Учебное пособие «Лабораторные работы по химии»



страница4/11
Дата04.11.2012
Размер0.94 Mb.
ТипУчебное пособие
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Цель работы – ознакомление с понятием эквивалент вещества и методикой расчета молярной массы эквивалентов по закону эквивалентов.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ


Моль эквивалентов вещества (эквивалент) это такое его количество, которое взаимодействует с одним молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Моль эквивалентов водорода равен одному 1 моль.

Чтобы определить эквивалент вещества надо исходить из конкретной реакции, в которой участвует данное вещество.

½ Mg + ½ H2SO4 = ½ MgSO4 + ½ H2

Одному молю атомов водорода соответствует ½ моля магния, ½ моля MgSO4 и ½ H2SO4.

Отсюда Э (Mg) = ½ моля, Э (MgSO4) = ½ моля, Э(H2SO4) = ½ моля.
NaOH + ½ H2SO= ½ Na2SO4 + H2O

Отсюда Э (NaOH) = 1 моль, Э (Na2SO4) = ½ моля.
½ Ca + ⅓ H3PO4 = Ca3(PO4)2+½ H2

Отсюда Э (Ca) = ½ моля, Э (Ca3(PO4)2) = 1/6 моля, Э(H2) = ½ моля.
½ H2 + ¼ O2 = ½ H2O

Отсюда Э(О2) = ¼ моля, Э(Н2О) = ½ моля.
Массу 1 моля эквивалентов называют молярной массой эквивалентов (эквивалентная масса МЭ). Исходя из понятия моля эквивалентов и эквивалентной массы, для расчета молярной массы эквивалентов вещества можно использовать формулы:

для простого вещества



Для сложного

,

где

МА- атомная масса элемента

М – молярная масса вещества

В- валентность элемента или функциональной группы

n - количество функциональных групп.
Для оснований функциональной является гидроксогруппа (ОН-), для кислот ион водорода (Н+), для солей ион металла.
Пример.

Рассчитать молярную массу эквивалентов сульфата алюминия.


Для газообразных веществ удобнее пользоваться понятием объем моля эквивалентов (эквивалентный объем). Согласно закону Авогадро моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 литра (молярный объем, VМ). Исходя из этого можно рассчитать эквивалентный объем любого газа (VЭ). Например VЭ2)=11,2 л, VЭ2)=5,6 л.


Все вещества реагируют с друг другом в эквивалентных количествах в соответствии с законом эквивалентов:

Массы (объемы) участвующих в реакции веществ пропорциональны их эквивалентным массам (эквивалентным объемам).
,
Из закона эквивалентов следует, что число молей эквивалентов участвующих в реакции веществ одинаковы.

Эквивалент вещества может измениться в зависимости от условий реакций.
NaOH + H2SO4 = NaHSO4 + H2O

1экв. 1экв. 1экв. 1экв.

МЭ(NaOH) = М(NaOH) = 40 г/моль

МЭ(H2SO4) = М(H2SO4) = 98 г/моль
2 NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2 H2O

2экв. 2экв. 2экв. 2экв.

МЭ(H2SO4) = М(H2SO4)/2 = 49 г/моль

Cu(OH)2 + HCl = CuOHCl + H2O

1экв. 1экв. 1экв. 1экв

МЭ(Cu(OH)2) = M(Cu(OH)2) = 98 г/моль
Cu(OH)2 + 2 HCl = CuCl2 + 2 H2O

2экв. 2экв. 2экв. 2экв

МЭ(Cu(OH)2) = M(Cu(OH)2)/2 = 49 г/моль

Пример.

Молярная масса эквивалентов металла равна 56 г/моль. Какой объем кислорода (н.у.) образуется при разложении 1,28 г оксида этого металла.

Согласно закону эквивалентов:





Оксид металла это соединение металла с кислородом, поэтому молярная масса эквивалентов оксида представляет собой сумму:



МЭ (оксида) = МЭ(металла) + МЭ2) = 56 + 8 = 64 г/моль
мл.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Приборы и реактивы: прибор для измерения объема водорода, кислота соляная (W=20%), цинк гранулированный.

Сущность опыта заключается в определении объема водорода, выдел ившегося при взаимодействии цинка с кислотой и расчете эквивалентной массы цинка по закону эквивалентов.

Описание работы:

Определение эквивалентной массы цинка по объему вытесненного водорода осуществляется на лабораторной установке (рис.1).

Установка состоит из двух бюреток: рабочей измерительной Б1 и уравнительной Б2, соединенных резиновой трубкой Т и заполненных подкрашенной водой. К рабочей бюретке при помощи газоотводной трубки Г присоединена пробирка П.

Перед началом выполнения опыта необходимо проверить герметичность установки. Для этого пробирку плотно надеть на пробку газоотводной трубки после чего уравнительную бюретку поднять или опустить на 15-20 см, закрепить ее в этом положении лапками штатива и наблюдать в течение 1-2 минут за положением в ней уровня жидкости. Если за это время уровень воды не изменится, это будет означать, что прибор герметичен и можно приступать к выполнению работы.

Для удобства отсчета объема выделившегося водорода перед началом работы жидкость в измерительной бюретке установить на нулевую отметку (по нижнему мениску).

В пробирку П налить 5-6 мл 20% -ой соляной или серной кислоты, опустить в пробирку навеску металла и быстро надеть пробирку на пробку с газоотводной трубкой, не нарушая герметичности прибора.

2HCl+Zn=ZnCl2+H2

Когда весь металл растворится и прекратится выделение водорода, дать пробирке остыть 1-2 минуты и не снимая пробирки привести положение жидкости в измерительной и уравнительной бюретке к одному уровню, для чего уравнительную бюретку опустить вниз. Отметить объем выделившегося водорода в мл в измерительной бюретке от нулевой отметки до уровня жидкости (по нижнему мениску).



Рис.1. Лабораторная установка для определения эквивалентной массы металла
Опытные данные

  1. Навеска металла m, кг

  2. Объем выделившегося водорода V, л

  3. Температура t, 0С

  4. Абсолютная температура Т, К

  5. Атмосферное давление Р, кПа

  6. Давление насыщенного водяного пара при данной температуре (РН2O), кПа (см. таблицу 1).

  7. Парциальное давление водорода, РН2=Р - РН2О, кПа


Расчет эквивалентной массы

  1. Привести объем выделившегося водорода V к нормальным условиям Vo, применив уравнение объединенного газового закона:


; ,

где ТО- абсолютная температура, 273 К

РО- давление при нормальных условиях, 101325 Па.

  1. По закону эквиалентов рассчитать эквивалентную массу металла Э.

; ,

где Мэ- эквивалентная масса металла, кг/моль

m – масса навески металла, кг

Vэо- эквивалентный объем водорода, л

Vо – объем водорода, приведенный к нормальным условиям, л

  1. Рассчитать относительную погрешность опыта:

относительная погрешность ,

где Этеор.- теоретическое значение эквивалентной массы металла,

Мэ теор.=МА/В.

МА- атомная масса металла

В – валентность металла.

Таблица 1

Давление насыщенного водяного пара.

Температура

оС

18

19

20

21

22

23

24

Давление пара, кПа



2,06

2,20

2,37

2,48

2,64

2,80

2,98


Лабораторная работа №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОГО ЭФФЕКТА РЕАКЦИИ

НЕЙТРАЛИЗАЦИИ
Цель работы – определение теплового эффекта реакции нейтрализации сильной кислоты сильным основанием с использованием калориметрической установки и проведение и термодинамических расчетов.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Химические реакции сопровождаются выделением или поглощением энергии (теплоты). Первые называются экзотермическими, вторые – эндотермическими.

Количество выделенной или поглощенной теплоты называют тепловым эффектом процесса (Q). Последний зависит от природы веществ, их количества, агрегатного состояния и температуры процесса. Изучением тепловых эффектов химических процессов занимается термохимия.

Большинство химических процессов протекают при постоянном давлении (р=const), т.е. является изобарными. Для изобарных процессов тепловой эффект равен разности энтальпий () конечного и исходного состояния системы, характеризующей «теплоспособность» системы:


Величина () – энтальпия химической реакции - измеряется в кДж. Для экзотермических реакций () < 0, для эндотермических - () > 0. Изменение энтальпии (тепловой эффект химической реакции), а также агрегатное состояние каждого из исходных веществ и продуктов реакции указывают в термохимических уравнениях. Кроме этого, в них допускается применение дробных коэффициентов, так как тепловой эффект рассчитывается на один моль вещества.

Пример термохимического уравнения:
(NH4)2Cr2O7(к) = N2(г) + Cr2O3(к) + 4H2O(ж); = -477 кДж.
В данной записи (к), (г), (ж) означают соответственно кристаллическое, газообразное и жидкое состояния.

Для термохимических расчетов важна стандартная энтальпия образования соединений ΔНообр – это тепловой эффект реакции образования 1 моля этого соединения из простых веществ, устойчивых при стандартных условиях (температура 298 К и давление 101,3 кПа).

Основным законом термохимии является закон Г.И.Гесса, согласно которому изменение энтальпии (внутренней энергии) в химической реакции определяется только видом и состоянием исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути перехода от начальных веществ к конечным.

Следствием из закона Гесса является соотношение:



Где – энтальпия химической реакции.

Первый член в правой части уравнения – сумма энтальпий образования продуктов реакции, взятых с учетом стехиометрических коэффициентов в уравнении реакции;

Второй член – аналогичная сумма для исходных веществ.

Известно, что нейтрализация 1 эквивалента любой сильной кислоты любым сильным основанием в разбавленных водных растворах сопровождается экзотермическим эффектом, при 298 К равным – 57,22 кДж/моль.

Это объясняется тем, что изменение энтальпии таких реакций не зависят от исходных веществ, и определяется при взаимодействии любых сильных кислот и щелочей реакцией:
Н+(р) + ОН - (р) = Н2О (ж); = -57,22 кДж/моль
Этот факт подтверждает полную диссоциацию сильных электролитов в водных растворах. Например, нейтрализация азотной кислоты гидроксидом калия в разбавленных водных растворах сводится к образованию 1 моля жидкой воды, что следует из ионно-молекулярного уравнения реакции:
НNO3 + KOH = KNO3 + H2O (ж)

Н+з (р) + NO-3 (р) + K+ (р) + OH- = K+(p) + NO-3 (p) + H2O (ж)

Н+ + ОН- = Н2О (ж)
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Тепловые эффекты, сопровождающие химические реакции, измеряют в приборах, называемых калориметрами или калориметрическими установками (рис.1).

Простейший калориметр состоит из 2-х сосудов: наружного (4) и внутреннего калориметрического (3). Во избежание потерь теплоты через стенки калориметрического сосуда он помещается на подставку из пенопласта (материал с малой теплопроводностью). Калориметр закрывается крышкой (5) с тремя отверстиями: для воронки (2), мешалки (6) и термометра (7).

В работе используют 1 М растворы KOH и HNO3. Для реакции нейтрализации берут равные объемы кислоты и щелочи.

Перед началом опыта необходимо взвесить сухой калориметрический сосуд или узнать его массу у лаборанта.

Соберите калориметрическую установку и через воронку в калориметрический сосуд налейте отмеренные мерным стаканом 50 мл 1 М раствора кислоты. Во второй мерный стакан налейте 50 мл 1 М раствора щелочи и поставьте его на 3-4 мин. для выравнивания температуры рядом с калориметром.

Опустите термометр в стакан с раствором щелочи и замерьте температуру раствора с точностью до 0,1 К (ТЩ). Затем, ополоснув шарик термометра водой и осушив его фильтровальной бумагой, опустите термометр в раствор кислоты. Замерьте температуру раствора кислоты (ТК). Среднее арифметическое ТЩ и ТК даст Т1– начальную температуру раствора в калориметре:

(1)

Затем через воронку вылейте раствор кислоты в щелочь. И отметьте самую высокую температуру Т2, которую покажет термометр после сливания растворов. Результаты измерений занесите в таблицу 1.
Таблица 1

Масса калориметрического сосуда m, кг

Суммарный объем жидкости в стакане V, мл

Температура, К

ТЩ

ТК

Т1

Т2




















Теплоту, выделяющуюся или поглощающуюся в калориметре, вычисляют по формуле

q =  Σc ·(T2 – T1), (2)

где

Т1 – начальная температура жидкости, К;

Т2 – конечная температура жидкости в калориметре, К;

Σc – теплоемкость системы, равная

Σc = с1·m1 + c2·m2 + c3·m3; (3)

c1, c2 – удельная теплоемкость растворов кислоты, щелочи, принимаемые равными удельной теплоемкости воды, 4,19 кДж/(кг·К);

с3 – удельная теплоемкость стекла 0,75 кДж/(кг·К);

m1, m2 – масса раствора кислоты и щелочи, кг   (плотность растворов кислоты и щелочи принять равными плотности воды 1000 кг/м3);

m3 – масса калориметра, кг.

