Вопросы и задачи для самоподготовки

Nbsp;  

Предисловие

 

Важным элементом изучения курса общей химии является работа в лаборатории. В процессе выполнения лабораторных работ студент на практике закрепляет полученные на лекциях теоретические знания по важнейшим разделам химии, таким как энергетика и направление химических процессов, химическая кинетика, свойства растворов, электролитическая диссоциация солей, кислот и оснований, химические реакции, а также знакомит студентов с количественными химическими расчё­тами.

Данный цикл лабораторных работ предназначен для студентов первого курса очного обучения всех технических специальностей. Он дополняет курс лекций, читаемых в соответствии с про­граммой по курсу химии для нехимических специальностей Московско­го государственного университета леса. Цикл включает в себя 8 работ, каждая из которых содержит подробную методику выполнения экспериментов и порядок расчетов. Затем следуют вопросы и задачи для самопроверки, решение которых дает возможность лучше подготовиться и усво­ить изучаемый материал.

     Перед выполнением лабораторной работы студент обязан оформить лабораторный журнал, куда он вносит название, цель работы, рисует схему установки, кратко описывает методику, чертит таблицы для записи получаемых данных и результатов. Теоретическая часть лабораторной работы должна быть предварительно изучена по лекциям или учебнику. Наиболее близко по тематике она изложена в методическом пособии: Ю.Н.Жилин. Общая химия.– М.; МГУЛ, 2010. (Сокращенно – Пособие). На главы Пособия сделаны ссылки в лабораторных описаниях.

 После допуска преподавателя студент приступает к опытам, заносит полученные данные в журнал, производит необходимые расчеты и делает краткие выводы по сути проделанной работы.  

     Подготовив таким образом журнал, студент защищает на следующем занятии выполненную работу,

 

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТОВ МЕТАЛЛА В РЕАКЦИИ С РАСТВОРОМ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ

Экспериментальная часть работы заключается в определении объёма водорода, выделяющегося при взаимодействии металла оп­ределённой массы с раствором кислоты, взятой в количестве, до­статочном для растворения всего металла.

Порядок выполнения работы

1. Взвешивают на аналитических весах кусочек металла: цин­ка, магния или алюминия (масса его должна быть 0,030 – 0,060 г). Записывают массу металла m(Me).

2. Опыты проводят в приборе, схема которого приведена на рис. 1. Он представляет собой сообщающийся сосуд из двух градуированных бюреток, соединённых каучуковой трубкой.

 

Б

А

 

Рис. 1. Прибор для определения эквивалента металла

 

Градуированная часть каждой трубки рассчитана на объем 50 мл. Трубки наполовину заполнены водой. К одной из трубок присоединена пробирка, в которой происходит реакция между кислотой и металлом. Выделяющийся водород поступает в градуированную трубку и вытесня­ет соответствующий объём воды. Отмечая уровень воды в одной из трубок до и после окончания реакции, находят объём выделившегося во­дорода.

Для проверки прибора на герметичность отсоединяют от штатива одну из трубок и поднимают или опускают её. Если прибор гермети­чен, то уровень воды в другой трубке после небольшого отклонения должен остаться без изменения. В случае нарушения герметичности проверяют все места соединения стекла с каучуком.

 3. Отделяют пробирку от остальной части прибора и через воронку нали-вают в нее 3 – 5 мл 10% – ного раствора соляной кислоты. Держа пробирку в наклонном положении, на край ее помещают кусочек взвешенно­го металла и осторожно, возможно плотнее, присоединяют к прибору. В градуированной трубке, к которой присоединена пробирка, отмеча­ют уровень воды А, мл (с точностью до 0,2 мл).

4. Возвращая трубку в вертикальное положение, аккуратно стряхивают металл в кислоту и наблюдают течение реакции. Через 5 мин после её окончания (прекращение выделения пузырьков), уровни воды в стеклянных трубках выравнивают путем их подъема или опускания и отмечают вторично в той же трубке понизившийся уровень воды Б, мл.

 5. Записывают комнатную температуру, t,⁰C  и атмосферное давление р_атм, Па, или выраженное в h_атм, мм.рт.ст. Для перевода мм.рт.ст. в систему СИ пользуются формулой:

р = ρgh,

где р  – давление, Па;

    ρ = 13600 кг/м³, плотность ртути;

    g = 9,81 м/с²;

    h – высота ртутного столба, м. 

Расчёты

1. Определяют объём выделившегося водорода, мл, в условиях опыта:

                                     V(H₂)  = Б ­ – А.

2. Рассчитывают парциальное давление водорода р(H₂) в трубке. Общее давление в трубке, содержащей водород, во время опыта поддерживалось на уровне атмосферного. Оно складывается из парциальных давлений водорода р(H₂), воздуха и насыщенных водяных паров. Давлением воздуха пренебрегают. Давление водя­ных паров р(H₂O) при данной температуре t находят из табл. 1.1. Давление водорода  тогда равно:

р(H₂) =  р_атм  –  р(H₂O)

3. Приводят объём водорода V(H₂) к нормальным условиям, для этого пользуются уравнением Клапейрона – Менделеева:

;

здесь р⁰  =  101325 Па;  T⁰ = 273 К.

 

Из уравнения Клапейрона – Менделеева находят величину V⁰(H₂).

4. Определяют молярную массу эквивалентов металла M_eq(Me). Из опыта следует, что металл с массой m(Me), вытесняет при T⁰ водород объёмом V⁰(H₂). Согласно закону эквивалентов, при тех же условиях металл с молярной массой эк­вивалентов M_eq(Me) вытеснит молярный объем эквивалентов водорода V_eq(H₂), равный 11,2 л для нормальных условий:

                             ,

отсюда                                          M_eq(Me) =  .

 

Таблица 1

Давление насыщенного водяного пара при различных температурах

 

Темпе- ратура, t, оС      °С	Давление		Темпера- ­ тура,     t, °С	Давление
	р(H2O), Па	h(H2O), мм рт.ст. ст.		р(H2O),    Па	h(H2O), мм рт.ст.
15	1704,9	12,79	22	2644,0	19,80
16	1817,0	13,63	23	2809,0	21,03
17	1937,0	14,52	24	2984,0	22,33
18	2064,0	15,47	25	3167,2	23,71
19	2197,0	16,47	26	3361,0	25,16
20	2337,8	17,52	27	3565,0	26,68
21	2466,0	18,63	28	3780,0	28,23

 

5. Проводят расчет молярной массы эквивалентов металла вторым способом. Для этого по уравнению Клапейрона – Менделеева находят массу выделившегося водорода m(H₂):

                         р(H₂)^.V(H₂) = ;

далее определяют молярную массу эквивалентов из соотношения:

                                         ;

где  M_eq(H)  = 1 г/моль.

6. Находят ошибку опыта. Для этого уточняют у преподавателя наз­вание исследуемого металла и записывают уравнение химической реакции, имевшей место в опыте. По известной теперь относительной массе A_r(Me) и валентности val, проявляемой металлом в ходе реакции, рас­считывают теоретическое значение молярной массы эквивалентов металла по формуле:                    

                                     

Относительную ошибку определяемой молярной массы эквивалентов находят по формуле:

d, % = .

     Хорошее совпадение теории и практики считается в том случае, если относительная ошибка не превышает величины 5 – 10%.

Опытные и расчётные данные сводят в таблицу в лабораторном журнале:

 

Опытные данные	Значения опытных данных
Масса металла m(Me), г.
Первоначальный уровень воды в бюретке А, мл.    Бюретке А
Уровень воды в бюретке после реакции выделения водорода Б, мл.
Объём выделившегося водорода в условиях опыта V(H2), мл.
Комнатная температура t , °С.
Атмосферное давление hатм , мм рт.ст.
Давление насыщенных паров воды р(H2O), Па при температуре t .
Расчетная величина	Значения расчет- ной величины
Давление водорода р(H2), Па.
Объём водорода при нормальных условиях Vо(H2), л
Относительная атомная масса металла Аr (Me).
Валентность металла val.
Теоретически рассчитанное значение молярной массы эквивалентов металла (Me), г/моль экв.
Опытное значение молярной массы эквивалентов металла Meq(Me), г/моль экв.
Погрешность ( ошибка) опыта d, %.

Вопросы и задачи для самоподготовки

1. Что такое химический эквивалент элемента, вещества, молярная масса эквивалентов элемента, вещества?

2. Как связаны молярная масса эквивалентов элемента и его относитель-ная атомная масса? Рассчитать M_eq(Мn) и M_eq(Мn₂О₇) в Мn₂О₇.

3. Можно ли считать молярную массу эквивалентов любого данного элемен­та величиной постоянной? Определить M_eq элементов N, С, Р в соеди­нениях N₂O₃ ; CO; СО₂, РС1₅ .

4. Определите молярную массу эквивалентов металла, если известно, что масса металла, равная 4,6 г, содержится в его оксиде, массой 6,3 г.

5. Найдите M_eq кислоты, если для нейтрализации 9,8 г её 10% – го раствора потребовалось 1,2 г щёлочи. M_eq щёлочи равна 40 г/моль.

6. Что нужно знать дополнительно для расчета M_eq кисло­ты, основания, соли, если неизвестен вид их химических превра­щений?

7. Как определяется молярная масса эквивалентов восстановителя и  окислителя в окислительно-восстановительной реакции?

8. Определить молярные массы эквивалентов фосфорной кислоты в сле-дующих реакциях:      а) H₃PO₄  + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂O;

                                  б) H₃PO₄  + 2NaOH = Na₂HPO₄ +  2H₂O;

                                  в) H₃PO₄  + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O.

9. Рассчитать молярный объем эквивалентов водо­рода, кислорода при н.у.

10. Определить M_eq металла массой 0,347 г, если при взамодействии с водой он вытесняет водород объёмом 180 мл при температуре 15°С и давлении 104,5 кПа.

11. При полном разложении оксида металла массой 4,3 г был полу­чен кислород объёмом 580 мл при температуре 17°С и давлении 1,01•10⁵ Па. Определить молярные массы эквивалентов оксида и металла.

12. Вычислить массу I м³ воздуха при 17°С и давлении 83,2 кПа.

Литература: Пособие, глава 1, пункты 1.7; 1.8; 1.8.1.

 

Лабораторная работа № 2

---

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 437; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!