Определение молярной массы эквивалента цинка

Цель работы: познакомиться с понятием химического эквивалента, определить молярную массу химического эквивалента цинка методом вытеснения водорода.

Оборудование и реактивы: прибор для определения молярной массы эквивалента металла (см. рис. 1), термометр, барометр, 25%-ный раствор соляной кислоты, металлический цинк.

Теоретические пояснения

Химическим эквивалентом (Э) называется реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим способом эквивалентна (равноценна) одному иону водорода в кислотно-основных и обменных реакциях, либо одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Реальные частицы - это атомы, ионы, молекулы и т.д., а условные частицы - это, например, 1/2 (H₂SO₄), 1/4( С), 1/3( Fe³⁺).

В общем случае эквивалент любого вещества X может быть записан в виде Э_Х =1/z(X), где z - число эквивалентности, или эквивалентное число, которое всегда > 1. Оно показывает, сколько эквивалентов содержится в одной формульной единице вещества.

Для данного вещества z находится по конкретной реакции. В окислительно-восстановительных процессах z определяется числом электронов, принятых или отданных одной формульной единицей вещества, например, в реакции:

Mg + 2HCl MgCl₂ + H₂

Z(Mg)=2, т.к. магний в ходе окислительно-восстановительной реакции отдает 2 электрона, а Э_Mg =½ (Mg). В обменных процессах Z определяется стехиометрией и равно знаменателю правильной дроби, которая получается при делении коэффициента перед веществом на самый большой коэффициент в реакции:

АI₂O₃ + 6HCI =2AICI₃ +3H₂O

Z (АI₂O₃) = 6, т.к. при делении коэффициента перед АI₂O₃ на самый большой коэффициент в реакции - 6, получается правильная дробь , знаменатель которой равен 6; Z(HCI) = 1, т.к. при делении коэффициента перед HCI на самый большой коэффициент в реакции - 6, получается 1.

Когда речь не идет о конкретной реакции, при определении z для сложных веществ можно воспользоваться следующими правилами:

1) для оксидов z равно числу атомов элемента, умноженному на степень окисления элемента;

2) для кислот z равно основности кислоты;

3) для оснований z равно кислотности основания;

4) для солей z равно числу катионов металла, умноженному на заряд катиона.

Количество вещества эквивалента обозначается v_Э,единица измерения - моль. Один моль эквивалента вещества содержит 6,022-10²³ эквивалентов.

Молярная масса эквивалента M_Э - это масса 1 моль эквивалентов вещества, измеряется в г/моль.

Связь между молярной массой эквивалента, количеством вещества эквивалента, массой и молярной массой вещества выражается соотношениями:

(4.1)

Экспериментальное определение молярной массы химического эквивалента цинка в данной работе основано на законе эквивалентов:

Вещества реагируют друг с другом в равных количествах эквивалентов .( 4.2)

Из закона эквивалентов следует, что массы реагирующих друг с другом веществ, а также массы продуктов реакции относятся друг к другу как молярные массы их эквивалентов:

(4.3)

Если вещество находится в газообразном состоянии то для него справедливы соотношения: ; ; где – количество вещества эквивалента; V– объем газообразного вещества в данных условиях; – молярный объем эквивалента вещества в тех же условиях; V_M – молярный объем вещества; Z– число эквивалентности.

На основе закона эквивалентов можно вывести следующие формулы для вычисления молярных масс эквивалентов сложных веществ:

М_оксида

M_{1/z оксида} = ^{_______________________________________,} (4.4)

^{Число атомов элемента · Валентность элемента}

M_{кислоты}

М_{1/z кислоты} = ^{_____________________,} (4.5)

^{Основность кислоты}

М_{основания}

М_{1/z основания} = ^{____________________,} (4.6)

^{Кислотность основания}

М_соли

М_{1/z соли} = ^{______________________________________.} (4.7)

^{Число атомов металла · Валентность металла}