Основная цель лабораторных занятий связать теоретиче

• Название: Основная цель лабораторных занятий связать теоретиче
• Дата: 18.11.2021
• Размер: 131.07 Kb.
• Имя файла: MULR.docx
• Тип: Лекция; #276013
• страница: 2 из 17

ПРАВИЛА РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИИ

Лабораторные работы выполняют на рабочем столе, где на- ходятся необходимые приборы, посуда и реактивы. Все опыты сле- дует проводить только с такими количествами веществ, растворами таких концентраций и в такой посуде, как указано в задании.

Никакие вещества в химической лаборатории нельзя пробо- вать на вкус, а нюхать следует с большой осторожностью, направляя к себе пары или газ движением кисти руки. Находясь в лаборатории, нельзя принимать пищу, пить и пользоваться косметикой.

При нагревании раствор в пробирке может бурно вскипеть, поэтому не следует поворачивать ее отверстием к себе или к соседу.

Кислоты и щелочи и сильно пахнущие жидкости хранят в вытяжном шкафу в склянках из толстого стекла. Работать с ними можно только под тягой, нельзя переносить эти жидкости на рабочее место.

Смешивать жидкости, при взаимодействии которых выделя- ется теплота, можно только в химической посуде из термостойкого стекла.

Все полученные растворы после работы выливают не в рако- вину, а в сборники с соответствующими надписями, которые уста- новлены в вытяжном шкафу.

По окончании работы в лаборатории следует вымыть ис- пользованную посуду, поставить на место реактивы, привести в по- рядок рабочее место и вымыть руки.

Реактивы размещены в вытяжном шкафу и в установленных на каждом рабочем месте штативах. Тара для жидких реактивов снабжена капельницами или пипетками для отбора растворов в ра- бочие пробирки. Сухие реагенты отбирают с помощью шпателей.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МАССЫ МЕТАЛЛА

Цель работы: усвоить одно из основных химических поня- тий – понятие об эквиваленте – и научиться определять его количе- ственное значение.
5

Общие сведения

Законэквивалентов: все вещества реагируют и образуются в количествах, пропорциональных их эквивалентам, т.е. в эквива- лентных количествах (Рихтер, 1800).

Эквивалент – реальная или условная частица вещества, ко- торая эквивалентна (равноценна) одному иону водорода в кислотно- оснóвных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Рассмотрим реакцию взаимодействия гидроксида алюминия с серной кислотой, уравнение которой:

2Al(OH)₃+3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃+6H₂O.

Из уравнения следует, что 2 моль Al(OH)₃ взаимодействует с 3 моль H₂SO₄, при этом образуется 1 моль Al₂(SO₄)₃и 6 моль H₂O. Таким образом, количество вещества реагентов и продуктов (про- порциональное стехиометрическим коэффициентам в уравнении ре- акции) неодинаково.

Теперь рассмотрим количество вещества эквивалентов реак- тантов, участвующих в данной реакции. 6 моль эквивалентов Al(OH)₃ взаимодействует с 6 моль эквивалентов H₂SO₄, при этом образуется 6 моль эквивалентов Al₂(SO₄)₃ и 6 моль эквивалентов H₂O. Таким образом, количества веществ эквивалентов реагентов и продуктов всегда одинаково.

В рассмотренной реакции шести ионам водорода соответст- вуют две частицы Al(OH)₃, т.е. 1 эквивалент Al(OH)₃ = 1/3 Al(OH)₃.

Рассмотрим реакцию, уравнение которой


4 2
MnO^  8H^  5e Mn^2  4H O .

4
В этой реакции пяти электронам соответствует одна частица т.е 1 эквивалент MnO^ = 1/5 MnO^ .

MnO^ ,

4 4

ности

В рассмотренных примерах 1/3 и 1/5 – факторэквивалент-

^fэкв ^.

Масса одного эквивалента вещества – эквивалентнаямасса

M_экв (ее обозначают и через Э или Э_M

6

и называют эквивалентом)

M_экв  Э  Э_М  f_экв M,

где M– молярная масса, т.е. эквивалентная масса измеряется в г/моль. Тогда, учитывая, что

имеем

f_экв  1/ z,
Э  M/ z,

где M – молярная масса элемента, оксида, кислоты, основания или соли, г/моль; z – эквивалентное число: степень окисления элемента в продукте реакции, произведение числа атомов элемента и степени окисления элемента в оксиде, основность кислоты, кислотность ос- нования, произведение числа атомов металла и степени окисления металла в соли.

По закону эквивалентов для реакции, схема которой

A  B  C  D ,

имеем

или
m_A : m_B : m_C : m_D  Э_A : Э_B : Э_C : Э_D
^mA  ^mВ  ^mС  ^mD ,

Э_А

где m– масса вещества.

Э_В Э_С Э_D

Отсюда следует другая формулировка закона эквивалентов: массы взаимодействующих веществ пропорциональны их эквива- лентным массам (эквивалентам).

m_{A } Э_{A .}

m_B Э_B

При использовании понятия «эквивалент» всегда необходи- мо указывать, к какой именно реакции оно относится.
7

H₃PO₄  3NaOH  Na₃PO₄  3H₂O

^ЭH₃PO₄

 ^M; 3

H₃PO₄  2NaOH  Na₂HPO₄  2H₂O

^ЭH₃PO₄

 ^M; 2

H₃PO₄  NaOH  NaH₂PO₄  2H₂O

Э_H3PO4  M.

Контрольные вопросы

1. 
   Что называется эквивалентом?
   
2. 
   Как вычислить эквивалентную массу кислоты, зная ее мо- лярную массу?
   
3. 
   Как вычислить эквивалентную массу основания, зная его молярную массу?
   
4. 
   Как вычислить эквивалентную массу соли, зная ее моляр- ную массу?
   
5. 
   Как определить эквивалентную массу химического эле- мента, если известна его степень окисления?
   
6. 
   Как формулируется закон эквивалентов?
   

Оборудование и реактивы

Получить у преподавателя: штатив – 1 шт., лапа – 2 шт., кри- сталлизатор – 1 шт., колбу Вюрца объемом 50 мл с присоединенной изогнутой стеклянной трубкой – 1 шт., резиновую пробку – 1 шт., фильтровальную бумагу, термометр – 1 шт., барометр – 1 шт., бю- ретку объемом 25 мл – 1 шт., навеску исследуемого металла с ука- занной массой – 1 шт., пластиковую линейку длиной не менее 30 см.

8

В вытяжном шкафу: соляная кислота – раствор концентрацией

1 моль/кг; мерный цилиндр объемом 25 или 50 мл – 1 шт.

Выполнение работы

1. 
   Наполнить водой кристаллизатор и бюретку Бунзена (стеклянную трубку с делениями и затвором в виде шарика в рези- новой трубке). Проверить надежность затвора.
   
2. 
   Закрыв верхнее отверстие пальцем, перевернуть бюретку и опустить ее в кристаллизатор с водой. Палец убрать под водой, при этом вода из бюретки не вытечет.
   
3. 
   Закрепить бюретку в штативе. Уровень воды в ней не дол- жен быть выше крайнего деления шкалы.
   
4. 
   В колбу Вюрца (круглодонная колба с боковым отводом) при помощи мерного цилиндра отобрать 7 мл соляной кислоты.
   
5. 
   Вытереть насухо горло колбы фильтром.
   
6. 
   Расположив колбу горизонтально, поместить в ее горло навеску металла и плотно закрыть колбу пробкой.
   
7. 
   Поместить присоединенную к боковому отводу колбы Вюрца стеклянную трубку в опущенный в воду конец бюретки.
   
8. 
   После этого отметить уровень жидкости в бюретке. Пока- зания следует снимать по положению нижнего края вогнутого мени- ска жидкости при нахождении его на уровне глаз. Цифры на шкале бюретки означают объем в мл, при снятии показаний необходимо учитывать, что бюретка со шкалой перевернута.
   
9. 
   Затем колбу переводят в вертикальное положение, сбрасы- вая навеску металла в кислоту. В результате реакции выделяется во- дород, который вытесняет воду из бюретки. Во время протекания реакции не следует держать колбу в руках во избежание ее нагрева и искажения результатов за счет теплового расширения газа.
   
10. 
    Когда выделение пузырьков водорода прекратится, отме- тить конечный уровень воды в бюретке.
    
11. 
    При помощи линейки измерить высоту столба воды в бюретке от нижнего края мениска до уровня воды в кристаллизато- ре.
    

9

12. 
    По показаниям барометра и термометра определить атмо- сферное давление и температуру в лаборатории.
    

Содержание протокола лабораторной работы

Масса навески металла, m_Me = г.

Объем соляной кислоты, V_HCl = …… мл.

Объем воды в бюретке в начале эксперимента V₁ = мл.

Объем воды в бюретке в конце эксперимента V₂ = мл.

Объем выделившегося водорода V_изм  V₁  V₂ = мл.

Высота столба воды в бюретке, h= мм.

Атмосферное давление в лаборатории

^pатм

= мм.рт.ст.

Температура в лаборатории, t= ……°С.

Обработка результатов эксперимента

1. 
   Водород находится в бюретке под давлением ниже атмо- сферного на величину давления водяного пара, а также разрежения, создаваемого за счет давления столба жидкости в бюретке. Поэтому давление водорода вычисляют по формуле:
   

p = p_атм − p₁ − p₂,

где p₁ – давление столба воды в бюретке, Па, p₁ = 9,8hρ, где 9,8 – ус- корение свободного падения м/с²; ρ – плотность воды, равная 1 г/см³; p₂ – давление насыщенного водяного пара, которое находят по табл. 1.1

Таблица 1.1

Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры

Т, К	278	288	293	298	303	308
р2, Па	1226,4	1706,2	2332,7	3172,5	4238,9	5625,3

2. 
   Массу выделившегося водорода m_H вычисляют по уравне- нию Клапейрона – Менделеева:
   

m<sub>H2

</sub> M_H2 pV_,

RT

10

где M_H2

• 
  молярная масса водорода, г/моль; V – объем водорода, м³;
  

R– универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль·К).

3. 
   Вычислить эквивалент металла по закону эквивалентов:
   

^ЭМe

_ ^ЭH ^mMe _,

m_H2

где Э_H – эквивалентная масса водорода, равная 1 г/моль.

4. 
   По степени окисления металла в продукте реакции, ука- занной преподавателем, определить молярную массу металла. Уста- новить, что это за металл.
   
5. 
   Вычислить точное значение эквивалентной массы металла и найти относительную погрешность эксперимента:
   

_{| Э}эксп _{ Э}теор _|


Э

теор
^МeМe100% .

Мe

Содержание отчета по лабораторной работе

1. 
   Название работы.
   
2. 
   Цель работы.
   
3. 
   Ход эксперимента.
   
4. 
   Экспериментальные данные (переносятся в отчет из про- токола к лабораторной работе).
   
5. 
   Обработка экспериментальных данных.
   
6. 
   Вывод.