Учебно-методический комплекс дисциплины «Химия» (стр. 31 )

1)________________________; 2) _________________________.

5. Чтобы рассчитать эквивалент металла по его эквивалентной массе, необходимо использовать такое соотношение:________________.

Лабораторное занятие 3

Тема: Определение молекулярной массы оксида углерода (IV) (1 час)

Цель работы: освоение методов определения молекулярной массы газообразного вещества на примере углекислого газа (диоксида углерода).

Оборудование и реактивы: Весы технохимические и разновес. Мерный цилиндр на 500 мл. Аппарат Киппа с двумя промывными склянками. Колба вместимостью 250-500 мл с пробкой. Термометр. Барометр. Карандаш восковой. Мрамор. Растворы: хлороводородной кислоты (плотность 1,19 г/см3), серной кислоты (плотность 1,84 г/см3), вода.

Выполнение работы

Сухую колбу плотно закройте пробкой и отметьте восковым карандашом уровень, до которого пробка вошла в горло колбы. Взвесьте колбу с пробкой на технохимических весах с точностью до 0,01 г (m1).

Наполните колбу 10 углекислым газом из аппарата Киппа, которым пользуются для получения непрерывного тока газа в химических лабораториях (рис. 1.).

                 

Рис.1. Установка для получения и очистки диоксида углерода, состоящая из аппарата Киппа, промывных склянок и приемника СО2:

1 – шарообразная воронка; 2, 3 – соединенные между собой резервуары; 4, 5 – тубусы; 6 – кран; 7 – перетяжка, 8, 9 –промывные склянки; 10 – приемник СО2.

Аппарат Киппа состоит из двух частей: нижней, представляющей собой два соединенных между собой резервуара 2 и 3, и верхней – шарообразной воронки 1, удлиненный конец которой доходит почти до дна резервуара 3. В верхней части резервуара 2 имеется тубус 5, который закрыт пробкой с газоотводной трубкой, имеющей кран 6. В нижнем резервуаре 3 также имеется тубус 4, служащий для выливания жидкости из прибора. Чтобы зарядить аппарат, в резервуар 2 насыпают через тубус 5 твердое вещество. Размер кусочков твердого вещества должен быть таким, чтобы вещество не попадало в резервуар 3 через щель. Затем тубус 5 закрывают пробкой с газоотводной трубкой. Кран 6 открывают и в прибор через воронку сверху наливают кислоту в таком количестве, чтобы твердое вещество в резервуаре 2 было ею покрыто (слишком много жидкости наливать не следует). Начинается реакция между кислотой и твердым веществом, сопровождающаяся выделением, газа.

Кран 6 закрывают, и, если прибор герметичен, кислота вытесняется из среднего шара 2 под давлением выделяющегося в процессе реакции газа. Как только вся жидкость будет вытеснена из шара 2 в резервуары 3 и 1, реакция прекращается, и газ перестает выделяться.

Для возобновления выделения газа вновь открывают кран 6, жидкость при этом поднимается в средний резервуар 2, приходит в соприкосновение с твердым веществом, и аппарат начинает работать. По окончание работы кран 6 снова закрывают.

Для получения углекислого газа в резервуар 2 помещают мрамор СаСОз, а через воронку 1 наливают хлороводородную кислоту. (Почему в данном случае нельзя пользоваться серной кислотой?) Углекислый газ необходимо пропустить через две промывные склянки (см. рис. 1), одна из которых 8 наполнена водой, чтобы очистить газ от примеси хлористого водорода, а другая 9 – концентрированной серной кислотой для осушки газа. (Запишите уравнения реакций, протекающих в аппарате Киппа и промывных склянках.)

При наполнении колбы газ следует пропускать медленно, чтобы можно было считать пузырьки в промывных склянках. После заполнения колбы углекислым газом (через 3-4 мин. проба горящей лучиной), не закрывая крана у аппарата Киппа, медленно выньте газоотводную трубку из колбы и тотчас закройте колбу пробкой. Не нагревайте колбу руками, для чего при закрывании пробкой держите колбу пальцами за горлышко на весу в вертикальном положении. (Зачем необходима эта предосторожность?)

Взвесьте колбу с диоксидом углерода на тех же весах и с той же точностью, что и колбу с воздухом (m2).

Произведите контрольный опыт. В ту же колбу дополнительно пропускайте газ в течение 3 мин. и снова взвесьте колбу. Если воздух из колбы был полностью вытеснен диоксидом углерода, то результаты первого и второго взвешивания не должны расходиться более чем на 0,01 г. (В противном случае опыт следует полностью повторить).

Определите рабочий объем колбы (V), для чего наполните колбу дистиллированной водой до черты на горлышке колбы и измерьте объем воды, вылив ее в мерный цилиндр.

Запишите в журнал атмосферное давление р (по показанию барометра) и температуру Т (температуру помещения), при которых производился опыт.

Запись данных опыта и расчеты. Данные опыта запишите в следующем виде:

Масса колбы с пробкой и воздухом  m1, г
Масса колбы с пробкой и диоксидом углерода т2, г
Объем газа, равный объёму воды в колбе V, мл
Температура	Т, °C
абсолютная температура Т, К
Атмосферное давление	р, мм рт. ст.
р, Па

По полученным данным рассчитайте:

1. Объем газа в колбе при нормальных условиях (V0):

2. Массу воздуха (т3) в объеме сосуда, зная, что масса 1 л воздуха при нормальных условиях (св) равна 1,293 г: т3 = св∙V0

3. Массу пустой колбы с пробкой (т4): т4 = m1 – m3.

