Морозов В.П. Практикум по неорганической химии

Подождите немного. Документ загружается.

Аr (Na) = 23; B = 1;

( )

==NaМ

экв

г/моль.

Если элемент образует несколько соединений, проявляя при

этом различную степень окисления, то величины молярных масс

эквивалентов будут различны.

Пример. Определить молярную массу эквивалента азота в со-

единениях: NH

, NO, NO

Решение. Находим эквивалентную массу азота и его степень

окисления в соединениях.

Ar (N) = 14. Степень окисления азота в NH

= -3;

( )

66,4

==NМ

экв

г/моль.

Степень окисления азота в NO = +2;

( )

==NМ

экв

г/моль.

Степень окисления азота в NO

= +4;

( )

5,3

==NМ

экв

г/моль.

Постоянные значения эквивалентной массы имеют элементы с

постоянной валентностью.

Из существа понятий о химическом эквиваленте вытекает

закон эквивалентов: равные количества эквивалентов веществ

взаимодействуют без остатка.

Математическое выражение закона имеет вид:

)2()1( эквэкв

nn =

. (2)

Это же выражение можно записать в другом виде:

эквэкв

где m

, m

– массы веществ; М

экв1

, М

экв2

– молярные массы эк-

вивалентов веществ.

Под молярной массой эквивалента сложного соединения по-

нимают такое количество его, которое в данной реакции взаимо-

действует с молярной массой эквивалента другого соединения.

Молярной массой эквивалента кислоты называется такое

ее количество, которое содержит один моль эквивалента водоро-

да, способного замещаться на металл.

Молярные массы эквивалентов кислот HCl; HNO

; CH

COOH

составляют соответственно 36,46 г/моль, 63,01 г/моль, поскольку в

них содержится 1,008 г/моль водорода, способного замещаться ме-

таллом. Именно поэтому молярная масса эквивалента кислоты мо-

жет быть вычислена как частное от деления ее молярной массы на

основность кислоты. Так, молярная масса эквивалента серной ки-

слоты может быть определена по количеству атомов водорода,

участвующих в реакции:

1) H

+ NaOH = NaHSO

+ H

2) H

+ 2NaOH = Na

+ 2H

В первом случае

)(

SOHМ

экв

, т. к. один атом водорода за-

мещен на металл; во втором случае

( )

SOHМ

экв

, т. к. оба атома

водорода замещены на металл, т.е:

( )

421

==SOHМ

экв

г/моль;

( )

422

==SOHМ

экв

г/моль.

Молярная масса эквивалента основания – это его масса, со-

держащая один моль эквивалента металла, способного участво-

вать в реакции.

Молярная масса эквивалента основания может быть вычислена

по формуле:

основМ

экв

=.)(

, (3)

где М – молярная масса основания, В – валентность металла

(число гидроксильных групп или кислотность).

Пример. Найти молярную массу эквивалента гидроксида алю-

миния, исходя из следующих реакций:

1) Al(OH)

+ HCl = Al(OH)

Cl + H

2) Al(OH)

+ 2HCl = AlOHCl

+ 2H

3) Al(OH)

+ 3HCl = AlCl

+ 3H

Решение. Молярная масса эквивалента гидроксида алюминия

для каждого случая будет соответственно равна:

( )( )

OHAlМ

экв

, т. к. в этом случае замещен один гидро-

ксид-ион на хлорид-ион.

( )( )

OHAlМ

экв

, т. к. 2 гидроксид-иона замещены на хло-

рид-ионы.

( )( )

OHAlМ

экв

, т. к. все 3 гидроксид-иона замещены на

хлорид-ионы.

Молярные массы эквивалентов солей тоже могут иметь пере-

менные значения. Например, в реакциях:

NaHSO

+ BaCl

= BaSO

+ NaCl + HCl;

MgOHCl + H

S = MgS + H

O + HCl.

Молярные массы эквивалентов NaHSO

, MgOHCl составляют

½ их молярных масс, т. к. две молярные массы эквивалентов соли

участвуют в реакции.

Наиболее употребительные методы экспериментального опре-

деления молярной массы эквивалентов следующие:

1. Метод прямого определения.

Молярная масса эквивалента определяется из данных прямого

синтеза кислородного или водородного соединения данного эле-

мента.

2. Аналитический метод.

Производится точный анализ соединения данного элемента с

любым другим, эквивалент которого известен.

3.Метод вытеснения водорода.

Метод применяется для определения молярной массы эквива-

лентов металлов, способных вытеснять водород из разбавленных

кислот и щелочей. Эквивалент определяется из отношения веса

данного элемента к весу или объему вытесненного им водорода.

Пример. При взаимодействии 0,065 г цинка с серной кислотой

выделилось при нормальных условиях 22,4 мл водорода. Т. к. хи-

мический эквивалент водорода соответствует 1,008 г (или

11200 мл) выделившегося водорода, то эквивалент цинка ока-

зывается равным:

эквэкв

или

эквэкв

то

./5,32

4,22

11200*.065,0

мольг

мл

млг

экв

4. Электрохимический метод.

Определяется весовое количество элемента, осаждающееся на

электроде при электролизе соли данного элемента. (Эквивалент

рассчитывается по закону Фарадея).

5. Теоретический метод.

Химический эквивалент можно вычислить, зная атомный вес и

валентность элемента:

Аr

экв

, (4)

где Ar – атомная масса, В – валентность.

Вопросы допуска к лабораторной работе

1. Какие из приведенных ниже выражений относятся к первому

определению, какие – ко второму?

1) Химические элементы взаимодействуют между собой в ко-

личествах, пропорциональных их эквивалентам.

2) Масса элемента, которая может при химических реакциях

присоединять или замещать одну (точнее, 1,008) часть массы водо-

рода или 8 частей массы кислорода:

а) химический эквивалент элемента;

б) закон эквивалентов;

в) молярная масса эквивалента элемента;

г)

эквэкв

, где m

, m

– массы веществ; М

экв1

, М

экв2

–

молярные массы эквивалентов веществ.

2. Каким из приведенных методов можно определить химиче-

ский эквивалент золота, которое непосредственно с водородом и

кислородом не соединяется и не вытесняет водород из кислот.

а) метод вытеснения водорода;

б) метод прямого определения;

в) аналитический метод;

г) электрохимический метод.

3. Молярная масса эквивалента азота (г/моль) в соединении

равна:

а) 4,66; б) 7;

в) 3,5; г) 6.

4. Молярная масса эквивалента азота в соединении NхOу равна

2,8 г/моль. Определите это соединение:

а) N

O; б) NO;

в) N

; г) NO

;

д) N

5. Молярная масса эквивалента гидроксида висмута (г/моль) в

следующей реакции равна:

Bi(OH)

+ HNO

= Bi(OH)

+ H

а)259,98;

б) 129,99;

в) 86,66 г.

6. Молярная масса эквивалента фосфорной кислоты (г/моль) в

реакции равна:

+ Ca(OH)

= CaHPO

+ 2H

а) 49;

б) 98;

в) 32,67.

7. Молярная масса эквивалента соли NaHSO

в следующей ре-

акции равна:

NaHSO

+ BaCl

= BaSO

+ NaCl + HCl.

а) 0,5-, б) 0,25-,

в) 1-, г) 2- молярных масс.

8. 0,05 г металла вытесняют из кислоты 28 мл водорода (н.у.).

Чему равна молярная масса эквивалента металла (г/моль)?

а) 5; б) 1;

в) 15; г) 20;

д) 25.

9. Сколько оксида получится при окислении 3 г металла, мо-

лярная масса эквивалента которого равна 12 г/моль?

а) 3; б) 6;

в) 5; г) 10;

д) 12.

10. Какой объем займёт (при н.у.) 1 моль эквивалента кислоро-

да и 1 моль эквивалента водорода?

V (O

): а) 5,6 л; б) 2,8 л;

в) 44,8 л; г) 22,4 л.

V (Н

): а) 11,2 л; б) 22,4 л;

в) 22,4 л; г) 20 л.

11. 1 г калия соединяется с 0,9 г хлора, а также с 2 г брома.

Найти молярные массы эквивалентов калия и брома (г/моль), если

молярная масса эквивалента хлора равна 35,5 г/моль.

Э (К): а) 39; б) 32;

в) 31; г) 38.

Э (Вr): а) 78; б) 20;

в) 19; г) 75.

Определение молярной массы эквивалента цинка

методом вытеснения

Собрать прибор, приведенный на рисунке 1.

Прибор состоит из: 1) бюретки на 50 мл; 2) воронки, служа-

щей в качестве уравнительного сосуда, 3) пробирки. Для соеди-

нения употребляются каучуковые трубки и пробки с просвер-

ленными отверстиями.

После того как прибор собран, в

уравнительный сосуд наливается вода,

заполняющая бюретку. Бюретка укреп-

ляется в штативе так, чтобы уровни во-

ды в бюретке и воронке совпадали с

нулевым делением (нулевое деление

должно быть на уровне глаз наблюда-

теля). Отсчеты уровня жидкости дела-

ются по нижнему краю мениска.

Прежде чем проводить опыт, необ-

ходимо проверить прибор на герметич-

ность. Для этого бюретку и пробирку

закрывают пробками, соединенными

между собой резиновой трубкой. Затем

уравнительный сосуд опускается вниз

на 15-20 см. Уровень воды в бюретке

несколько снизится и останется без

Рис.1. Прибор для о

п-

ределения молярной ма

с-

сы эквивалента цинка

изменения, если прибор герметичен. При возвращении сосуда на

прежнее место вода в нем и в бюретке должна быть на том же

нулевом делении.

Проведение опыта

Взвесить кусочек цинка около 0,03 г. Вынуть пробку из про-

бирки и передвижением воронки установить уровень воды в бю-

ретке на нулевом делении или несколько ниже. Отмерить 5 мл раз-

бавленной серной кислоты, добавить 1 каплю раствора сульфата

меди и влить в одно из колен пробирки. В другое колено поместить

кусочек цинка. Затем в пробирку плотно вставляют пробки. Прове-

ряют герметичность прибора. Затем пробирку поворачивают таким

образом, чтобы кислота перелилась в то колено пробирки, где на-

ходится цинк.

Водород, выделившийся в результате взаимодействия цинка с

раствором кислоты, вытесняет из бюретки воду. Уравнительный

сосуд (воронку) при этом надо опускать и во время опыта старать-

ся держать воду в нем и в бюретке на одном уровне, чтобы давле-

ние газа внутри прибора было все время близко к атмосферному.

По окончании реакции дать пробирке остыть до комнатной

температуры, после чего снова привести воду в бюретке и воронке

к одинаковому уровню, отметить и записать уровень воды в бю-

ретке. Отметить и записать показания комнатного термометра и

барометра во время опыта.

Результаты измерений записываются в следующей таблице:

1. Масса цинка (г).

2. Температура (t,

С).

3. Атмосферное давление (Р, мм.рт.ст.).

4. Уровень воды в бюретке до реакции (А1).

5. Уровень воды в бюретке после реакции (А2).

6. Давление насыщенного пара (при температуре t), мм.рт.ст.

Обработка результатов

1. Вычислить объем водорода (в мл), вытесненного цинком

при температуре t и давлении Р:

V = A1 – A2.

2. Привести объем выделившегося водорода к нормальным ус-

ловиям. При этом надо учесть, что водород, собранный над водой,

содержит водяной пар, что давление газа в бюретке, равное атмо-

сферному давлению, складывается из парциальных давлений водо-

рода и водяного пара. Приведение объема газа к нормальным усло-

виям производится на основании уравнения состояния идеального

газа, объединяющего законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

, (5)

где P

– нормальное давление, равное 760 мм. рт. ст.;

– объем газа при н. у., выраженный в мл.;

Р – парциальное давление сухого водорода, равное измеренно-

му атмосферному давлению минус парциальное давление водяного

пара при температуре опыта;

Т – температура опыта, равная Т

+ t.

Таким образом, объем водорода при нормальных условиях оп-

ределяется по уравнению:

(

)

( )

760*273

273*

hpV

−

3. Вычислить молярную массу эквивалента цинка можно: ис-

пользуя закон эквивалентов (уравнение (2)), заменив массу водо-

рода их объемами, т. е.:

)(

НЭ

экв

⇒

)(

НЭZn

экв

М =

где Vэ(н

) = 11,2 л.

4. Вычислить массу вытесненного водорода – g, зная, что 1

моль водорода занимает при нормальных условиях объем, равный

22,4 л.

5. Вычислить молярную массу эквивалента цинка по формуле:

)(*

НМb

экв

где b – масса взятого цинка, а g – масса выделившегося водо-

рода.

6. Сравнить полученную молярную массу эквивалента цинка с

теоретическим значением и вычислить процент ошибки опыта по

формуле:

(

)

.100*(%)

теор

экв

теор

экв

ММ

ошибка

−

(6)

Контрольные задания

1. Вычислить молярные массы эквивалентов металлов в соеди-

нениях: Cr

; Mn

(PO

)

; Mn

; KCr(SO

)

2. Найти молярные массы эквивалентов неметаллов в соедине-

ниях: H

; H

; Na

; NH

ClO

3. Вычислить молярную массу эквивалентов следующих со-

лей: AlCl

*6H

O; CrPO

; FeSO

*7H

O; Mg

. С учетом

того, что соли взаимодействуют с кислотой с образованием сред-

них солей.

4. Какую молярную массу эквивалента и какую часть моля со-

держат: 24,5г H

; 75г CaCO

; 8,6 г CaSO

*2H

5. Вычислить молярную массу эквивалента олова в его кисло-

родных соединениях, содержащих соответственно 21,1 и 11,9 %

кислорода.

6. Некоторый элемент образует гидрид, содержащий 8,87 %

водорода. Вычислить молярную массу эквивалента элемента.

7. Эквивалент металла составляет 56,2 у.е. Вычислить про-

центное содержание металла в его кислородном соединении.

8. Молярная масса эквивалента металла равна 23 г/моль.

Сколько граммов металла надо взять для выделения 135,6 мл водо-

рода (н.у.) из кислоты?

9. Определить молярную массу эквивалента алюминия, если

при сгорании 10 г его образуется 18,88 г оксида.

10. 0,493 г хлорида соединения некоторого металла после об-

работки нитратом серебра образовали 0,861 г хлорида серебра. Вы-

числить молярную массу эквивалента металла.

11. На нейтрализацию 1 г основания израсходовано 2,14 г HCl.

Вычислить молярную массу эквивалента основания.

12. Элемент образует гидрид, с массовой долей водорода 8,87 %.

Вычислите молярную массу эквивалента элемента.

(Ответ: 10,3 г/моль)

13. При сгорании металла массой 5 г образует 9,44 г оксида

металла. Вычислите молярную массу эквивалента металла.

(Ответ: 9 г/моль)

14. Определите молярную массу эквивалента серы, если 6,48 г

некоторого металла образуют 6,96 г оксида и 7,44 г сульфида.

(Ответ: 16 г/моль)

15. Молярная масса эквивалента металла составляет 63,5

г/моль. Вычислите массовую долю металла W(Me), в оксиде.

(Ответ: 88,8 %)

16. Определите массу металла, вступившего в реакцию с ки-

слотой, если при этом выделился водород объемом 260 мл при

нормальных условиях. Молярная масса эквивалента металла равна

9 г/моль.

(Ответ: 0,21 г)

17. На нейтрализацию кислоты, массой 2,18 г, израсходовано

KOH массой 2,49 г. Вычислите молярную массу эквивалента ки-

слоты.

(Ответ: 49 г/моль)

18. Кальций, массой 0,69 г, и цинк, массой 1,13 г, вытесняют из

кислоты одинаковые количества водорода. Определите молярную

массу эквивалента цинка, зная, что молярная масса эквивалента

кальция равна 20 г/моль.

(Ответ: 32,7 г/моль).

19. Металл, массой 0,864 г, образовал хлорид массой 1,148 г.

Определите молярную массу эквивалента металла, зная, что мо-

лярная масса эквивалента хлора равна 35,5 г/моль.

(Ответ: 108 г/моль)

20. Металл, массой 2 г, соединяется с 17,78 г брома и 3,56 г се-

ры. Молярная масса эквивалента серы равна 16 г/моль. Определите

молярные массы эквивалентов металла и брома.

(Ответ: 9 г/моль; 80 г/моль).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ

Относительная молекулярная масса является основной ха-

рактеристикой каждого индивидуального вещества простого или

сложного.

Масса молекул, выраженная в атомных единицах массы, назы-

вается относительной молекулярной массой. Атомная единица

массы – это 1/12 часть массы атома самого легкого природного

изотопа углерода

С.

Количество вещества, масса которого в граммах численно

равна относительному молекулярному весу, называется молем.