Определение эквивалентной массы магния

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Химическим эквивалентом называется такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Например, в НСl, Н₂S, NH₃, СН₄ эквивалент хлора, серы, азота, углерода равен соответственно 1 молю, 1/2 моля, 1/3 моля, 1/4 моля.

Эквивалентная масса - это масса 1 эквивалента вещества (г / моль). В приведённых выше примерах эквивалентные массы хлора, серы, азота и углерода соответственно равны 35,45 г / моль, 32/2=16 г / моль, 14/3=4,67 г / моль, 12/4=3 г / моль.

Значение эквивалентной массы элемента определяется по уравнению:

Э=А/В, (1) где

Э - эквивалентная масса элемента;

А - атомная масса элемента;

В - валентность элемента в данном соединении.

Например, Э_Al в Аl₂О₃ равен 27/3=9 г/моль; Э_Ca в СаSO₄ равен 40,08/2=20,04 г /моль.

Из уравнения (1) следует, что в отличие от атомной или молярной массы эквивалентная масса не является постоянной величиной, а зависит от валентности элемента. Постоянные значения эквивалентных масс могут быть только у элементов с постоянной валентностью.

Понятие об эквивалентных массах и эквивалентах распространяется и на сложные вещества.

Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или с одним эквивалентом любого другого вещества.

Эквивалентную массу вещества вычисляют из его молярной массы:

 

 

 

 

, где

М - молярная масса.

Основность кислоты определяется числом атомов водорода, которое отдаёт молекула кислоты, реагируя с основанием.

Кислотность основания определяется числом протонов, присоединённых молекулой основания при взаимодействии его с кислотой.

Подобно эквивалентной массе элемента, эквивалентная масса сложного вещества может иметь несколько значений в зависимости от реакции, в которой участвуют вещества.

Например, в реакции:

H₃PO₄ + NaOH à NaH₂PO₄ + H₂O.

Эквивалентная масса кислоты равна её мольной массе:

Э(H₃PO₄) = М / 1 = 98 г / моль.

В реакции

H₃PO₄ + 2NaОН à Na₂HPO₄ + 2H₂O

Э(H₃PO₄) = М / 2 = 49 г / моль.

В реакции

H₃PO₄ + 3NaОН à Nа₃РO₄ + ЗН₂О

Э(H₃PO₄) = M / 3 = 32.7 г / моль.

Закон эквивалентов

Массы взаимодействующих друг с другом веществ, пропорциональны их эквивалентным массам (эквивалентам):

 

(2), где

m_A и m_B - массы взаимодействующих веществ А и В;

Э_A и Э_B - эквивалентные массы этих веществ.

Уравнение (2) - математическое выражение закона эквивалентов.

 

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Целью работы является определение эквивалентной массы магния. Опыт проводят на установке, схема которой представлена ниже на рисунке.

 

где, 1 - реакционная колба; 2 - круглая плоскодонная колба; 3 - зажим; 4 - стакан.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Взвесить на технических весах около 0,1 г. магния с точностью до 0,01 г.

2. Собрать установку посхеме.

3. Налить в колбу (1) приблизительно 25-30 мл. разбавленной серной кислоты. Протереть досуха внутреннюю стенку горла колбы 1 фильтровальной бумагой.

4. Наполнить колбу (2) на 3/4 объёма водой и закрыть её пробкой с отводными трубками. Вдуванием воздуха через короткую трубку заполнить водой длинную трубку и зажать зажим (3). Убедиться, что зажим держит.

5. Налить в стакан (4) 50 см³ воды и спустить в неё длинную отводную трубку из колбы (2).

6. Поставить колбу (1) в горизонтальное положение и высыпать взвешенное количество магния на сухую стенку горлышка (металл не должен попасть в кислоту!).

7. Закрыть колбу (1) пробкой с короткой отводной трубкой ют колбы (2). Закрывать следует осторожно и тщательно. Колбу надо держать за горло, пробку следует закрывать осторожно и постепенно, слегка её вращая. (Необходимо следитьза тем, чтобы магний попал в КИСЛОТУ!).

8. Поставить колбу (1) в вертикальное положение, одновременно быстро открыть зажим (3) и оставить его открытым.

9. Наблюдать взаимодействие магния с кислотой и вытеснение водородом воды из колбы (2) в стакан 4.

10. Когда весь магний прореагирует с кислотой, зажать зажим (3), вынуть отводную трубку из стакана (4) и измерить объём воды в стакане цилиндром.

11. Из полученного объёма вычесть 50 см³ (т. е. то количество воды, которое было налито в стакан до опыта).

12. Разность будет равна объёму выделенного водорода V₁

.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Написать уравнение реакции взаимодействия магния с разбавленной серной кислотой.

2.Привести найденный объём водорода (V₁) к нормальным условиям по формуле:

 

, где

 

V₀ - объём водорода при нормальных условиях, см³;

Р - барометрическое давление, кПа;

P_в - давление насыщенного пара воды при температуре опыта, кПа;

Т₁ - температура опыта, К. Т₁ = 273 + t.

3.Вычислить массу вытесненного водорода, определить эквивалентную массу магния.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТА

Температура опыта, °С -

Барометрическое давление, кПа -

Навеска магния, г -

Давление насыщенного пара воды, кПа -

Объём водорода при условии опыта, см³ -

Масса водорода, г -

Эквивалентная масса магния, г / моль-

Таблица 1.

Давление насыщенного пара воды при различной температуре

Температура °С	PВ, кПа	температура °С	PВ, кПа
	1,70 1,81 1,93 2,06 2,20 2,34		2,49 2,64 2,81 2,99 3,17 101,325

Рассчётная часть

По объёму, вытесненному при нормальных условиях водорода (V₀),вычисляют массу объёма. Учитывая, что масса водорода 22,4 л при нормальных условиях (н.у.) весит 2 г, находят массу H₂.

22,4 H₂ весит - 2,0 г.

V₀ л весит - m_H2

 

m_H2=

По известным массам израсходованного магния (m_Mg) и вытесненного им водорода определяют эквивалентную массу магния:

Полученный результат сравнивают с эквивалентной массой, вычисляемой по формуле:

Э_Mg= , где

А - атомнаямасса металла; В - валентность металла.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Вычислить эквиваленты следующих соединений: NaOH, Mg(OH)₂, Ca(OH)₂, H₃PO₄, KMnO₄, Ca₃(PO₄)₂.

2. Вычислить эквивалент азота в его соединениях с кислородом: N₂O, NO, NO₂, N₂O₃, N₂O₅.

3. Сколько оксида получается при окислении 3 г металла, эквивалентная масса которого равна 9г/моль.

4. Определить эквивалентные массы кислот и оснований:

а) HNO₃ + Bi(OH)₃ à Bi(OH)₂NO₃ + H₂O;

б) 3H₂SO₄ + 2Al(OH)₃ à Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O;

в) H₃PO₄ + Ca(OH)₂ à CaHPO₄ + 2H₂O;

г) 2HCl + Bi(OH)₃ à BiOHCl₂ + 2H₂O;

5. Какой объём займут при н.у. массы одного эквивалента кислорода и водорода.

6. Определить эквивалент металла, если 0,046 г его вытеснен из кислоты 62,35 мл Н₂ при t=17°С и давлении 1,017*10⁵ Па. Давление водяного пара при 17°С равно 0.193*10⁵ Па.

7. Вычислить: а) эквивалентную массу олова, если при нагревании 0,92 г его в токе кислорода образуется 1,17 г оксида олова;

б) магния, если при нагревании в токе кислорода масса его увеличилась на 66,7%.

8. Вычислить эквивалент серной кислоты в реакции с КОН:

а) H₂SO₄ + KOH à KHSO₄ + H₂O;

б) H₂SO₄ + 2KOH à K₂SO₄ + 2H₂O.

9. Вычислить эквивалент Са(ОН)₂ и H₃PO₄, рассчитать, сколько граммов Са(ОН)₂ потребуется для нейтрализации 150 г Н₃РО₄

 

Лабораторная работа № 3