4. Массу диоксида углерода в объеме сосуда (т5): т5 = m2 – m4..

5. Абсолютную плотность СО2 (с), т. е. массу 1 л СО2 при н. у.: с= т5/V0

6. Относительную плотность СО2 по воздуху (Dв), зная, что молярная масса воздуха равна 29 г/моль: Dв = т5/m3

7. Молярную массу диоксида углерода:

а) по абсолютной плотности: М1 = 22,4∙с;

б) по относительной плотности: М2 = 29∙Dв;

в) по уравнению Клапейpoнa-Менделеева: .

По полученным значениям Мi рассчитайте среднее значение: Моп.(среднее) = ( М1 + М2 + М3)/3.

8. Погрешность опыта – абсолютную и относительную:

а) Абсолютная погрешность опыта (ДМ) при определении молярной массы вещества представляет собой разность между истинной молярной массой (Мис. т), определяемой по периодической системе элементов, и полученной опытным путем (Моп):

ДМ = |Мис. т – Моп|.

6) Относительная погрешность равна отношению абсолютной погрешности к истинной молярной массе и выражается в процентах:

е, % = (ДМ./Мис. т) Ч100%

Контрольные вопросы:

1. Для осушки газов применяются следующие вещества: гидроксид натрия, серная кислота, хлорид кальция, оксид кальция. Какие из этих веществ можно использовать для осушки: а) диоксида углерода; б) аммиака; в) азота; г) кислорода; д) сероводорода? Ответ мотивируйте.

2. Что тяжелее: сухой углекислый газ или равный объем этого газа, содержащий водяные пары (при одинаковых условиях)?

3. Что называют абсолютной и относительной плотностью газа?

4. Вычислите значение универсальной газовой постоянной (R) в:

.

5. Масса колбы с воздухом равна 63,872 г. После замещения воздуха газом масса колбы оказалась равной 64,182 г. Вместимость колбы 470 мл, температура. 15 °С, давление 102,66 кПа. Рассчитайте относительную плотность газа по воздуху и его молярную массу. Ответ: 1,53; 44,2 г/моль.

6. Масса 1 л газа при 21 °С и 96,26 кПа равна 2,52 г. Рассчитайте относительную плотность газа по водороду и его молярную массу. Ответ: 32; 64 г/моль.

Лабораторное занятие 4

Тема: «Определение энтальпии нейтрализации. Внутренняя энергия и энтальпия» (1 час)

Цель занятия: Определение энтальпии реакции нейтрализации для следующих реакций:

NaOH (р) + HCl (р) → NaCl (р) + H2O (ж)

KOH (р) + HNO3 (р) → KNO3 (р) + H2O (ж)

NH4OH (р) + CH3COOH (р) → NH4CH3COO (р) + H2O (ж)

Оборудование и реактивы:

Калориметр с мешалкой Термометр Бекмана или термометр с ценой деления 0,1°С 2N растворы: NaOН, КОН, HNO3,  HC1,  NH4OH, CH3COOH Секундомер (таймер) Мерные цилиндры на 50 мл для каждого раствора Технохимические (аптечные) весы с разновесами

Выполнение работы

Упрощенный калориметр состоит из двух стаканов. В большой стакан вставляют другой стакан меньшего размера. Стаканы не должны между собой соприкасаться. Во избежание потерь теплоты через стенки внутреннего стакана калориметра между ними помещают прокладки, внутренний стакан закрывают крышкой с тремя отверстиями в которые вставлены термометр {цена деления 0,1 оС} - мешалка и воронка для вливания растворов. Выполняются 2 опыта с сильными электролитами и 1 со слабыми.

Взвесить внутренний калориметрический стакан на технохимических весах и налить в него 50 мл 2 N раствора щелочи, отметить температуру раствора с точностью до 0,1 °С (t° щелочи). Вставить внутренний стакан с раствором щелочи во внешний стакан, закрыть его крышкой, в отверстие крышки поместить мешалку, термометр и воронку. Отмерить цилиндром 50 мл 2 N раствора кислоты и измерить его температуру (t°кислоты).

       При непрерывном помешивании быстро прилить через воронку раствор кислоты к раствору щелочи. Отметить самую высокую температуру раствора - t° конечную, которую показывает термометр после смешивания растворов. Вычислить среднюю температуру растворов до реакций - t° начальную (среднее арифметическое из температур растворов кислоты и щелочи), затем рассчитать разницу:  Δt°  = t° кон. – t0 нач.

Таблица 1.

Система	Масса калориметрического стакана, m1,г	Масса раствора, m2, г	t0нач.,оС=1/2 (t°щел.+t° кисл.)	t° кон., оС	Δt°  = t° кон. – t0 нач.	g=Δt°Cc, кДж	ΔН нейтрализации
Дж/моль	кДж/моль
NaOH (р) + HCl (р)
KOH (р) + HNO3 (р)
NH4OH (р) + CH3COOH (р)

       Вычислить g, выделяющуюся в калориметре по формуле: