Лабораторная работа. Определение эквивалентной массы вещества по объему вытесненного газа

Оборудование. Сосуд Ландольта (2, см. рис. 2.1), бюретка емкостью 50 мл (1), уравнительный сосуд или стеклянная воронка (3), 2 пробки с газоотводными трубками, резиновые трубки (4), штатив с лапкой и кольцом (5), мерный цилиндр.

Реактивы. Соляная кислота (20–30%), металл (фольга или порошок).

Соберите прибор, как показано на рисунке (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Прибор для определения объема вытесненного газа

Если Вам выдан известный металл, рассчитайте его массу, необходимую для заполнения бюретки газом на ¾ ее объема. В случае неизвестного металла отвесьте около 0,1 г его, определите объем водорода, вытесняемый этим количеством металла, затем рассчитайте навеску металла для заполнения бюретки на ¾ ее объема водородом.

Взвесьте рассчитанную массу металла (кусочек фольги или порошок). Навеску металла поместите в одно из колен сосуда Ландольта.

Рассчитайте объем соляной кислоты, требующийся для полного растворения металла, и отмерьте мерным цилиндром объем раствора, в 2–10 раз больший рассчитанного. Раствор залейте в другое колено сосуда, остерегаясь его попадания на металл.

Присоедините сосуд Ландольта к прибору и проверьте последний на герметичность. Для этого налейте в бюретку воду, закройте бюретку пробкой, соедините с сосудом Ландольта и заметьте уровень воды в бюретке. Опусканием кольца штатива переместите воронку вниз. Если прибор герметичен, то в первый момент при опускании воронки уровень воды в бюретке немного понизится, но потом останется постоянным.

Приведите давление в приборе к атмосферному (как?), отметьте и запишите уровень воды в бюретке до реакции (а₁) с точностью до 0,1 мл.

Поверните сосуд Ландольта так, чтобы раствор перелился в то колено, где находится металл. По мере прохождения реакции перемещением воронки поддерживайте уровни воды в ней и в бюретке на одной высоте для предотвращения утечки газа или засасывания воздуха через неплотности соединений.

Пока проходит реакция, запишите в тетрадь результаты своих наблюдений и ответьте на вопросы. Обычно реакция начинается не сразу. Почему? Для ускорения реакции можно раствор подогреть, опустив колено сосуда Ландольта в стакан с горячей водой. Иногда рекомендуется в раствор до начала опыта поместить 2–3 кристаллика медного купороса. Для каких растворов, каких металлов? В чем причина ускоряющего действия купороса? Обладают ли тем же действием хлорид меди (II), сульфат железа (II) и (III) или сульфат магния? Почему реакция не проходит мгновенно?

Если Вы не нагревали сосуд горячей водой, на ощупь определите, нагревается ли она при прохождении реакции. В случае нагревания пробирки запишите уравнение реакции термохимическим и термодинамическим способами, указав знаки теплового эффекта Q_р и изменения энтальпии ΔН. Так как выделяется водород, то реакция совершает работу. Какова связь между изменениями внутренней энергии и энтальпии и работой реакции? После окончания эксперимента рассчитайте работу реакции при растворении 1 моль металла. Сравните с теоретическим значением. Зависят ли (если да, то почему и как) Q_р, ΔН и работа реакции от природы металла, кислоты.

После окончания реакции и охлаждения сосуда Ландольта до комнатной температуры приведите давление в приборе к атмосферному и запишите положение мениска в бюретке (а₂). По разности уровней до и после реакции найдите объем выделившегося водорода.

Приведите к н. у. объем выделившегося водорода. При этом учтите, что водород, собранный над водой, содержит водяной пар. Поэтому общее давление в бюретке, равное атмосферному, складывается из парциальных давлений водорода и водяного пара, т. е.

р(Н₂) = р_атм – р(Н₂О).

Давление водяного пара при температуре эксперимента определите из табличных данных. Если возникнет необходимость, воспользуйтесь интерполяцией или экстраполяцией.

Рассчитайте эквивалентную массу металла, соответствующую 1,008 г или 11207 мл водорода при н. у.

Опыт следует повторить три раза и рассчитать среднее значение эквивалентной массы. Укажите погрешности в значении эквивалентной массы и те операции эксперимента, которые вносят наибольшие погрешности; предложите приемы их понижения.

Если Вам известен металл, определите его валентность делением точного значения атомной массы на полученное Вами значение эквивалентной массы. Затем, умножая экспериментально найденное значение эквивалентной массы на валентность, вычислите атомную массу металла и определите относительную ошибку (погрешность) эксперимента (в %):

l =

Подумайте, можно ли, используя данный прибор, определять эквивалентные массы других металлов (например, железа, меди, натрия, золота и др.), сложных веществ (если можно, то каких и как?).

Как с помощью аналогичного эксперимента определить неизвестный металл?

Предложите 2–3 других способа определения эквивалентной массы вещества.

Вопросы для самоконтроля

1. Сформулируйте закон сохранения массы. Кем и когда он был открыт? Отличаются ли определения открывших закон ученых от современной трактовки? В чем причина различия? Как доказать справедливость этого закона? Каково его значение?

2. Сформулируйте закон взаимосвязи массы и энергии. Существует ли противоречие между законами М. В. Ломоносова и А. Эйнштейна?

3. Сформулируйте закон постоянства состава вещества. К каким соединениям он применим и почему?

4. Как на практике используются законы постоянства состава и сохранения массы вещества?

5. Какие соединения называют стехиометрическими, нестехиометрическими? Что такое область гомогенности химического соединения? Определите границы применения закона постоянства состава.

6. Что выражает химическая формула?

7. Что выражает химическое уравнение?

8. Какие условия газового состояния называются нормальными и чему равен молярный объем газа при этих условиях?

9. Сформулируйте закон объемных отношений. Кем и когда он был открыт? Приведите границы применения этого закона.

10. Сформулируйте закон Авогадро и следствия из этого закона.

11. Приведите определения понятия относительная плотность газа. Покажите взаимосвязь относительной молекулярной массы и относительной плотности газа.

12. Сформулируйте законы Бойля–Мариотта и Гей-Люссака, запишите их математические выражения.

13. Запишите уравнение Менделеева–Клапейрона. Каков физический смысл универсальной газовой постоянной?

14. Приведите определения понятий эквивалент, эквивалентная масса, эквивалентный объем.

15. Как определить эквиваленты: простого вещества, оксида, кислоты, основания, соли? Что такое окислительно-восстановительный эквивалент?

16. Может ли быть эквивалент вещества переменной величиной? От чего это зависит? Приведите примеры.

17. Приведите формулировку и математическое выражение закона эквивалентов. Предложите способы его использования в количественном анализе веществ.

Тест

1. Закон сохранения массы впервые сформулировал

а) А. Л. Лавуазье; б) А. Эйнштейн; в) М. В. Ломоносов; г) Л. Эйлер.

2. Масса оксида ртути (II), образующегося при взаимодействии 20,1 г ртути с кислородом, равна:

а) 20,1 г: б) 21,7 г; в) 43,4 г; г) 10,85 г.

3. Закон постоянства состава вещества сформулировал

а) Ж. Л. Пруст; б) К. Л. Бертолле; в) И. В. Рихтер; г) Дж. Дальтон.

4. Закону постоянства состава подчиняются:

а) твердые вещества с атомными кристаллическими решетками;

б) жидкие и твердые растворы;

в) ионные кристаллы;

г) вещества, построенные из молекул.

5. Вещества, стехиометрический состав которых находится внутри области гомогенности, называются (предложите 2 варианта ответа):

а) дальтонидами;

б) бертоллидами;

в) двусторонними фазами;

г) односторонними фазами.

6. Вещества, стехиометрический состав которых находится вне области гомогенности, называются (предложите 2 варианта ответа):

а) стехиометрическими;

б) нестехиометрическими;

в) дальтонидами;

г) бертоллидами.

7. Объем аммиака, образующегося при реакции 6 л водорода и 3 л азота (н. у.), равен

а) 6 л; б) 2 л; в) 3 л; г) 4 л.

8. Плотность галогеноводорода по кислороду равна 1,14. Формула галогеноводорода:

а) HF; б) HCl; в) HBr; г) HI.

9. Закон Бойля–Мариотта выражается формулой:

а) ; б) = const; в) рV = const; г) = const.

10. Эквивалентная масса ортофосфорной кислоты в реакции

Н₃РО₄ + 2КОН = К₂НРО₄ + 2Н₂О

равна:

а) 49 г/моль; б) 98 г/моль; в) 32,7 г/моль; г) 24,5 г/моль.

11. Эквивалентная масса гидроксида алюминия в реакции

2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O

равна:

а) 13 г/моль б) 39 г/моль; в) 78 г/моль; г) 26 г/моль.

12. Эквивалентная масса ортофосфата кальция равна:

а) 310 г/моль; б) 51,7 г/моль; в) 103,3 г/моль; г) 155 г/моль.

13. Эквивалентные объемы кислорода и водорода (н. у.) соответственно равны:

а) 11,2 л/моль и 22,4 л/моль;

б) 11,2 л/моль и 11,2 л/моль;

в) 5,6 л/моль и 11,2 л/моль;

г) 5,6 л/моль и 22,4 л/моль.

Поиск по сайту: