Определение молярной массы эквивалента металла

Для экспериментального определения молярной массы эквивалента металла используют прибор, состоящий из бюретки, соединенной с воронкой резиновой трубкой. Через систему пробок и трубок к бюретке присоединяют пробирку. Система укрепляется на штативе и заливается подкрашенной водой. Следует помнить, что водород - очень летучий газ. Поэтому необходимо проверить герметичность установки, для чего при закрытых пробках и присоединенной пробирке надо опустить кольцо с воронкой. Если прибор герметичен, то уровень воды в бюретке, немного понизившись, останется постоянным. Если уровни жидкости в бюретке и воронке, как в сообщающихся сосудах, выравниваются, то герметичность нарушена, и следует обратиться к преподавателю. В пробирку налейте 3-4 мл раствора серной кислоты (разбавление 1:4). Полоской фильтровальной бумаги снимите со стенок пробирки капли кислоты. Удерживая пробирку наклонно (следить, чтобы не выливалась кислота), поместите на сухую стенку пробирки кусочек металла, взвешенный с точностью до 0,0001 г. (Необходимо следить, чтобы металл не соприкасался с кислотой). Присоедините пробирку к прибору, удерживая ее в наклонном положении. Отметьте уровень воды в бюретке /V₁ с точностью до 0,1 мл. Придерживая пробирку, стряхните металл в раствор кислоты.

Выделяющийся водород будет собираться в бюретке. При этом вода из бюретки будет собираться в воронке. По окончании реакции дайте системе остыть и опустите кольцо с воронкой до нового уровня жидкости. Отметьте новый уровень жидкости V₂. Разность уровней жидкости в бюретке после опыта и до опыта равна объему выделившегося водорода.

V_H2 = V₂ - V₁.

Отметьте условия проведения опыта: давление (р) и температуру (Т).

По табл. 2.1 определите давление насыщенного водяного пара (h) при температуре проведения опыта. Экспериментальные данные внесите в табл. 2.2.

Таблица 1

Давление насыщенного пара /h/, мм. рт. ст.

T°С	h, мм рт.ст.	T°С	h, мм рт.ст.
	13,63		18,65
	14,43		19,83
	15,48		21,07
	16,48		22,38
	17,54		23,76

 

Таблица 2

Экспериментальные наблюдения.

Масса Метал-ла m, г	р, мм рт.ст.	t, °C	Влажность h, мм рт.ст.	Уровень жидкости до опыта V1, мл	Уровень жидкости после опыта V, мл	Объем выделившегося водорода VH2, мл

Для определения молярной массы эквивалента металла следует привести полученный объем водорода V_H2 к нормальным условиям V_H2°, используя уравнение объединенного газового закона:

p° V_H2°/T° = (p – h) V_H2.

Отсюда находят

V_H2° = (p – h) V_H2 T°/ p°T

И наконец, используя закон эквивалентов, получают:

Э_М = m ×11200 / V_H2°.

Вычислите атомную массу металла, если валентность его равна 2.

Определите по таблице Д.И.Менделеева металл.

Вычислите теоретическое значение молярной массы эквивалента металла.

w,% = ôЭ^т - Э^эô/ Э^т,

где Э^т – рассчитанная эквивалента металла;

Э^э - экспериментальная молярная масса эквивалента металла.

Типовые задачи

1.Докажите амфотерные свойства оксида хрома(III) и гидроксида цинка, приведите уравнения соответствующих реакций.

2.Приведите формулы всех солей, которые могут образоваться при взаимодействии гидроксида алюминия и соляной кислоты.

3.Составьте формулы сульфата алюминия, дигидрофосфата кальция, гидроксокарбоната меди(II). Приведите их графические формулы.

4.Вычислите эквиваленты и молярные массы эквивалентов Ag₂O, CaHPO₄, (CuOH)₂CO₃, H₃BO₃.

5.Составьте формулы оксидов и гидроксидов следующих элементов:

S⁺⁶, K⁺, Mn⁺⁷, Sn⁺², P⁺⁵, Si⁺⁴. Определите, какие из них обладают основными, кислотными или амфотерными свойствами. Ответ аргументируйте уравнениями соответствующих реакций.

6.Составьте формулы оксидов, соответствующие следующим гидроксидам: Mn(OH)₄, NaOH, H₃PO₄, HPO₃. Составьте графические формулы всех соединений.

7.Определите плотность вещества, если 30 см³ его имеют массу 45 г.

8.Сколько сульфида железа должно получиться, если для проведения рекции взяли 8 г серы и 28 граммов железа?

9.Определите простейшую формулу поташа, если массовый состав этого вещества: калия - 56,6%, углерода - 8,7%, кислорода - 34,8%.

10.При сжигании 1,55 г фосфора получено 3,53 г фосфорного ангидрида. Определите количественный состав фосфорного ангидрида.

11.Вычислите эквивалент и молярную массу эквивалентов ортофосфорной кислоты в реакциях обмена с едким натром, в результате которых образуются нормальная и кислые соли.

12.Из 1,4 г кальция получили 2,52 г его сульфида. Определите молярную массу эквивалента металла.

13.Плотность газа по воздуху 1,52. Определите относительную молекулярную массу газа.

14.Вычислите молекулярную массу газа, если при 25^оС и 800 мм рт. ст. 350 мл его имеют массу 0,78 г. Определите его относительную плотность по воздуху.

15.Какой объем при нормальных условиях занимают 10²⁰ молекул газа.

16.Составьте полную электронную формулу элемента, расположенного в 6-ом периоде, 7-й группе, главной подгруппе.

17.Газообразный гидрид элемента "Э" имеет формулу ЭН₂. Определите формулу его высшего оксида и его молекулярную массу, если плотность гидрида по воздуху равна 1,172

18. Объясните, почему сера и хлор проявляют максимальную степень окисления, равную номеру группы, а кислород и фтор таковой не проявляют.

19. Какие из перечисленных молекул будут неполярными: H₂S, HF, CCl₄, NH₃, BCl₃. Дайте мотивированный ответ.

20.Учитывая sp³-гибридизацию углерода, укажите, в какой из молекул дипольный момент наибольший: а) CH₄, б) CH₃Cl, в) CH₂Cl₂, г) CHCl₃,

д) CCl₄?

21. Укажите, какие молекулы, из перечисленных ниже, имеют угловую форму:

H₂O, BeCl₂, CO₂, H₂S?

Примеры решения типовых задач

1. Составьте формулы оксидов и гидроксидов следующих элементов: Cl⁺⁷, Al⁺³, Cr⁺⁶, Sr⁺².

Решение:

Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород. Кислород во всех соединениях имеет валентность, равную 2. Формула оксида определяется правилом: произведение валентности кислорода на индекс в формуле, указывающий число атомов кислорода в молекуле, равно такому же произведению другого атома в молекуле. Одновременно произведение валентностей элементов равно произведению индексов этих элементов в формуле.

Учитывая вышесказанное, имеем, например, для семивалентного хлора:

формула оксида хлора (VII) Cl₂O₇.

Аналогично получим: Al₂O₃, CrO₃, SrO.

Гидроксиды (гидраты оксидов) – формально можно рассматривать как продукты присоединения воды к молекуле оксида.

Основным оксидам в качестве гидратов соответствуют основания. В формуле основания на первое место записывают металл, за ним записывают гидроксогруппы. Число гидроксогрупп равно валентности металла

SrO + H₂O Þ Sr(OH)₂

Кислотным оксидам в качестве гидратов соответствуют кислоты (продукты присоединения молекулы воды к кислотным оксидам). В формуле кислоты на первое место записывают водород, за ним центральный атом и на последнем месте кислород.

Cl₂O₇ + H₂O Þ H₂Cl₂O₈ Þ 2HClO₄.

CrO₃ + H₂O Þ H₂CrO₄

Амфотерным оксидам соответствуют амфотерные гидроксиды (также могут быть представлены как продукты присоединения воды к молекуле амфотерного оксида).

Al₂O₃ + 3H₂O Þ 2Al(OH)₃.

2. Докажите амфотерные свойства оксида олова(II) и гидроксида бериллия, приведите уравнения соответствующих реакций.

Решение:

Чтобы доказать амфотерность оксида или гидроксида, следует составить уравнения реакций взаимодействия данного вещества с кислотой и со щелочью.

SnO + 2HCl Þ SnCl₂ + H₂O

SnO + 2NaOH Þ Na₂SnO₂ + H₂O.

Be(OH)₂ + 2HCl Þ BeCl₂ + 2H₂O

Be(OH)₂ + 2NaOH Þ Na₂BeO₂ + 2H₂O

3. Приведите формулы всех солей, которые могут образоваться при взаимодействии гидроксида кальция и серной кислоты. Составьте уравнения соответствующих реакций. Назовите продукты реакций.

Решение:

Различают соли средние – продукт полного замещения гидроксогрупп и ионов водорода в молекулах оснований и кислот:

Сa(OH)₂ + H₂SO₄ Þ CaSO₄ + 2H₂O

CaSO₄ – сульфат кальция;

Кислые соли – продукт неполного замещения ионов водорода в молекуле кислоты (могут быть образованы неодноосновными кислотами):

Сa(OH)₂ + 2H₂SO₄ Þ Ca(НSO₄)₂ + 2H₂O

Ca(НSO₄)₂ – гидросульфат кальция;

Основные соли – продукт неполного замещения ионов гидроксила в молекуле основания (могут быть образованы неоднокислотными основаниями):

2Сa(OH)₂ + H₂SO₄ Þ (CaОН)₂SO₄ + 2H₂O

(CaОН)₂SO₄ – гидроксосульфат кальция.

4. Составьте графическую формулу Ca(NO₃)₂.

Решение:

В графической формуле указывается порядок соединения атомов в молекуле, где каждая связь обозначается черточкой. В графической формуле не учитываются валентные углы между связями. Двойные связи обозначаются двойной черточкой, а тройные – тройной. В неорганических кислородсодержащих соединениях атомы различных элементов соединяются между собой, преимущественно, через кислородные мостики.

O O

ç÷ ç÷

N-O-Ca-O-N

ç÷ ç÷

O O

5. Определите простейшую формулу вещества, содержащего 40 % мас. меди, 20% мас. серы, 40 % мас. кислорода.

Решение:

Обозначим общую формулу вещества Сu_xS_yO_z. Индексы в формуле соединения относятся как количества вещества каждого элемента. Из процентного состава вещества известно, что 100 г вещества содержат 40 г меди, 20 г серы и 40 г кислорода. Найдем количество вещества каждого элемента, возьмем их отношение и преобразуем в отношение целых чисел, для чего разделим каждое число в отношении на наименьшее:

x : y : z = n(Cu) : n(S) : n(O) = m(Cu)/ M(Cu) : m(S)/ M(S) : m(O)/ M(O) =

= (40/64) : (20/32) : (40/16) = 0,625 : 0,625 : 2,5 = 1 : 1 : 4

Cледовательно, простейшая формула соединения CuSO₄.

6. Определите количественный состав марганца в оксидах марганца (IV) и марганца(VII).

Решение:

Молекулярная масса марганца равна 55 г/моль, оксида марганца (IV) MnO₂ – 87 г/моль, оксида марганца (VII) Mn₂O₇ – 222 г/моль.

1 моль MnO₂ содержит 1 моль атомов марганца Mn.

Следовательно:

87 г MnO₂ содержат 55 г Mn, а

100 г MnO₂ содержат х г Mn.

Решая пропорцию, имеем:

х = (100×55)/87 = 63,2 г.

Массовая доля марганца в оксиде марганца (IV) составляет 63,2%.

Аналогично для оксида марганца (VII).

1 моль Mn₂O₇ содержит 2 моль атомов марганца Mn.

Следовательно:

222 г Mn₂O₇ содержат 110 г Mn, а

100 г Mn₂O₇ содержат y г Mn.

Решая пропорцию, имеем:

y = (100×100)/222 = 49,5 г.

Массовая доля марганца в оксиде марганца (VII) составляет 49,5%.

 

7. Сколько граммов хлорида магния получится, если для реакции взяли 48 г магния и 105 г хлора?

 

Решение:

Составим уравнение реакции:

Mg + Cl₂ Þ MgCl₂.

По уравнению реакции на 1 моль магния приходится 1 моль хлора.

Определим количество вещества каждого компонента, введенных в реакцию.

n(Mg) = m(Mg)/M(Mg) = 48 /24 = 2 моль.

n(Cl₂) = m(Cl₂)/M(Cl₂) = 105/ 70 = 1,5 моль.

Хлор находится в недостатке. Расчеты ведем по недостатку.

По уравнению реакции на 1 моль хлора приходится 1 моль хлорида магния. Следовательно, в результате реакции получено 1,5 моль хлорида магния. Тогда масса хлорида магния составляет:

m(MgCl₂) = n(MgCl₂) × M(MgCl₂) = 1,5 × 94 = 141 г.

8. Рассчитайте эквиваленты и молекулярные массы эквивалентов соединений: MnO₂, H₃PO₄, Ca(H₂PO₄)₂. Назовите вещества.

Решение:

Оксид марганца (IV).

М_Э(MnO₂) = М(MnO₂)/n(O)×B (O) = (55+16×2)/2×2 = 21,75,г/моль

где n(O) – число атомов кислорода в молекуле;

B (O) – валентность кислорода.

Э(MnO₂)=1/4 MnO₂

Ортофосфорная кислота.

М_Э(H₃PO₄) = М(H₃PO₄) / n(Н) = (3+31+16×4)/3 = 32,7 г/моль

где n(Н) – число атомов водорода в молекуле кислоты.

Э(H₃PO₄)=1/3 H₃PO₄

Дигидрофосфат кальция.

М_Э(Ca(H₂PO₄)₂) = М(Ca(H₂PO₄)₂)/n(М)×B(М) = (40+2+31×2+16×2×4)/2×1 = 116 г/моль

Э(Ca(H₂PO₄)₂) =1/2 Э(Ca(H₂PO₄)₂)

где n(М) – число атомов металла в молекуле;

B (М) – валентность металла.

9. Окислением 1,4 г кадмия получили 1,6 г его оксида. Определите молярную массу эквивалента металла.

Решение:

Оксидами называются сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород. Согласно условию 1,6 г оксида кадмия содержит 1,4 г металла. Следовательно, остальное составляет кислород – 0,2 г. Молярная масса эквивалента кислорода известна и равна 8 г/моль. Из закона эквивалентов - массы реагирующих веществ относятся, как молярные массы их эквивалентов– следует:

M_Э(Cd) = m (Cd)×m_Э (O) / m (O) = 1,4×8/0,2 = 56 г/моль.

Относительная плотность газа по водороду равна 35. Определите молярную массу газа и рассчитайте массу 5 л этого газа.

Решение:

Относительная плотность одного газа по другому равна отношению их молекулярных или молярных масс. D(газа/Н₂) = М( газа) / М(Н₂)

М (газа) = D(газа/Н₂)× М(Н₂) = 35 × 2 = 70 г/моль.

Моль любого газа при нормальных условиях занимает обьем 22,4 л. Следовательно, 5 л газа при тех же условиях имеют:

m( газа)= V (газа)М(газа)/V_М(газа)=5л´70(г/моль)/22,4 л/моль =15,6 г

10. 1000 л газа при 745 мм рт. ст. и 15°С имеют массу 1,825 кг. Определите его молекулярную массу.

Решение:

Применим уравнение состояния идеального газа Менделеева - Клапейрона

pV = (m/M) RT.

Тогда:

M=mRT/(pV)=1825г× 62400мм×мл/моль×К×288К/(745мм×10⁶мл)=44 г/моль.