Основные расчетные формулы молярных масс эквивалентов сложных веществ

Молярная масса эквивалентов элемента в соединении А_аВ_в:

,

где в – эквивалентное число.

Молярная масса эквивалентов оксида А₂О_в:

.

Молярная масса эквивалентов кислоты Н_аВ:

,

где а – основность кислоты.

Молярная масса эквивалентов основания А(ОН)_в:

,

где в – кислотность основания.

Молярная масса эквивалентов соли А_аВ_в:

.

Моль любого газа при нормальных условиях занимает объем V_m= 22,4 л. Соответственно, для вычисления объема моля эквивалентов газа необходимо знать число молей эквивалентов в одном моле газа. Например, в реакции окисления водорода

Э, поэтому, значит один моль эквивалентов водорода занимает при нормальных условиях объем

л.

Объем одного моля эквивалентов кислорода в реакции восстановления

равен 22,4 : 4 = 5,6 л, т.к. Э,. Объем эквивалентов вещества определяется формулой:

(для водорода – 11,2 л/моль, для кислорода – 5,6 л/моль).

Закон эквивалентов:вещества реагируют друг с другом в эквивалентных соотношениях, т.е. моль эквивалентов одного вещества реагирует с молем эквивалентов другого вещества.

Например, в реакции:

;

;,

т.е. один моль эквивалентов цинка (мольZn) реагирует с одним молем эквивалентов кислоты (1 мольHCl) с образованием одного моля эквивалентов хлорида цинка (мольZnCl₂). В соответствии с законом эквивалентов количество веществ эквивалентов реагирующих соединений равны:

,

где Т – вещество, вступающее в реакцию с анализируемым соединением.

Раствор, содержащий один моль эквивалентов вещества в литре, называется «нормальным». Нормальная концентрация раствора выражается в кмоль/м³или моль/л и обозначается «Н» или «N». Закон эквивалентов для реакции:

mA+nB=A_mB_n,

протекающей в растворе, можно записать следующим образом:

,

где V_AиV_B– объемы реагирующих растворов; N_АиN_В– их нормальные концентрации.

Закон эквивалентных отношений можно выразить формулой:

.

Определение количества вещества эквивалентов А

.

Для удобства расчетов в аналитике используют вспомогательный способ выражения состава раствора – молярную концентрацию эквивалента :

.

2.2 Экспериментальная часть

Метод определения молярной массы эквивалента (Al,Mg,Zn) основан на измерении объема водорода, который выделяется из кислоты при действии на нее активного металла.

Применяемый для этой цели прибор (рис.2.1) состоит из бюретки 1 для измерения объема водорода, уравнительного сосуда 2 и реакционной пробирки 3, укрепленных на штативе 4 и соединенных резиновым шлангом 5. В такой сообщающийся сосуд наливают воду приблизительно до половины бюретки.

Объем выделившегося водорода определяют по разности уровней воды в бюретке до и после опыта при давлении в закрытой бюретке, равном атмосферному. Давление газа в закрытой бюретке равно атмосферному, если вода в бюретке и уравнительном сосуде находится на одном уровне.

Пар над поверхностью воды обладает определенным давлением при данной температуре (Т). Это следует учитывать при вычислении объема водорода, собранного в бюретке над водой. Поэтому для определения парциального давления водороданеобходимо от общего атмосферного давления вычесть давление насыщенного водяного пара(см. приложение 1):

. (2.1)

Для приведения объема выделившегося водорода к нормальным условиям используют уравнение газового состояния:

, (2.2)

где V₀– объем водорода при н.у., мл; Р₀– парциальное давление водорода при н.у., равное 760 мм рт. ст. (101,3 кПа); Т₀– температура, 273 К;V– объем водорода при данных условиях, мл; Р – парциальное давление водорода при условиях опыта, равное, мм рт. ст. (кПа); Т – температура опыта, К.

Определив объем водорода при н.у., вычисляют массу одного моля эквивалента металла: m_Гметалла вытесняютV₀мл водорода, М_Эметалла вытесняют 11200 мл Н₂.

. (2.3)

Можно не приводить объем вытесненного водорода к н.у., а использовать уравнение Менделеева-Клапейрона

. (2.4)

С помощью этого уравнения можно объем водорода пересчитать на массу водорода.

Расчет М_Э(Ме) производится на основании закона эквивалентов

. (2.5)

Работа выполняется в следующей последовательности:

– Ознакомьтесь с прибором для определения молярной массы эквивалента металла.

– Зарисуйте схему прибора (рис.2.1), обозначьте основные его части.

– Получите у лаборанта навеску металла, взвешенную на аналитических весах с точностью до 0,0001 г (m, г).

– Налейте в реакционную пробирку разбавленную серную кислоту (около 1/3 пробирки). Стенки пробирки должны быть сухими (капли кислоты убрать с помощью фильтровальной бумаги).

– Поддерживая пробирку в наклонном положении, поместите навеску металла (не опуская в кислоту) на стенку у отверстия пробирки и осторожно присоедините реакционную пробирку к бюретке так, чтобы металл не упал в кислоту.

– Проверьте герметичность прибора. Для этого, не трогая бюретку с пробиркой переместите воронку вместе с кольцом штатива на 5-10 см выше, чем уровень воды в бюретке. Если разница в уровнях не изменяется, прибор герметичен.

– Приведите воду в бюретке и воронке к одинаковому уровню и отметьте уровень воды в бюретке (h₁, мл). Отсчет производите по нижней точке мениска воды с точностью до 0,1 мл.

– Опустите реакционную пробирку и стряхните металл в кислоту. Наблюдайте выделение водорода и вытеснение воды из бюретки.

– По окончании реакции приведите воду в бюретке и воронке к одинаковому уровню. Запишите новый уровень воды в бюретке (h₂, мл).

– По разности уровней воды до и после реакции рассчитайте объем выделившегося водорода .

По данным опыта определите молярную массу эквивалента металла. Сравнивая ее с теоретическим значением молярной массы эквивалента металла (Al,Mg,Zn), определите какой металл был взят для реакции.

Запишите в журнал: навеску металла, г; уровень воды в бюретке до и после реакции, мл; температуру, К; атмосферное давление, мм рт. ст.; давление водяного пара, мм рт. ст.; давление водорода, мм рт. ст.

По полученным данным рассчитайте:

1) объем выделившегося водорода;

2) объем водорода при н.у.;

3) массу водорода;

4) теоретическую молярную массу эквивалента Al,Mg,Zn;

5) экспериментальную молярную массу эквивалента металла;

6) относительную ошибку опыта

. (2.6)

Исходные данные и результаты работы запишите в форме таблицы 2.1.

Таблица 2.1

Экспериментальные данные

Расчетные данные

Навеска металла m (г)

Т, К

Ратм, мм рт.ст.

, мм рт.ст.

, мм рт.ст.

h1, мл

h2, мл

, мл

, мл (н.у.)

МЭ(Ме), експ.

МЭ(Ме), теор..

Ошибка, %

Все расчеты подробно приведите в журнале. Запишите уравнение реакции взаимодействия металла с серной кислотой, зарисуйте прибор, сделайте вывод.