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
Последовательность выполнения
Работы
1. Заполнить таблицу
| Навеска металла, г* | ||
| Начальный уровень воды в рабочей бюретке V1, мл | ||
| Уровень воды после растворения металла V2, мл | ||
| Объем водорода, полученный в результате опыта V2-V1 = V (H2) | ||
| Температура опыта, оС ** | ||
| Атмосферное давление (по барометру) ратм, мм рт. ст.** | ||
| Давление насыщенного водяного пара h при температуре опыта, мм рт. ст.** | ||
| Давление водорода при температуре опыта р(Н2)= (р атм – h), мм рт. ст. | ||
| Валентность (степень окисления) металла | II |
*Навеска исследуемого металла, масса которой определяется с точностью до 0,0001 г, выдается студентам лаборантом.
** Данные, соответствующие строкам 5-7, предоставляются преподавателем.
2. Перед началом проведения эксперимента, необходимо отсоединить двухколенную пробиркуот основной бюретки, вылить содержимое пробирки (если оно имеется) в раковину и тщательно промыть двухколенную пробирку водопроводной водой.
3. Расположить рабочую и вспомогательную бюретки путем маневрирования их положения по высоте таким образом, чтобы уровень воды в основной бюретке был около нулевого значения.
4.Навеску металла поместить в одно из «колен» двухколенной пробирки.
5. В другое «колено» пробирки прилить (аккуратно, чтобы исключить попадание кислоты в «колено» с навеской металла) ~ 2 мл раствора соляной кислоты, т.е. до метки, нанесенной красным химическим карандашом.
6. Двухколенную пробирку вращательным движением плотно надеть на пробку (мениск воды в основной бюретке при этом немного сместится от нулевого значения).
7. Проверить герметичность прибора. С этой целью вспомогательную бюретку, предварительно освободив от крепления, резко опустить вниз на 15–20 см. Если прибор герметичен, то мениск воды в ней останется практически на том же уровне. Если герметичность отсутствует, мениски воды в бюретках будут постепенно сравниваться. В этом случае с помощью лаборанта следует проверить надежность соединений в приборе.
8. Перед началом эксперимента необходимо установить давление в герметичном приборе равным атмосферному давлению. Для этого, перемещая бюретки относительно друг друга, следует добиться, чтобы мениски воды в бюретках находились строго на одной высоте, т.е. на одной горизонтальной прямой.
9. Записать в таблицу значение начального уровня воды в рабочей бюретке.
10. Бережно прилить кислоту в «колено», где находится навеска металла, наклоняя пробирку осторожно, чтобы не нарушить герметичность прибора. Для того чтобы исключить разгерметизацию прибора в ходе выделения водорода по реакции, вспомогательную бюретку следует аккуратно снижать по высоте, а рабочую поднимать, добиваясь тем самым соблюдения положения менисков воды на одном уровне.
11. Полное растворение металла по реакции фиксируется визуально: выделение пузырьков водорода и понижение уровня воды в рабочей бюретке прекращается. Удостоверившись, что раствор в пробирке охладился до комнатной температуры, записать в таблицу конечный уровень воды после окончания эксперимента.
12. Перевести объем выделившегося водорода, измеренный при данном атмосферном давлении V(H2), к объему при нормальных условиях V0, используя уравнение, объединяющее газовые законы Бойля–Мариотта и Гей–Люссака:
,
где р0 – нормальное атмосферное давление (760 мм рт.ст.); V0 – объем водорода при нормальных условиях; То – нормальная температура по абсолютной шкале (273 К); р1 – давление водорода в условиях опыта (рн2,мм рт.ст.), V1 – объем водорода в условиях опыта (V (Н2), мл; Т – температура опыта (273 + t°С).
13. Рассчитать эквивалент металла по закону эквивалентов, используя пропорцию:
– Vo (Н2), мл
Э(Ме), г – 11 200 мл (Н2)
14. Рассчитать атомную массу металла по формуле
А (Ме) = Э (Ме) ∙ В(Ме).
15. Используя периодическую таблицу элементов Д.И. Менделеева, определить природу металла по опытному значению атомной массы (группа элементов в таблице совпадает со степенью окисления металла, т.е. с его валентностью 2.
16. Составить уравнение реакции найденного металла с соляной кислотой.
17. Вычислить относительную ошибку опыта:
[%].
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫИ ЗАДАЧИ
1. Что называется химическим эквивалентом?
2. Сформулируйте закон эквивалентов.
3. Сформулируйте закон парциальных давлений, установленный Дальтоном.
4. Как вычисляется эквивалент сложного вещества (оксидов, кислот, оснований и солей)?
5. Вычислите эквивалент хрома в оксиде, в котором содержится 52% хрома и 48% кислорода.
6. Окислением 2,8 г кадмия получено 3,2 г оксида. Вычислите эквивалент кадмия.
Работа № 2. Криометрия
Цель работы – определение температуры кристаллизации (замерзания) раствора и использование этого физико-химического свойства для расчета молекулярной массы растворенного неэлектролита и степени диссоциации раствора электролита.
Оборудование и реактивы
1. Прибор криометр (рис. 6.2), состоящий из:
а) широкой стеклянной пробирки (1) для исследуемого раствора, закрепленной в штативе (2);
б) пробки со вставленным в нее термометром (3) и металлической мешалкой (4);
в) сосуда (криостата) (5) для охладительной смеси, которая готовится изо льда и 1-2 столовых ложек поваренной соли.
2. Мерный цилиндр.
3. Растворы неэлектролита и электролита.
Рис. 6.2. Прибор для криометрических
измерений