Лабораторное занятие № 1

Лабораторное занятие № 1
Тема занятий
1. Инструктаж по технике безопасности.
2. Семинар на тему «Основные понятия и законы химии». Семинар на тему
«Эквивалент. Закон эквивалентов».
3. Лабораторная работа № 1 «Определение молярной массы металла по его
эквивалентной массе /1, с. 13/.
ОБЩИЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ РАБОТЕ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ
При работе в лаборатории соблюдайте максимальную
осторожность и следующие правила.
Работать следует аккуратно, тщательно, без излишней
торопливости. У каждого студента в лаборатории должно быть
свое постоянное место, которое нельзя загромождать лишними
предметами: портфелями, сумками и прочим. Работать желательно
в халате.
Прежде чем приступить к выполнению эксперимента по
данной теме, необходимо тщательно изучить методику его
проведения по методическим разработкам кафедры или по
рекомендованному преподавателем лабораторному практикуму.
Нельзя проводить никаких дополнительных экспериментов без
разрешения преподавателя.
Опыты с ядовитыми, агрессивными и неприятно пахнущими
веществами проводятся в вытяжном шкафу.
В лаборатории нельзя ничего пробовать на вкус, нюхать
вещества следует, направляя пары к себе движением руки.
При нагревании жидкости в пробирке ее держат отверстием в
сторону от себя и от людей, находящихся рядом. Нельзя
приближать лицо к сосуду, в котором нагревается жидкость, так
как при разбрызгивании она может попасть на лицо.
Выпаривать кислоты, аммиачные растворы, жидкости, содержащие сероводород, хлор, бром и другие вещества, образующие газы, необходимо в вытяжном шкафу.
Следует тотчас же убирать все пролитое, разбитое и просыпанное на столах или
на полу в лаборатории. Ядовитые и едкие жидкости набираются в пипетку с помощью
резиновой груши.
Запрещается производить какие-либо работы с легковоспламеняющимися веществами вблизи огня.
Сухие щелочи берутся только щипцами или шпателем, а при их измельчении
необходимо надеть очки.
При приготовлении растворов кислот льют кислоту в воду, а не наоборот,
вследствие возможного разбрызгивания жидкости.
В целях противопожарной безопасности химическая лаборатория снабжена огнетушителем, ящиком с песком и листовым асбестом, совком и кошмой.
В каждой лаборатории обязательно имеется аптечка.
При попадании на кожу концентрированной кислоты обожженное место промывают большим количеством воды, а затем 2 % раствором бикарбоната натрия
NaHCO3. При попадании на кожу концентрированной щелочи обожженное место
промывается большим количеством воды, а затем 2 % раствором борной или уксусной кислот. При попадании брызг кислоты или щелочи на слизистую оболочку глаз
необходимо немедленно промыть глаза большим количеством воды, после чего обратиться к врачу.
При порезах стеклом рану дезинфицируют раствором перманганата калия или
спиртом, смазывают йодом и перевязывают бинтом.
При попадании отравляющих газов (хлора, брома, сероводорода, оксида углерода (II), природного газа) в дыхательные пути пострадавшего необходимо вывести на
свежий воздух, а в более тяжелых случаях немедленно обратиться к врачу.
Закон эквивалентов
Химические элементы соединяются друг с другом в строго определенных количествах, соответствующих их эквивалентам.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ И МОЛЬНОЙ МАССЫ МЕТАЛЛА
Цель работы: Приобретение навыков экспериментального определения
эквивалентной и мольной массы металла по объему вытесненного водорода.
В основе работы лежит способность некоторых активных металлов вытеснять водород из растворов кислот (HCl, H2SO4) по реакции
2 Me + 2n H+ = 2 Men+ + n H2↑,
где Me = Mg, Al, Zn, Fe и другие.
Измерив объем водорода, вытесненного из кислоты металлом заданной
массы, и применив закон эквивалентов, можно определить эквивалентную массу, а затем и мольную массу металла.
Объем выделившегося в результате
реакции водорода можно определить при
помощи установки, изображенной на рис.
2.1. Установка состоит из бюретки 1 и химической воронки 2, соединенных каучуковой
трубкой 3 и представляющих собой сообщающиеся сосуды, закрепленные на штативе 4. К бюретке присоединена пробирка 5.
Расположите воронку на штативе 4 таким образом, чтобы уровень воды в бюретке
находился на нулевой отметке (или на 0,10,5 мл ниже), а сама воронка была заполнена
водой примерно наполовину.
Перед началом работы убедитесь в герметичности установки. Для этого, проверив,
плотно ли закрыты отверстия 6 и 7, поднимите воронку на 10-15 см, закрепите ее в
этом положении и наблюдайте в течение 1-2
минут за уровнем воды в бюретке. Если уровень воды за это время не меняется, значит, Рис. 2.1. Установка для
эквивалентной
герметичность соединений обеспечена, и определения
массы металла по водороду
можно приступать к работе.
Получите навеску металла (m≈ 0,03-0,05 г) у преподавателя. По нижнему
краю мениска замерьте уровень воды (V1) в бюретке 1. Держа пробирку в наклонном положении, осторожно поместите в нее навеску металла так, чтобы
после присоединения пробирки к установке металл находился ниже пробки, но
не касался кислоты. Вновь проверьте герметичность установки, чтобы исключить потери выделившегося в результате реакции водорода. Затем установите
пробирку вертикально, чтобы весь металл упал в кислоту.
После окончания реакции дайте пробирке охладиться (2-4 мин) и, перемещая воронку по штативу, установите одинаковый уровень воды в бюретке и
воронке. Замерьте уровень воды в бюретке (V2). Разность двух значений уровня
воды в бюретке, до и после реакции металла с кислотой, дает объем выделившегося водорода V = V2 − V1.
В лабораторном журнале вычертите таблицу 1, в которую внесите полученные данные. Туда же запишите показания термометра и барометра во время
опыта.
Необходимо учесть, что водород, собранный над водой в бюретке, содержит водяной пар. Поэтому общее давление в бюретке (Ратм), равное атмосферному, складывается из парциальных давлений газообразного водорода Р(Н2) и
насыщенного водяного пара Р(Н2O): Ратм = Р(Н2) + Р(Н2O).
Тогда Р(Н2) = Ратм − Р(Н2O).
Давление водяного пара при температуре эксперимента определите из
табличных данных (табл. 2.).
РАСЧЕТЫ
Расчет мольной массы эквивалента (эквивалентной массы) металла МЭ оп
по экспериментальным данным следует проводить двумя способами.
1) По массе выделившегося водорода m(Н2) с использованием уравнения
Менделеева-Клапейрона:
m(Н2)
(Ратм – РН2O) • V(Н2) =  R • T,
M (Н2)
m (Н2) =
(Ратм. – РН2O) • V(Н2) • M (Н2)
_________________________________________
R•T
и далее по закону эквивалентов:
M′Э (Ме)
m(Me)
 = 
m (Н2)
MЭ (Н2)
вычисляем
М′ Э(Ме) :
М′ Э(Ме) =
m(Me) • Mэ (Н2)
________________________
m (Н2)
2) По объему выделившегося водорода с использованием объединенного
газового закона:
приводят объем выделившегося в результате реакции водорода V(Н2)
к нормальным условиям Vо (Н2 )
(Pатм − РН2O) • V (Н2)
Pо • Vо (Н2)
 =  ,
Tо
T
Vо (Н2) =
То (Ратм. - РН2O) • V (Н2)
_________________________________
Pо • T
и далее по закону эквивалентов с использованием эквивалентного объема воМ′′Э(Ме)
дорода
m(Ме)
 = ,
Vэ (Н2)
Vо (Н2)
где Vэ(Н2) = 11,2 л/моль = 11200 мл/моль, Vо(Н2) – объем водорода, приведенный к нормальным условиям; ро и То – значения давления и температуры при
нормальных условиях.
Вычислите М′′Э (Ме) :
m (Me) • Vэ (Н2)
М′′Э (Ме) =
Vо (Н2)
Вычислите среднее значение эквивалентной массы металла:
М′Э(Ме) + М′′Э(Ме)
М Э(Ме) оп = .
2
и записываем его в табл. 2.1.
Если валентность металла (W) известна, находите экспериментальное
значение молярной массы металла – М (Ме) оп: М (Ме)оп = М Э(Ме)оп • W.
По значению молярной массы М(Ме) Оп и его валентности по периодической системе элементов Д.И. Менделеева, определите металл и теоретическое
значение его молярной массы М(Ме) теор.
Если валентность металла неизвестна, следует последовательно придавать ей значения 1, 2, 3. Затем, умножая мольную массу эквивалента на значение валентности, определите возможные значения мольной массы металла и
сравните их с подходящими по величине мольными массами элементов в периодической системе. Если свойства металла совпадают со свойствами элемента в данном месте таблицы, то исследуемому металлу отдается это место таблицы и находится валентность и теоретическое значение молярной массы металла.
Далее рассчитайте теоретическое значение эквивалентной массы:
М(Ме) теор
М Э(Ме) теор = ,
W
и погрешности (ошибки) опыта (по молярной массе):
абсолютную ∆ абс =  М(Ме) теор − М(Ме) оп ;
∆абс
относительную ∆ отн =  •100 %.
М(Ме) теор
Все рассчитанные значения занесите в таблицу 2.1.
T
Температура, °С
15
16
17
18
19
m (Me)
К
ного пара
ное
V1
V2
опыта опыта
после
V(Н2)
м3
Vо (H2)
м3
М опыт
тиче-
ная
М теор
ская
теоре-
МЭ оп
ная
опыт-
МЭ теор
ская
тиче-
теоре-
кг/моль
кг/моль
опыт-
масса металла,
металла,
Мольная масса Эквивалентная
1693
1799
1919
2039
2173
Давление, Па
Температура, °С
20
21
22
23
24
2319
2452
2612
2810
2959
Давление, Па
Температура, °С
25
26
27
28
тель-
∆ абс,
отн
3132
3332
3552
3745
Давление, Па
Таблица 2
∆
кг/моль ная, %
лютная,
относи-
опыта
Ошибка
абсо-
ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННОГО ВОДЯНОГО ПАРА (РН О) ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
р(Н2О)
ного водя-
сфер-
ратм
насыщен-
атмодо
ях опыта, ный к н.у.,
ратура,
воды, м3
кг
в услови- приведен-
Давление, Па
Уровень
Объем
металла, Темпе-
Объем
водорода, водорода,
Условия опыта
навески
Масса
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ ОПЫТА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МАССЫ МЕТАЛЛА
Таблица 1
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1
Вариант 1
1. При температуре 0 °С и давлении, вдвое превышающем нормальное, некоторый газ
занимает объем 22,4 м3. Число молекул газа, находящееся в данном объеме, равно:
1) 6,02•1023; 2) 12,04•1023; 3) 12,04•1026.
2. На нейтрализацию кислоты массой 4,36 г израсходовано 4,98 г гидроксида калия.
Эквивалентная масса кислоты равна: 1) 49 г/моль; 2) 24,5 г/моль; 3) 57,5 г/моль.
Вариант 2
1. Газообразный хлор при нормальных условиях занимает объем 1,12 м3. Количество
вещества хлора составляет: 1) 0,05 моль; 2) 5 моль; 3) 50 моль.
2. Эквивалентная масса металла равна 20 г/моль. Массу этого металла, вступившего в
реакцию с кислотой, если при этом выделился водород объемом 560 мл при нормальных условиях, составляет:
1) 0,5 г; 2) 1000 г; 3) 1 г.
Вариант 3
1. Газообразный хлорид водорода массой 365 кг при нормальных условиях займет
объем, равный:
1) 224 м3; 2) 224 л; 3) 10 м3.
2. Эквивалентная масса металла составляет 20 г/моль. Объем водорода, выделившегося в результате реакции 50 г данного металла с избытком кислоты при нормальных условиях, равнее:
1) 28 л; 2) 56 л; 3) 4,48 л.
Вариант 4
1. Имеется 2 моль газообразного фторида водорода и 2 моль газообразного аргона.
Отношение объемов, занимаемых первым и вторым газом, составит:
1) 1 : 2; 2) 1 : 1; 3) 2 : 1.
2. Эквивалентная масса угольной кислоты в реакции Н2СО3 + КОН = КНСО3 + Н2О
равна: 1) 31 г /моль; 2) 62 г/моль; 3) 1 моль.
Вариант 5
24
1. 9,03•10 молекул кислорода и 9,03•1024 молекул озона при нормальных условиях
займут объемы:
1)
2)
3)
336 л
33 6 м3
336 л
О2
О3
336 л
336 м3
448 л
2. Эквивалентная масса серы, если 4 г ее окисляются 2,8 л кислорода (н.у.), составляет: 1)32 г/моль; 2) 16 г/моль; 3) 8 г/моль.
Вариант 6
1. В 0,2 моль газообразного кислорода содержится следующее число атомов кислорода: 1) 24,08•1022; 2) 12,04•1022; 3) 6,02•1022.
2. Эквивалентный объем кислорода равен:
1) 22,4 л/моль; 2) 11,2 л/моль; 3) 5,6 л/моль.
Вариант 7
1. Масса порции воды, содержащей 6,02•1022 атомов водорода, равна:
1) 0,9 г; 2) 1,8 г; 3) 9 г.
2. Элемент образует гидрид, где массовая доля элемента составляет 87,5 %. Эквивалентная масса этого элемента равна: 1) 56 г/моль; 2) 14 г/моль; 3) 7 г/моль.
Вариант 8
1. Газообразный аммиак, взятый количеством 0,5 моль, при температуре 0 °С и давлении 202,6 кПа займет объем, равный:
1) 11,2 л; 2) 5,6 л; 3) 5,6 м3.
2. Взято 10 г некоторого основания. Масса вступивших в реакцию гидроксид-ионов
−
(ОН ) равна 0,7 г. Эквивалентная масса основания равна:
1) (10 • 7)/10; 2) (10 • 17)/0,7; 3) (0,7 • 17)/10.
Вариант 9
1. 3 кмоль водорода и 3 кмоль хлора, заключенные раздельно в эластичные оболочки
при нормальных условиях занимают объемы :
1)
2)
3)
67,2 л
71 м3
67,2 м3
Cl2
H2
67,2 л
2 м3
67,2 м3.
2. Некоторая кислота, взятая массой 6 г, содержит 0,1 г водорода, способного замещаться на металл. Эквивалентная масса кислоты равна:
1) 120 г/моль; 2) 60 г/моль; 3) 6 г/моль.
Вариант 10
1. В 4,48•105 л (н.у.) газообразного азота содержится следующее количество вещества:
1) 2 кмоль; 2) 20 кмоль; 3) 0,2 кмоль.
2. Некоторая кислота, взятая массой 2 г, содержит 0,1 г водорода, способного замещаться на металл. Эквивалентная масса кислоты равна:
1) 20 г/моль; 2) 40 г/моль; 3) 10 г/моль.
Вариант 11
1. При нормальных условиях 3,01•1025 молекул газа займут объем:
1) 1,12 л; 2) 11,2 м3; 3) 1120 л.
2. Взято 15,6 г некоторого основания. Масса вступивших в реакцию гидроксид-ионов
(ОН−) равна 10,2 г. Эквивалентная масса основания равна:
1) 11,11 г/моль; 2) 159,12 г/моль; 3) 26,00 г/моль.
Вариант 12
1. Газообразный оксид азота (IV), взятый количеством 0,25 моль, при температуре
0 °С и давлении 202,6 кПа будет занимать объем, равный:
1) 2,8 м3; 2) 2,8 л; 3) 5,6 л.
2. Эквивалентный объем и эквивалентная масса газообразного оксида углерода (IV)
равны:
1) 22,4 л/моль и 44 г/моль; 2) 11,2 л/моль и 22 г/моль; 3) 5,6 л/моль и 11 г/моль.
Вариант 13
1. 1,5 моль газообразного азота и 1,5 моль газообразного гелия заключены раздельно в
эластичные оболочки объемом 5,6 л. Давление, создаваемое каждым газом при температуре
в оболочках 27 °С, равно:
1)
2)
3)
668,1 кПа
668,1 Па
668,1 кПа
Н2
Не
668,1 кПа
668,1 Па
334,05 кПа.
2. Эквивалентная масса соли Fe2(SO4)3 равна:
1) 400 г/моль; 2) 200 г/моль; 3) 66,7 г/моль.
Вариант 14
1. В 100 г углекислого кальция и в 100 г углекислого калия, содержится соответственно следующее количество вещества:
1) 1 моль и 0,725 моль; 2) 1 моль и 1 моль; 3) 100 г/моль и 138 г/моль.
2. Эквивалентная масса металла составляет 28 г/моль. Объем водорода, выделившегося в результате реакции 11,2 г данного металла с избытком кислоты (н. у.), составляет:
1) 4,48 л; 2) 8,96 л; 3) 28 л.
Вариант 15
1. Газообразный аргон массой 12 г (н.у.) займет объем, равный:
1) 13,44 л; 2) 6,72 л; 3) 3,36 л.
2. В 50 г углекислого кальция содержится количество вещества эквивалента, равное:
1) 1 моль; 2) 50 г/моль; 3) 0,5 моль.