Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум icon

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум

Реклама:



Скачать 115.48 Kb.
НазваниеЛабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум
Студент 1
Дата конвертации18.03.2013
Размер115.48 Kb.
ТипЛабораторная работа
источник
1. /Laba_01.docЛабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум

Санкт-Петербургский Государственный Университет

Информационных Технологий Механики и Оптики


Кафедра ФиТОС


Лабораторная работа №1

«Определение эквивалентной массы металла»





Коллоквиум:




Выполнил:

Студент 1ого курса ИФ

Группы 1212

Калиновский Дмитрий


Преподаватель:

Шконда Сергей Эдуардович



Санкт-Петербург

2006

Теоретическая часть


Химический элемент – это атомы одного сорта или совокупность атомов с определенным зарядом ядра. Заряд ядра равен числу протонов в нем; именно числом протонов обусловлена сущность химического элемента, его отличие от прочих. Химические элементы входят в состав простых и сложных веществ. Простые вещества образованы атомами одного и того же элемента, а сложные содержат атомы двух и более элементов. Понятие "химический элемент" нельзя отождествлять с понятием простого вещества. Простое вещество характеризуется определенной плотностью, растворимостью, температурами плавления и кипения и др. Эти свойства относятся к совокупности атомов.

За атомную единицу массы (а.е.м.) принята 1/12 часть массы атома изотопа углерода 12С, равная 1,660531·10 - 27 кг.

Относительной атомной массой называется масса атома, выраженная в атомных единицах массы (углеродных единицах), вычисленная как отношение массы данного атома к атомной единице массы. Относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса атома данного элемента тяжелее 1/12 массы атома углерода 12С.

Относительной молекулярной массой называется масса молекулы, выраженная в атомных (углеродных) единицах массы, вычисленная как отношение массы данной молекулы к атомной единице массы. Относительная молекулярная масса простых и сложных веществ численно равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы.

Моль – количество вещества, содержащее столько же структурных элементов (молекул, атомов, ионов, электронов и других частиц), сколько их содержится в 0,012 кг изотопа углерода 12С. В одном моле любого вещества содержится одинаковое количество, равное NА = 6,021023 моль– 1, структурных единиц. Эта величина носит название постоянной Авогадро.

Молярная (мольная) масса - масса вещества, взятого в количестве 1 моль, равная отношению массы вещества к количеству вещества. Ее выражают в кг/моль или в г/моль.

Закон Авогадро:

Равные объемы газообразных веществ при одинаковом давлении и температуре содержат одно и то же число молекул, так что плотность различных газов служит мерой массы их молекул.

Из этого закона следует, что при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л (Vм = 22,4 л/моль – молярный объем газа).

Элементы взаимодействуют друг с другом в строго определенных количественных соотношениях. Согласно закону эквивалентов, при образовании молекулярных веществ из элементов они соединяются друг с другом массами, пропорциональными массам их химических эквивалентов.

m1 Э1

 =  (1)

m2 Э2

Эквивалент — это условная частица вещества, которая в определенной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или одному электрону.

Эквивалентная масса, или молярная масса эквивалента — это масса 1 моля эквивалента вещества (г/моль).

Эквивалентная масса простого вещества — это масса одного моля простого А или сложного вещества М, приходящаяся на одну проявленную валентность:

А М

Э = —― = —―. (2)

nвал nвал


Эквивалентом сложного вещества называется такое его количество, которое взаимодействует без остатка с одним эквивалентом водорода или вообще с одним эквивалентом любого другого вещества.

Эквивалентная масса водорода равна 1,008 г/моль, так как каждый из атомов в молекуле взаимодействует с одним атомом водорода.

Формулы для вычисления эквивалентных масс сложных веществ через их мольные массы М таковы:

М оксида


Э оксида = ————————————————————; (3)

число атомов элемента · валентность элемента

М кислоты


Э кислоты = —————————; (4)

основность кислоты

М основания


Э основания = ———————————; (5)

кислотность основания

М соли


Э соли = ————————————————————. (6)

число атомов металла · валентность металла


Количеством эквивалентов растворенного вещества можно выразить эквивалентную или нормальную концентрацию раствора. Нормальность — это число эквивалентов растворенного вещества в 1 литре раствора.

Эквивалент элемента может быть найден химическим путем — определением количества присоединяемого (замещаемого) водорода или кислорода или любого другого элемента, эквивалент которого известен. Кроме того, эквивалент можно определить и электрохимическим путем на основании закона Фарадея, согласно которому при прохождении 96484 Кл электричества через раствор электролита на электродах выделится 1 эквивалент вещества.

Задачей данной работы является экспериментальное определение эквивалентной массы металлического магния по его реакции с водородсодержащим веществом — серной кислотой:

Мg + Н24 = МgSО4 + Н2.


Эквивалентная масса магния может быть найдена по записи закона эквивалентов, см. формулу (1):

mMg ЭMg

 = . (7)

mH2 ЭН


При этом масса магния может быть определена взвешиванием, эквивалентная масса водорода известна. Массу водорода, выделившегося в ходе реакции можно определить, зная объем газа, его парциальное давление в смеси и температуру.

С определенной степенью приближения в условиях эксперимента можно применить уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона):

РV = (m/M)RT, (8)

где Р — давление газа, V — его объем, m — масса вещества, М — мольная масса, Т — абсолютная температура, R = 8,315 Дж/Кмоль — универсальная газовая постоянная.

Если имеется смесь газов, то уравнение Менделеева-Клапейрона (8) описывает состояние каждого из компонентов смеси, в частности, водорода:


РН2 V Н2 = (m Н2/M Н2)RT. (9)


Парциальным давлением называется давление, создаваемое каждым из компонентов смеси, или, точнее, то давление, которое создавалось бы данным компонентом газовой смеси, если бы он занимал весь объем смеси в отсутствие прочих компонентов.

Таким образом, атмосферное давление представляет собой сумму парциальных давлений всех компонентов воздуха. В данной работе давление в реакционном сосуде удобно представить как сумму парциальных давлений воздуха, паров воды и водорода. Давление паров воды зависит от температуры и не зависит от содержания прочих компонентов смеси.

Экспериментальная часть


Цель работы:

определение эквивалента металла (магния) опытным путем с использованием волюмметрического метода.



Оборудование и реактивы:

1. Волюмметрическая установка (рис.1), состоящая из измерительной бюретки (3) с ценою деления шкалы 0,1 см3 = 0,1 мл, сосуда для проведения реакции (1), уравнительного сосуда (4) с водой, крана (2).


2. Раствор серной кислоты (3н.).

3. Навеска магния в бумажном пакетике.

4. Мерный цилиндр.


Порядок проведения работы.

1. Пользуясь мерным цилиндром, отмерить 10-15 мл раствора серной кислоты. Залить кислоту в реакционный сосуд (1), следя при этом, чтобы кислота не попала в углубление сосуда, куда будет помещена навеска металла. Установить реакционный сосуд в держателе на передней панели установки, так чтобы выступ на стенке сосуда был направлен вниз.



Схема волюмметрической установки.

2. Записать в протокол измерений массу навески металла, поместить навеску (не разворачивая пакета!) в углубление на стенке реакционного сосуда. Закрыть сосуд пробкой, предварительно смочив ее водой для герметичности.

3. Открыть кран (2) на атмосферу. Поднимать уравнительный сосуд (4) вверх, вытесняя воздух из измерительной бюретки до тех пор, пока уровень воды в бюретке (3) не достигнет отметки "0". Уровни воды в уравнительном сосуде и в бюретке должны быть на одной высоте. Закрыв кран (2), отсоединить систему от атмосферы.

4. Проверить герметичность установки. Для этого опустить уравнительный сосуд вниз на 20 - 30 см3 и последить за уровнем воды в бюретке (3). Если система герметична, то уровень воды в бюретке немного (на 1 - 2 мл) понизится, а затем останется постоянным. В противном случае уровень жидкости будет постепенно понижаться. Тогда необходимо устранить поступление воздуха в систему и повторить проверку герметичности. Убедившись в герметичности системы, поднять уравнительный сосуд и вновь совместить уровни в бюретке и уравнительном сосуде на нулевой отметке.

