2SO4;

MnSO4 + 2 Cl2 + 8 KOH = K2MnO4 + 4 KCl + K2SO4 + 4 H2O;

2 MnSO4 + 5 K2S2O8 + 8 H2O = 2 HMnO4 + 2 H2SO4 + 10 KHSO4.

4. Какими методами можно определить молярную массу эквивалента магния? Приведите уравнения реакций, лежащих в основе предложенных методов.

[10] № 19 (стр. 12); [11] №№ 6, 13.

[3] гл. 3, лабораторная работа “Определение эквивалента металла»

5. Вычислить эквивалент металла, зная количество металла и массу вытесненного им водорода:

Металл	Fe	Zn	Mg	Al
Навеска, г	1,40	1,63	1,20	0,90
Масса Н2, г	0,05	0,05	0,10	0,10

6. Вычислить эквивалент олова по процентному содержанию его в оксиде: а) 88,12 % Sn, 78,90 % Sn.

7. Вычислить эквивалент вольфрама в оксиде, имеющем формулу: а)W2O5, WO3.

8. вычислить эквивалент титана в его хлоридах: TiCl2, TiCl4. Эквивалент хлора равен 35,5.

9. Какое количество оксида получится при окислении: а) 0,5 г металла, эквивалент которого 20,0; б) 1 г металла, эквивалент которого 23.

10. При магнийтермическом восстановлении хлоридов металлов получается металл и хлорид магния MgCl2. Вычислить эквивалент циркония, зная, что эквивалент магния равен 12, если: а) при восстановлении 2,33 г хлорида теоретический расход магния составляет 0,48 г; на восстановление 1,875 г хлорида циркония требуется 0,34 г магния; в) при затрате 1,2 г магния получено 4,56 г циркония.

11. Сколько грамм-эквивалентов содержится в 1 моль кислоты: H3BO3, H2B4O6, H3PO4, HVO3, H4TiO4?

4. РАСТВОРЫ

4.1. Лабораторная работа

«Приготовление пересыщенных растворов»

Тиосульфат натрия. Положить несколько кристаллов кристаллогидрата тиосульфата натрия в сухую пробирку и очень медленно нагреть. Что происходит? Затем опустить в расплав термометр и дать ему охладиться до комнатной температуры. В пробирку внести маленький кристаллик исходного вещества. Что при этом наблюдается? Как изменится температура? Объяснить наблюдаемые явления.