МЕТАЛЛА

Цель работы. Приобретение навыков экспериментального определения

эквивалентной и молярной массы двухвалентного металла

по объему вытесненного водорода.

В основе работы лежит способность активных металлов (Mg, Al, Zn, Fe и др.) вытеснять водород из разбавленных растворов кислот (HCl, H₂SO₄) по реакции

2 Me + 2n H⁺ = 2 Meⁿ⁺ + n H₂↑.

Зная массу металла и, измерив объем выделившегося в реакции водорода, по закону эквивалентов можно определить эквивалентную массу металла, а затем и его молярную массу.

На рис. 1. изображена установка для выполнения эксперимента.

Установка состоит из бюретки 1 и воронки 2, соединенных резиновой трубкой 3, заполненных водой. Бюретка и воронка крепятся к штативу 4 и представляют собой сообщающиеся сосуды. К бюретке присоединена пробирка 5, в которой осуществляется реакция взаимодействия металла с кислотой.

Получите навеску металла у лаборанта. Перед началом работы убедитесь в герметичности установки. Для этого, проверив, плотно ли вставлены пробки в бюретку и пробирку, поднимите воронку на 10-15 см и зафиксируйте ее в этом положении. Если в течение 1-2 минут уровень воды в бюретке не изменяется, значит, установка герметична, и можно приступать к работе.

Установив одинаковый уровень воды в бюретке и воронке, по нижнему краю мениска замерьте уровень воды (V₁) в бюретке. В пробирку налейте 4-5 мл 10 % - ной соляной кислоты. Фильтровальной бумагой высушите верхнюю часть пробирки. Держа пробирку в наклонном положении, осторожно поместите на край пробирки навеску металла так, чтобы после присоединении пробирки к установке металл находился нижепробки, но не касался кислоты. Плотно закройте отверстие пробирки пробкой и приведите пробирку в вертикальное положение, чтобы весь металл опустился в кислоту; при этом начнется реакция.

После того как реакция закончится, дайте пробирке охладиться (3-4 мин.). Затем, опуская кольцо с воронкой, снова установите одинаковый уровень воды в бюретке и воронке, и вторично замерьте уровень воды в бюретке (V₂).

Определите температуру опыта по термометру, а давление – по барометру.

Необходимо учесть, что водород, собранный над водой в бюретке, насыщен водяным паром. Поэтому общее давление в бюретке, равное атмосферному (P_атм) складывается из парциальных давлений водорода (PH₂) и насыщенного водяного пара (PH₂O): P_атм = PH₂ + PH₂O. Тогда PH₂ = P_атм - PH₂O. Давление водяного пара при температуре опыта определите, пользуясь таблицей 3.1.

Экспериментальные и расчетные данные внесите в таблицу 3.2.

Таблица 3.1.

ДАВЛЕНИЕНАСЫЩЕННОГО ВОДЯНОГО ПАРА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Таблица 3.2.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

По разности между двумя объемами воды рассчитайте объем выделившегося водорода V(H₂) = V₂ – V₁.

Расчет эквивалентной массы металла следует проводить двумя способами.

1. По массе выделившегося водорода (m(H₂)).

Находят массу выделившегося водорода, используя уравнению Менделеева-Клайперона:

,

а затем, по выражению закона эквивалентов, определяют экспериментальное значение эквивалентной массы M¢_Э(Ме):

2. По объему выделившегося водорода.

Пользуясь уравнением объединенного газового закона, приводят объем полученного в результате реакции водорода (VH₂) к нормальным условиям (V₀H₂):

и также, по выражению закона эквивалентов, определяют экспериментальное значение эквивалентной массы M¢¢_Э(Ме):

где Vэ(H₂) = 11,2 л/моль;

V₀(H ₂) - объем водорода, приведенный к нормальным условиям;

P₀ и T₀ – значения давления и температуры при н.у.

Исходя из значения молярной массы металла M оп.(Ме) и учитывая его валентность, по периодической системе элементов Д.И.Менделеева определяют металл и теоретическое значение его молярной массы M теор.(Ме). Затем рассчитывают теоретическое значение эквивалентной массы M_Этеор.(Ме):

Абсолютную и относительную погрешности (ошибки) опыта определяют по формулам:

Dабс. = ½ M теор.(Ме) - M оп.(Ме) ½;