Определение молярной массы эквивалентов металла

(Мg, Аl или Zn) методом вытеснения водорода

Метод основан на измерении объема водорода, который выделяется из кислоты при действии на нее металла.

Применяемый для этой цели прибор состоит из двух бюреток, укрепленных на штативе и соединенных резиновой трубкой. В эти сообщающиеся сосуды залита вода приблизительно до середины бюреток. Одна из бюреток (измерительная) сверху закрыта пробкой с отводной трубкой, к которой присоединяют пробирку, где происходит реакция между кислотой и металлом. Другая бюретка служит приемником для воды, вытесняемой выделяющимся при реакции водородом.

Объем выделившегося водорода определяют по разности уровней воды в измерительной бюретке до и после опыта, приведя воду в обеих бюретках к одному уровню. Тогда давление в измерительной бюретке равно атмосферному.

Получите навеску металла у лаборанта. Проверьте герметичность прибора. Для этого одну из бюреток переместите вместе с лапкой штатива так, чтобы уровень воды в ней стал на 10-15 см выше, чем в первой бюретке. Если разница в уровнях не изменяется, прибор исправен (''держит''); если уровни в бюретках выравниваются, прибор негерметичен, пропускает воздух, о чем следует заявить лаборанту. В пробирку налейте соляной кислоты (на 1 четверть пробирки). Поддерживая пробирку в наклонном положении, поместите навеску металла (не опуская в кислоту) на стенку у отверстия пробирки и закройте пробирку пробкой с отводной трубкой от бюретки.

Приведите воду в бюретках к одному уровню и отметьте уровень воды в закрытой бюретке. Отсчет производите по нижнему мениску жидкости с точностью до 0,1 мл.

Стряхните металл в кислоту (смойте его кислотой). Наблюдайте выделение водорода и вытеснение воды из бюретки.

По окончании реакции дайте пробирке охладиться на воздухе, после чего снова приведите воду в бюретках к одинаковому уровню и запишите новый уровень воды в той же бюретке, в которой отмечали исходный уровень. По разностей уровней воды до и после реакции рассчитайте объем выделившегося водорода.

Даже при комнатной температуре пар над поверхностью воды обладает заметным давлением. Поэтому для определения парциального давления водорода необходимо от общего (атмосферного) давления вычесть давление насыщенного пара h (см. табл. 2).

РН₂ = Р_атм - h (8)

Для приведения объема выделившегося водорода к нормальным условиям используют уравнение газового состояния (объединенный газовый закон):

V₀∙Р₀ V₁∙РН₂

——— = ——— (9)

Т₀ Т₁

Здесь V₀ - объем выделившегося водорода при н.у., мл;

Р₀ - давление водорода при н.у., равное 760 мм рт. ст.;

Т₀ - температура нормальных условий (н.у.) равная 273 К;

Т₁ - температура опыта, К;

V₁ - объем выделившегося водорода в эксперименте;

РН₂ - парциальное давление водорода при условиях опыта.

Определив объем водорода при н.у., вычисляют массу 1 моль эквивалентов металла: из пропорции:

m г металла - вытесняют при н.у. V₀ мл водорода;

М_Э г/моль металла - 11200 мл водорода.

 

Сравнивая экспериментально найденную молярную массу эквивалентов металла с теоретическим значением молярной массы эквивалентов металла (Мg, Аl, Zn), определите, какой металл был взят для реакции. Запишите уравнение реакции взаимодействия этого металла с соляной кислотой. Запишите в журнал:

- массу навески металла m г;

- уровень воды в бюретке до реакции V' мл; и после реакции V'' мл;

- температуру, t ⁰С и Т К;

- атмосферное давление Р_АТМ мм рт. ст.;

- давление насыщенного водяного пара, h мм рт. ст.;

По полученным данным рассчитайте:

- объем выделившегося водорода V₁ = V''-V', мл;

- парциальное давление водорода РН₂ мм рт. ст.;

- объем водорода при нормальных условиях V₀; мл;

- теоретическую молярную массу эквивалентов М_{Э теор} (Мg, Аl, Zn), г/моль;

- опытную молярную массу эквивалентов металла, М_Э (экспер.), г/моль;

- ошибки опыта:

а) абсолютную, δ_абс., г;

б) относительную, δ_отн, %.

Абсолютная ошибка опыта рассчитывается как абсолютная величина разности между экспериментально найденным и теоретическим значениями молярной массы эквивалентов металла. Относительная ошибка опыта рассчитывается как отношение абсолютной ошибки к теоретическому значению, выраженное в процентах.

 

Таблица 2 - Давление насыщенного водяного пара

Т, 0С	h, мм рт. ст.	Т, 0С	h, мм рт. ст.	Т, 0С	h, мм рт. ст.
	11,2		16,5		23,8
	11,9		17,5		25,2
	12,6		18,7		26,7
	13,6		19,8		28,1
	14,5		21,1		29,8
	15,5		22,4		31,6