Определение молярной массы

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ 
ЭКВИВАЛЕНТОВ МЕТАЛЛОВ

Цель работы – ознакомление с понятием эквивалент вещества и методикой расчета молярной массы эквивалентов по закону эквивалентов.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ  ВВЕДЕНИЕ         

Моль эквивалентов вещества (эквивалент) - это такое его количество, которое взаимодействует с одним  молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в  химических реакциях. Моль эквивалентов водорода равен одному 1 моль.         

Чтобы определить эквивалент вещества надо исходить из конкретной реакции, в которой участвует  данное вещество.

½ Mg + ½ H₂SO₄ = ½ MgSO₄ + ½ H₂          

Одному молю атомов водорода соответствует ½ моля магния, ½ моля MgSO₄ и ½ H₂SO₄.         

Отсюда

Э (Mg) = ½ моля, Э (MgSO₄) = ½ моля, Э(H₂SO₄) = ½ моля.

NaOH + ½ H₂SO₄ = ½ Na₂SO₄ + H₂O          

Отсюда

Э (NaOH) = 1 моль,     Э (Na₂SO₄) = ½ моля.

½ Ca + ⅓ H₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂ + ½ H₂         

Отсюда

Э (Ca) = ½ моля,   Э (Ca₃(PO₄)₂) = ¹/₆ моля,   Э(H₂) = ½ моля.

½ H₂ + ¼ O₂ = ½ H₂O         

Отсюда

Э(О₂) = ¼ моля,   Э(Н₂О) = ½ моля.          

Массу 1 моля эквивалентов называют молярной массой эквивалентов (эквивалентная  масса М_Э). Исходя из понятия моля эквивалентов и эквивалентной массы, для расчета молярной массы эквивалентов вещества можно использовать формулы:          

для простого вещества 

         

Для сложного вещества

 ^,

где           

М_А- атомная масса элемента            

М – молярная масса вещества           

В - валентность элемента или функциональной группы           

n - количество функциональных групп.         

Для оснований функциональной является гидроксогруппа (ОН‾), для кислот ион водорода (Н⁺), для солей ион металла.          

Пример.

Рассчитать молярную массу  эквивалентов сульфата алюминия.

         

Для газообразных веществ  удобнее пользоваться понятием объем  моля эквивалентов (эквивалентный объем). Согласно закону Авогадро моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 литра (молярный объем, V_М). Исходя из этого можно рассчитать эквивалентный объем любого газа (V_Э). Например V_Э (Н₂)=11,2 л, V_Э (О₂)=5,6 л.         

Все вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах  в соответствии с законом эквивалентов:          

Массы (объемы), участвующих  в реакции веществ, пропорциональны  их эквивалентным массам (эквивалентным  объемам). 

 

 ,            

 

 

         Из закона эквивалентов следует, что число молей эквивалентов участвующих в реакции веществ  одинаковы.         

Эквивалент вещества может  измениться в зависимости от условий  реакций.

NaOH + H₂SO₄ = NaHSO₄ + H₂O

1экв.     1экв.          1экв.      1экв.

М_Э(NaOH) = М(NaOH) = 40 г/моль

М_Э(H₂SO₄) = М(H₂SO₄) = 98 г/моль

2 NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2 H₂O

2экв.        2экв.       2экв.        2экв.

М_Э(H₂SO₄) = М(H₂SO₄)/2 = 49 г/моль

Cu(OH)₂ + HCl = CuOHCl + H₂O

1экв.         1экв.     1экв.        1экв

М_Э(Cu(OH)₂) = M(Cu(OH)₂) = 98 г/моль

Cu(OH)₂ + 2 HCl = CuCl₂ + 2 H₂O

2экв.      2экв.      2экв.      2экв

М_Э(Cu(OH)₂) = M(Cu(OH)₂)/2 = 49 г/моль

Пример.

