Эквивалент
.pdf
следствию из закона Авогадро:
1 моль Н2 - 22,4 л (22400 мл) - 2,016 г. 0,1008 л (100,8) – х г.
x = 100,8 × 2,016 = 0,009 г. 22400
Теперь найденное значение m(H) подставим в формулу (I)
mэ(Me) = 0,506 ×1,008 = 56,16 г/моль. 0,009
Значения эквивалентных масс позволяют определить атомную массу металлов по формуле:
A = тэ · В
где В – валентность металла А – его атомная масса, в г/моль.
Если же валентность металла неизвестна, то атомную массу можно определить через удельную теплоемкость. В данных расчетах используется правило Дюлонга и Пти: "Произведение удельной теплоемкости простого твердого вещества на его атомную массу для большинства элементов приблизительно одинаково". Полученная величина имеет среднее значение, равное 26,8 Дж/моль·К (6,3 кал/моль·град). Она носит название атомной теплоемкости металлов (СА) и представляет собой количество тепла, необходимого для нагревания 1 моля атомов металла на один Кельвин. Математически это правило имеет вид:
СА = А · С ~ 26,8 Дж/моль·К |
(6) |
где С – удельная теплоемкость металла, Дж/г·К А – атомная масса взятого металла, г/моль
Под удельной теплоемкостью понимается то количество тепла, которое необходимо затратить для нагревания 1 г вещества на 1 Кельвин.
Пример 9. При окислении 0,16 г металла образовалось 0,223 г оксида. Вычислить точную атомную массу металла, зная, что удельная
теплоемкость 0,635 Дж/г·К.
Решение: По правилу Дюлонга и Пти найдем приближенное значение атомной массы данного металла:
Aприбл = СCA = 026,635,8 = 42,2 г/моль.
По формуле (1) найдем эквивалентную массу этого металла. Масса кислорода: 0,223 г. – 0,16 г. = 0,063 г.
mэ(Me) = m(Me) × mэ(O) = 0,160,063× 8 = 20,04 г/моль.
Зная приближенную атомную массу металла и его эквивалентную массу, можно найти валентность этого металла.
Полученное значение " В " округляем до целого числа.
В = |
А |
= |
42,2 |
= 2,1 » 2. |
|
|
|||
|
mэ |
20,04 |
|
|
Точная молярная масса металла находится из соотношения:
Aточная = mэ × В = 20,04 × 2 = 40,08 г/моль.
Экспериментальная часть 1. Требования безопасности труда
Перед началом экспериментальной части внимательно изучите методику выполнения работы. Эксперимент требует осторожности, неторопливости, особенно в начале практической части. Соляную кислоту, необходимую для реакции с металлом в объеме 5 мл, нужно отмерить с помощью градуированной пробирки либо пипетки, строго соблюдая при этом все указания преподавателя (см. также рис. 2 а, б в методическом указании).
2. Порядок выполнения работы
Прибор для определения эквивалента и эквивалентной кассы металла состоит из бюретки (емкостью 50 мл), воронки и пробирки, соединенных резиновыми трубками (см. рис. 1 а). Бюретка и воронка наполнены дистиллированной водой.
Для проведения опыта необходимо:
1.Проверить прибор на герметичность. Для этого нужно переместить воронку (не снимая пробирки) на несколько больших деления бюретки вниз и закрепить её (см. рис. 1 а, б). Если прибор герметичен, уровень воды в бюретке окажется постоянным. Непрерывное понижение уровня воды в бюретке означает, что прибором пользоваться нельзя. В этом случае следует устранить негерметичность прибора с помощью лаборанта.
2.Получить у преподавателя или лаборанта навеску металла.
3.Снять пробирку и, передвигая воронку, установить уровень воды в бюретке на делении "0" или несколько ниже (см. рис. 1 в).
4.Отмерить с помощью градуированной пробирки или пипеткой 5 мл разбавленной HCl (см. рис. 2 а, б), влить кислоту в пробирку, стараясь не смочить ее стенок. Держа пробирку наклонно (как это изображено на рис. 3), поместить всю навеску металла на верхнюю сухую стенку пробирки так, чтобы металл раньше времени не упал в кислоту.
5.Плотно закрыть пробирку пробкой, следя за тем, чтобы металл раньше времени не упал в кислоту (см. рис. 4 а). Отметить и записать начальный уровень воды в бюретке (а1) и стряхнуть металл в кислоту.
6.Наблюдать выделение водорода, сопровождающееся вытеснением воды из бюретки в воронку.
7.Когда закончится реакция, дать пробирке остыть, опустить воронку (не снимая пробирки) до одинакового уровня воды в бюретке и воронке (см. рис. 4 б), Отметить и записать конечный уровень воды в
бюретке (а2).
8. Записать показания термометра и барометра и приступить к расчетам.
3. Обработка результатов эксперимента
1. Определите объем водорода, вытесненного взятой навеской металла при температуре " t " и давлении " Р ":
V(H 2 ) = a1 - a2 ,
где a1 и a2 – соответственно начальный и конечный уровни воды в бюретке, мл
2. Приведите найденный объем водорода к нормальным условиям по формуле:
|
V(0H 2 ) = |
V(H ) × (P - h) × 273 |
, |
|
760 ×(273 + t) |
||
|
|
|
|
где V( |
0H 2 ) – и объем водорода при н.у., мл; |
||
V(H 2 ) – и объем водорода, полученный в опыте, мл;
P – атмосферное давление по барометру, мм.рт.ст.; t – температура по термометру, ºС;
h – давление водяных паров при температуре опыта (по табл. 1), мм.рт.ст.
