Работа  №  1. Определение эквивалента металла газометрическим методом

А. Теоретическое введение

Эквивалентом элемента называют такую его массу, которая без остатка взаимодействует с одной массовой частью (м.ч.) атомов водорода или с восемью м.ч. атомов кислорода или же замещает указанное количество водорода и кислорода в химических реакциях.

Из определения следует, что эквивалент водорода равен 1 м.ч. (или 1 г, в этом случае его называют грамм-эквивалентом), а эквивалент кислорода─ 8 м.ч. (8 г). Эквиваленты можно выразить через объемные единицы. В этом случае необходимо применить закон Авогадро: «В равных объемах различных газов или паров при одинаковых внешних условиях (температура и давление) содержится одинаковое количество молекул» и его следствия. Например, 1 моль любого газа при нормальных условиях (н.у.) содержит 6,02∙10²³ молекул – число Авогадро (N_А) и, как следствие, один моль любого газа (при н.у.) занимает объем 22,4 л.  В связи с тем, что водород и кислород – газы, то в расчетах эквивалентов элементов можно сравнивать их количества не с массами эквивалентов этих газов, а с объемами их эквивалентов. Так как масса г-эквивалента водорода равна 1/2 массы моля водорода, а масса г-эквивалента кислорода равна 1/4 массы моля кислорода, следовательно, согласно закону Авогадро:

             = 11,2 л

             = 5,6 л.

Эквиваленты элементов (Fe, Zn, Ca, Cu и др.) рассчитываются по формуле

                         Э = А/В,

где «А» ─ атомная масса элемента, «В» ─ степень его окисления, т.е. его валентность. Например, г-эквивалент меди  в оксиде меди CuO или в соли CuSO₄  равен                           Э_(Cu)= г.

Эквиваленты «сложных» веществ (оксидов, оснований, кислот, солей) рассчитываются следующим образом.

Эквивалент кислоты равен отношению молекулярной массы кислоты (М) к ее основности (т.е. числу атомов водорода, участвующих в данной реакции). Например, г-эквивалент серной кислоты (в том случае, если в реакции участвуют  два атома водорода) рассчитывается по формуле

                  

Эквивалент основания равен отношению молекулярной массы щелочи (М) к ее кислотности (т.е. числу групп ОН^-, участвующих в данной реакции). Например, г-эквивалент гидроксида натрия рассчитывается по формуле

                  

Эквивалент соли равен отношению молекулярной массы соли (М) к произведению числа атомов металла, входящих в состав соли, на его валентность. Например, г-эквивалент сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃ рассчитывается по формуле:

                   

Эквиваленты можно определить, используя один из основных стехиометрических законов химии – закон эквивалентов, которому подчиняются все реагирующие между собой вещества. Как простые, так и сложные: «Все вещества реагируют друг с другом в эквивалентном количестве, то есть количества эквивалентов каждого из участников реакции равны между собой».

Для реакции, протекающей согласно уравнению

                                      a ∙A + b ∙B = d ∙D + f ∙F,

закон эквивалентов запишется следующим образом:

              

Так как количество эквивалентов вещества n, содержащихся в определенной его массе, равно , то закон эквивалентов можно записать иначе:       ,

откуда следует, что массы реагирующих веществ пропорциональны их эквивалентам:              

                  

    Для веществ, реагирующих в растворах, закон эквивалентов можно выразить формулой

               ,

где N_A и N_B – нормальные концентрации растворов веществ А и В, выраженные в г-экв/л; а V_A и V_B – объемы растворов, л

Б. Экспериментальная часть

Цель работы ─  изучение практической значимости закона эквивалентов для стехиометрических расчетов и определение с помощью газометрического метода эквивалента и атомной массы металла с известной валентностью.

Оборудование

 Прибор для проведения эксперимента (рис. 6.1), включающий:

● «рабочую» (1) и «вспомогательную» (3) бюретки, заполненные водой и соединенные резиновым шлангом (сообщающиеся сосуды);

● двухколенную (2) пробирку, герметически присоединяемую к прибору во время эксперимента к «рабочей» бюретке;

● штатив (4) для крепления установки.

    

                                                

Рис. 6.1. Прибор для определения эквивалента

металла газометрическим методом