Молярная масса эквивалентов металла равна 56 г/моль. Какой объем  кислорода (н.у.) образуется при разложении 1,28 г оксида этого металла.

Согласно закону эквивалентов:

Оксид металла это соединение металла с кислородом, поэтому  молярная масса эквивалентов оксида представляет собой сумму: 

М_Э(оксида) = М_Э(металла) + М_Э(О₂) = 56 + 8 = 64 г/моль

 мл.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ

Приборы и реактивы: прибор для измерения объема водорода, кислота соляная (W = 20%), цинк гранулированный.

Сущность опыта заключается  в определении объема водорода, выделившегося  при взаимодействии цинка с кислотой и расчете эквивалентной массы  цинка по закону эквивалентов.         

Описание работы:         

Определение эквивалентной  массы цинка по объему вытесненного водорода осуществляется  на лабораторной установке (рис.1).         

Установка состоит из двух бюреток: рабочей измерительной  Б₁ и уравнительной Б₂, соединенных резиновой трубкой Т и заполненных подкрашенной водой. К рабочей бюретке при помощи газоотводной трубки Г присоединена пробирка П.         

Перед началом выполнения опыта необходимо проверить герметичность  установки. Для этого пробирку плотно надеть  на пробку газоотводной трубки, после чего уравнительную бюретку поднять или опустить на 15-20 см, закрепить ее в этом положении лапками штатива и наблюдать в течение 1-2 минут за положением в ней уровня жидкости. Если за это время уровень воды не изменится, это будет означать, что прибор герметичен, и можно приступать к выполнению работы.         

Для удобства отсчета объема выделившегося водорода перед началом  работы жидкость в измерительной  бюретке установить на нулевую отметку (по нижнему мениску).         

В пробирку П налить 5-6 мл 20% -ой соляной или серной кислоты, опустить в пробирку навеску металла и быстро надеть пробирку на пробку с газоотводной трубкой, не нарушая герметичности прибора.

2HCl+Zn=ZnCl₂+H₂↑         

Когда весь металл растворится  и прекратится выделение водорода, дать пробирке остыть 1-2 минуты, и не снимая пробирки, привести положение жидкости в измерительной и уравнительной бюретке к одному уровню, для чего уравнительную бюретку опустить вниз. Отметить объем выделившегося водорода в мл в измерительной бюретке от нулевой отметки до уровня жидкости (по нижнему мениску).

Рис.1. Лабораторная установка для определения эквивалентной массы металла  

 

 

         Опытные данные

1.                             Навеска металла m, кг

2.                             Объем выделившегося водорода V, л

3.                             Температура t, ⁰С

4.                             Абсолютная температура Т, К

5.                             Атмосферное давление Р, кПа

6.                             Давление насыщенного водяного пара при данной температуре (Р_Н2O), кПа (см. таблицу 1).

7.                             Парциальное давление водорода, Р_Н2 = Р - Р_Н2О, кПа

Расчет эквивалентной  массы

1.                             Привести объем выделившегося водорода V к нормальным условиям V_o, применив уравнение объединенного газового закона:  

 

;        ,         

где  Т_О- абсолютная температура, 273 К                  

Р_О- давление при нормальных условиях, 101325 Па.

2.                             По закону эквивалентов рассчитать эквивалентную массу металла Э.

;       ,

где   М_э- эквивалентная масса металла, кг/моль        

m – масса навески металла, кг        

V_эо- эквивалентный объем водорода, л        

V_о – объем водорода, приведенный к нормальным условиям, л

3.                             Рассчитать относительную погрешность опыта:

относительная погрешность  ,

где  Э_теор.- теоретическое значение эквивалентной массы металла,

М_э теор.=М_А/В.        

М_А- атомная масса металла         

В – валентность металла.

Таблица 1

Давление  насыщенного водяного пара.

Температура, оС	18	19	20	21	22	23	24
Давление пара, кПа	2,06	2,20	2,37	2,48	2,64	2,80	2,98