Определить число молей нейтрализованной кислоты (щелочи) n, учитывая заданную молярную концентрацию и объем раствора, рассчитать энтальпию нейтрализации.

Так как реакция нейтрализации является экзотермической, то

ΔН = - q/n, кДж/моль. (4)

Сравнить полученную энтальпию нейтрализации с теоретической и рассчитать относительную ошибку опыта.

(5)

Где экспер. – полученное в ходе эксперимента значение энтальпии реакции;

теор. – теоретическое значение энтальпии реакции нейтрализации, равное – 57,22 кДж/моль.

Лабораторная работа №4



СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И ХИМИЧЕСКОЕ

РАВНОВЕСИЕ

Цель работы - изучение скорости химической реакции и ее зависимости от различных факторов: концентрации, температуры, катализатора. Изучение влияния концентраций веществ на химическое равновесие и его смещение.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Похожие:

Учебное пособие «Лабораторные работы по химии» iconУчебное пособие «Лабораторные работы по химии»
Лабораторные работы по химии./ Т. А. Донская, Н. П. Космачевская, В. А. Яскина, С. Ф. Лапина, О. Б. Русина. – Братск: Бргту. 2003....
Учебное пособие «Лабораторные работы по химии» iconУчебное пособие предназначено для студентов всех специальностей, выполняющих лабораторные работы по разделу "Статистическая физика" в рамках курса общей физики. Учебное пособие состоит из трех глав и Приложения
Кроме того, в каждой работе дано по 30 контрольных вопро-сов, предназначенных для самоконтроля студентов. В приложении дана таб-лица...
Учебное пособие «Лабораторные работы по химии» iconМетодическое пособие Т. П. Монич, И. Д. Гришин Нижний Новгород 2010
В пособии представлены демонстрационные, лабораторные и практические работы по химии для учащихся 8 класса. Развитие первичных навыков...
Учебное пособие «Лабораторные работы по химии» iconМетодическое пособие Т. П. Монич, И. Д. Гришин Нижний Новгород 2005 Нижегородский физико-математический лицей №40
В пособии представлены демонстрационные, лабораторные и практические работы по химии для учащихся 8 класса. Развитие первичных навыков...
Учебное пособие «Лабораторные работы по химии» iconБанк данных по общей и биоорганической химии Buben, A. L
М-во здравоохр. Респ. Беларусь, уо "Гродн гос мед ун-т", [Каф общей и биоорганической химии] = Лабораторные указания к практическим...
Учебное пособие «Лабораторные работы по химии» iconУчебное пособие «Основы косметической химии»
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 050501. 04 Профессиональное обучение (дизайн), специализации Парикмахерское...
Учебное пособие «Лабораторные работы по химии» iconУчебное пособие «Основы работы в Excel»
Учебное пособие предназначено для студентов имтп, а также может быть использовано при самостоятельном освоении современного программного...
Учебное пособие «Лабораторные работы по химии» iconУчебное пособие для самостоятельной работы для студентов
Учебное пособие предназначено для облегчения выполнения самостоятельной работы студентами специальности 21200, 072500. В пособии...
Учебное пособие «Лабораторные работы по химии» iconУчебное пособие для студентов гуманитарных специальностей вузов в трех частях Часть 1 4-е издание, исправленное Минск
Данное учебное пособие является результатом работы всего коллектива кафедры иностранных языков Института государственного управления...
Учебное пособие «Лабораторные работы по химии» iconПрактикум по общей и неорганической химии: Учебное пособие, М.: Высш. Шк., 2008. 220 с. (С грифом умо)
Стась Н. Ф., Плакидкин А. А., Князева Е. М. Лабораторный практикум по общей и неорганической химии: Учебное пособие, М.: Высш. Шк.,...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org