3. Рассчитайте эквивалентную массу взятого металла по формуле:
m(Me) = mэ(Me)
V(0H ) Vэ(H )
Vэ(H)=11,2 л/моль = 11200 мл/моль.
Таблица 1.
Давление водяного пара, мм.рт.ст.
Температу |
Давление |
Температу |
Давление |
Температу |
Давление |
||||||
ра по |
|
ра по |
|
|
|
|
|
ра по |
|
|
|
Цельсию |
|
Цельсию |
|
|
|
|
|
Цельсию |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
4,6 |
11 |
|
|
9,8 |
|
|
21 |
|
18,65 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
4,9 |
12 |
|
10,52 |
|
22 |
|
19,83 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
5,3 |
13 |
|
11,23 |
|
23 |
|
21,03 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
5,7 |
14 |
|
11,99 |
|
24 |
|
22,38 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4 |
6,1 |
15 |
|
12,79 |
|
25 |
|
23,76 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
6,5 |
16 |
|
13,63 |
|
26 |
|
25,15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
7,0 |
17 |
|
14,53 |
|
27 |
|
26,58 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
7,5 |
18 |
|
15,48 |
|
28 |
|
28,03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
8,0 |
19 |
|
16,48 |
|
29 |
|
29,51 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
8,6 |
20 |
|
17,54 |
|
30 |
|
31,04 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
9,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Получите у преподавателя величину удельной теплоемкости исследуемого металла и, используя её значение, определите приближенную массу металла с помощью правила Дюлонга и Пти.
A = СCA = 26C,8 .
5. Зная приближенную атомную массу металла и его эквивалентную массу, найдите валентность металла, округлив её значение до целого числа.
В = |
A |
. |
|
||
|
m |
|
|
э(Me) |
|
6. Рассчитайте точную атомную массу металла.
A(точн) = mэ(Me) × В
7. По таблице Д.И. Менделеева определите (в группе, соответствующей полученной валентности), какой металл вы использовали в данной работе. Напишите уравнение реакции взаимодействия найденного металла с кислотой. Найдите погрешность эксперимента.
δ = Aточн - Aтабл ×1000 0 .
Aтабл
Полученные результаты занесите в таблицу.
|
|
|
|
|
|
Таблица 2. |
|
|
|
|
|
|
|
V(H 2 ) |
V( |
0H 2 ) |
mэ(Me) |
A(точн) |
δ |
Уравнение |
|
|
|
|
|
|
реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Требования к оформлению лабораторной работы
Оформление выполненной работы производится в тетради (лабораторном журнале) в следующем порядке:
дата ______
Лабораторная работа №_______
Название работы _____________
I. Теоретическое введение
(В введении должны быть кратко отражены основные положения, определения и формулировки законов, относящихся к выполнению данной работы).
II. Экспериментальная часть
1.Краткое изложение хода работы
2.Схема прибора
III. Расчеты
IV. Выводы
(В выводах сравните полученные результат эквивалентной и атомной масс металла с теоретическими, найденными по табл. Д.И. Менделеева).
Вопросы для самопроверки
1.Что означает понятия: элемент, атом, молекула, моль?
2.Что такое атомная масса элемента, в каких единицах она измеряется? Как рассчитывается атомная масса элемента через его эквивалентную массу?
3.Эквивалент и эквивалентная масса элементов, оксидов, кислот, оснований и солей.
4.Закон эквивалентов, формы его математических записей.
5.Сформулируйте закон Авогадро, его следствия.
6.Понятие о моле атомов и молекул. Как от объема газа (при н.у.)
перейти к его массе, зная только молекулярную массу газа?
7. Что называется атомной теплоемкостью, каково её значение? В каких единицах она измеряется? Дайте определение удельной теплоемкости металла. Правило Дюлонга и Пти для твердых веществ.
Упражнения
1.Сколько эквивалентных масс содержится в: а) 6,5 граммах цинка?
б) 22,4 литрах кислорода?
в) 30 граммах оксида азота N0?
2.Оксид меди содержит 79,9 % меди. Определите эквивалентную массу меди, и ее валентность в этом оксиде. Чему равен эквивалент меди.
3.Сколько мл водорода, измеренного при н.у. выделилось при растворении в кислоте 0,45 г металла, эквивалентная масса которого равна 20 г/моль?
4.В состав 4,2 г сульфида входит 1,8 г какого-то металла. Зная, что удельная теплоемкость металла равна 1,2 Дж/г · К, определите его атомную массу. По табл. Д.И. Менделеева найдите металл использованный в задаче.
5.Зная, что 0,418 г какого-то элемента соединяется с 0,084 л кислорода, измеренного при н.у., вычислите эквивалентные массы данного элемента и его оксида.
6.Рассчитайте эквивалентные массы солей NaHCO3 и Аl(ОН)2NО3
вследующих реакциях;
1.NaHCO3 + NaOH= Na2CO3 + H2O,
2.Al(OH)2NO3 + 2HNO3=Al(NO3)2 + 2H2O.
Литература 1. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1985. ч.1, § 8, 9, 12.
2.Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. Л.: Химия, (Лен.отдел.) 1987, ч.1, § 1, 2, 4.
3.Л.М. Романцева, З.Л. Лещинская, В.А. Суханова. Сборник задач
иупражнений по общей химии. М.:„Высшая школа”, 1991. § 10, 11.
