Практическая часть. Определение молярной массы эквивалента металла выполняется на приборе, изображенном на рисунке

1. Описание прибора.

Определение молярной массы эквивалента металла выполняется на приборе, изображенном на рисунке. Прибор состоит из штатива (1), на котором закреплены бюретки (2) и (3), соединенные шлангом. Бюретки имеет поперечное сечение, равное 1 см², и градуированы с точностью 0, 1 см, причем нулевая отметка находится в верхней части бюретки. К бюретке (3) при помощи стеклянных трубок, соединенных резиновым шлангом (4), присоединена пробирка (5) с отводной трубкой (6). Бюретки заполнены водой, пробирка (5) – концентрированной соляной кислотой. В отводную трубку помещают образец металла с известной массой и, переводя пробирку из положения (6) в положение (7), сбрасывают металл в кислоту. При взаимодействии металла с кислотой в пробирке (5) выделяется водород, который, поступая в бюретку (3), вытесняет воду из нее в бюретку (2). Измерения проводят при одинаковом положении уровней воды в обеих бюретках, что определяет одинаковое давление.

Рис. 1. Прибор для определения молярной массы эквивалента металла объемным методом.

2. Проведение опыта.

Перед началом опыта бюретки должны находиться в таком положении относительно друг друга, чтобы уровень воды в них был примерно на середине шкалы отсчета. Отводную трубку (6) и закрывающую ее пробку перед началом опыта насухо вытирают фильтровальной бумагой, после чего

в нее помещают полученный образец металла с известной массой m. Трубку плотно закрывают пробкой, осторожно ввинчивая ее. Прибор проверяют на герметичность. Для этого медленно поднимают или опускают бюретку (2), наблюдая за колебаниями уровня воды в бюретке (3). Если прибор не герметичен, то уровни в обеих бюретках будут выравниваться. В этом случае нужно проверить положение всех пробок и снова проверить прибор.

После проверки прибора на герметичность, уравнивают положение воды в обеих бюретках и отмечают положение уровня в бюретке (3) по нижнему мениску, записывая его значение по градуировочной шкале h ₁ с точностью 0, 1 см. После чего осторожно сбрасывают металл в кислоту, переводя пробирку (5) из положения (6) в положение (7). По мере понижения уровня воды в бюретке (3) опускают бюретку (2), следя за тем, чтобы уровни в обеих бюретках были приблизительно на одной высоте, что определяет равенство давлений в них.

По окончании процесса растворения металла в кислоте точно выравнивают положение уровней в обеих бюретках и записывают положение уровня в бюретке (3) по шкале h ₂ с той же точностью. Объем выделившегося водорода V в реакции:

Me + n HCl = MeCl_n + H₂

равен разности уровней V = h₂ – h₁, имеет размерность см³ и относится к атмосферным условиям (p, T) проведения опыта.

Эквивалент металла Э _мет, имеющий молярную массу М _экв, вытесняет эквивалент водорода Э , который при нормальных условиях занимает объем V _экв= 11200см³, а используемая в опыте масса металла m вытесняет объем водорода V ₀, пересчитанный на нормальные условия. В соответствии с законом эквивалентов, это можно представить в виде уравнения (1):

(1)

Измеренный объем водорода при атмосферных условиях (p, T) пересчитывается на нормальные условия по уравнению Клапейрона (2):

(2),

в котором p ₀, V ₀, T ₀ относятся к нормальным условиям, а p, V, T - к условиям проведения опыта. Давление p газов в бюретке (3) в соответствии с законом Дальтона будет равно сумме парциальных давлений воздуха p _возд, водорода p _Н и насыщенного водяного пара p _пар:

p = p _возд + p _Н + p _пар (3).

При одинаковом положении уровней воды в обеих бюретках давление p _атм = p _возд + p _Н в бюретке (3) будет меньше атмосферного на величину давления насыщенного водяного пара, которое зависит только от температуры (таблица 1).

p = p _атм - p _пар (4)

Подставляем в уравнение (1), выражение из уравнения (2) V ₀.Получаем уравнение для расчета молярной массы эквивалента металла М _экв:

М_экв = (5)

Таблица 1