5. Проведение опыта.

Реакционный сосуд снять с держателя и перевести в вертикальное положение так, чтобы навеска упала в кислоту. В результате взаимодействия магния с кислотой будет выделяться водород и вытеснять воду из измерительной бюретки. Покачивая сосуд, добиться, чтобы весь магний прореагировал. Сосуд при этом разогревается, ибо реакция идет с выделением теплоты (экзотермическая реакция). Через 5-10 мин после окончания реакции (выделение пузырьков водорода прекращается), реакционный сосуд охладится до комнатной температуры, здесь необходимо провести отсчет показаний по шкале бюретки. Отсчет проводится после того, как уровни жидкости в бюретке и уравнительном сосуде будут точно совмещены, желательно, чтобы они были совмещены и во все время прохождения реакции. Записать в протокол полученное значение изменения объема V.


Последовательность расчетов.


В результате проведения эксперимента должны быть получены следующие данные:

объем системы — VС, мл (это внутренний объем системы до "0" измерительной бюретки); объем кислоты — VК, мл; изменение объема в результате выделения водорода — V, мл; температура в помещении — T, К; атмосферное давление — Ратм., Па.

Часть системы занята кислотой, поэтому начальный объем равен VI = VC - VK. Давление внутри системы равно атмосферному давлению Ратм., оно складывается из парциальных давлений компонентов воздуха (кислород, азот и др.) рIВ и насыщенных паров воды рН2О. Величина давления рН2О при температуре опыта берется из таблицы:



t, С


15


16


17


18


19


20


21


22


23


24


25


26

рН2О
(Па)


1705


1817


1937


2064


2197


2336


2486


2664


2809


2984


3159


3340


Зная рН2О и атмосферное давление Ратм., можно рассчитать рI В:


рI В = Ратм.– рН2О. (10)


После того, как реакция завершилась, объем газа в системы увеличился:


VII = VI + V. (11)


Общее давление внутри системы теперь, как и прежде, равно атмосферному, но складывается оно уже из парциальных давлений воздуха рIIВ, паров воды рН2О и водорода рН2:

Ратм = рII В + рН2О + рН2 . (12)


Давление рН2О зависит только от температуры и поэтому в ходе опыта не меняется. Поэтому очевидно, что парциальное давление воздуха уменьшается. Оно может быть рассчитано по газовому закону Бойля-Мариотта:


рI В VI = VII рII В. (13)

Парциальное давление водорода в смеси равно:

рН2 = Ратм. – рII В – рН2О. (14)

Определив рН2, можно рассчитать массу выделившегося водорода по уравнению состояния идеального газа:

рН2 VII

m Н2 = МН2  ν = 2,016 · , (15)

R·T


где МН2 — мольная масса водорода, ν — число молей выделившегося водорода.

Эквивалентная масса металла рассчитывается по формуле:


mMg

ЭMg = 1,008 · , (16)

m Н2


где mMg — масса навески магния, г; m Н2 — масса выделившегося водорода, г.

Зная валентность магния, можно вычислить его мольную массу (МMg) и оценить ошибку по формуле:

Мтабл - Мэксп

 =   100 %. (17)

Мтабл


Значение Мтабл взять из Периодической системы Д.И. Менделеева.
Результаты измерений





СИ:

Ратм = 760 мм Hg

t = 25С

РН2О = 3159 Па

Vc = 76 мл

m = 28 мг

Vк = 15 мл

V = 29 мл

101308 Па

298 К


7,6·10-5м3

2,8·10-5кг

1,5·10-5м3

2,9·10-5м3



Расчеты


Начальный объем равен:


VI= Vс - Vк = 7,6·10-5м3 - 1,5·10-5м3 = 6,1·10-5м3


Парциальное давление компонентов воздуха:


РII В = Ратм - РН2О= 101308 Па - 3159 Па = 98149 Па


Объем газа после завершения реакции:


VII = VI + V = 6,1·10-5м3 + 2,9·10-5м3 = 9·10-5м3


Общее давление после завершения реакции:


Ратм = рII В + рН2О + рН2


Парциальное давление воздуха после завершения реакции.

так как РН2О не меняется, то парциальное давление воздуха рассчитывается по формуле:


рI В VI = VII рII В


рII В = рI В VI/ VII = 98149 Па · 6,1·10-5м3 / 9·10-5м3 = 66523,2 Па


Парциальное давление водорода в смеси равно:


рН2 = Ратм. – рII В – рН2О = 101308 Па - 66523,2 Па - 3159 Па = 31625,8 Па


Масса выделившегося водорода по уравнению состояния идеального газа:


m Н2Н2  ν =2,016 · рН2 VII / R · T=2.016 · 31625,8 Па · 9·10-5м3 / 8,315 Дж/Кмоль · 298К=

= 0,0023 г


Эквивалентная масса металла рассчитывается по формуле:


ЭMg = 1,008·10-3кг/моль · m Mg / m H2 = 1,008·10-3кг/моль · 2,8·10-5кг / 0,23·10-5кг = 12 г/моль


Зная валентность магния, можно вычислить его мольную массу (МMg):


MMg = ЭMg · валентностьMg = 12 г/моль · 2 = 24 г/моль


Оценка погрешности:


 = (|Мтабл – Мэксп| / Мтабл) · 100% = (|24,3– 24| / 24,3) · 100% = 1,2%



Вывод:

Лабораторная работа по определению эквивалента магния волюмметрическим методом, показала, что его можно вычислить, но с небольшой погрешностью. Это объясняется не идеальными условиями проведения опыта и погрешностями измерений.

Добавить документ в свой блог или на сайт


Реклама:

Похожие:

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум iconОтвет: 27,9 г/моль; 35,9 г/моль; 55,8 г/моль; 55,8 а е. м
При окислении 16,74 г. Двухвалентного металла образовалось 21,54 г. Оксида. Вычислите молярные массы эквивалента металла и его оксидов....

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум icon«Определение размеров малых тел»
Измерение физических величин. Точность и погрешность измерений. Лабораторная работа №1 по теме «Определение цены деления измерительного...

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум iconОтчет по лабораторным работам 2 семестра по дисциплине информатика
Лабораторная работа № Интерполяция и экстраполяция 3 Лабораторная работа № Аппроксимация 5

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум iconЛабораторная работа №101 Определение вязкости жидкости капиллярным методом Прокофьев В. А. 1 курс, гр108 физического факультета Определение вязкости жидкости капиллярным методом
Оборудование: баночки под воду, прибор для измерения вязкости, вискозиметр, секундомер

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум iconЛабораторная работа №26 Определение вязкости жидкости методом Стокса Прокофьев В. А. 1 курс, гр108 физического факультета Определение вязкости жидкости методом Стокса
Оборудование: стеклянная трубка, наполненная парафиновым маслом с водяной защитой, горизонтальный микроскоп, Шарики разного радиуса,...

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум iconЛабораторная работа №90 Определение моментов инерции тел Прокофьев В. А. 1 курс, гр108 физического факультета Определение моментов инерции тел
Оборудование: установка для определения моментов, показанная на рисунке, груз массой 100гр, два тела, одно правильной формы, одно...

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум iconДокументы
1. /Лабораторные работы по процессам и аппаратам/Определение эффективности тарельчатой...

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум iconЛабораторная работа №6 Определение элементов залегания крутопадающей дайки по данным магниторазведки
На исследуемой площади к контактам порфиритовых даек с вмещающими породами, представленными кварцевыми порфирами, приурочено промышленное...

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум iconЛабораторная работа №61 Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкостей Прокофьев В. А. 1 курс, гр108 физического факультета
Оборудование: рефрактометр, манометры водный и масляный плотностью 882 +- 5 кг/м3, отсчетный микроскоп для определения диаметра внутренних...

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум iconЛабораторная работа по теме «Определение высоты предмета» III. Подведение итогов урока
Тема урока: Применение подобия треугольников для определения высоты недосягаемого предмета

Лабораторная работа №1 «Определение эквивалентной массы металла» Коллоквиум iconВопросы к экзамену по физике
Свойства жидкостей. Особенности движения молекул в жидкости. Вязкость жидкостей. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Формула...

Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©sd1.uchebalegko.ru 2000-2013
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы