ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.03.2025
Просмотров: 161
Скачиваний: 1
Лабораторная работа «Определение молярной массы эквивалентов вещества в реакциях обмена».
Цель работы: Определение молярной массы эквивалентов кислоты методом кондуктометрического титрования щелочью. Идентификация кислоты. Расчет ошибок (погрешности) определения молярной массы эквивалентов кислоты.
1.Теоретическая часть.
Химическим эквивалентом (Э(В)) (по рекомендациям ИЮПАК) называется условная или реальная частица, равная или в целое число раз меньшая соответствующей ей формульной единице:
где «В» – формульная единица вещества: реально существующая частица, такая как атом (Cu, Na, C), молекула (N2, KOH, Al2(SO4)3, CO2), ионы (OH-, SO42-, Cu2+), радикалы (-NО2, С2Н5-), условные молекулы кристаллических веществ и полимеров, любые другие частицы вещества.
-
эквивалентное число, показывающее какое
число эквивалентов вещества «В» условно
содержится в данной формульной единице
этого вещества.
=
fэкв.
- фактор эквивалентности.
Эквивалентное число Z всегда больше или равно 1 и является безразмерной величиной.
Таблица 1.1. Расчет эквивалентного числа Z вещества.
|
Частица |
Эквивалентное число Z |
Пример |
|
Элемент |
Z(Э) = В(Э), где В(Э) – валентность элемента |
Z(S)H2SO4 = 6 Z(C)CO2 = 4 |
|
Простое вещество |
Z(в-ва) = n(Э)∙В(Э), где n(Э) – число атомов элемента В(Э) – валентность элемента |
Z(O2) = 2∙2=4 Z(Cl2) = 2∙1=2 |
|
Оксид |
Z(Э2Ох) = n(Э)∙В(Э), где n(Э) – число атомов элемента В(Э) – валентность элемента |
Z(Н2О) = 2∙1=2 Z(SО2) = 1∙4=4 Z(Al2О3) = 2∙3=6 |
|
Кислота |
Z(к-ты) = n(Н+), где n(Н+) – число отданных в ходе реакции ионов Н+ (основность кислоты) |
Z(Н2SО4) = 1 – основность равна 1 Z(Н2SО4) = 2 – основность равна 2 |
|
Основание |
Z(осн-я) = n(ОН-), где n(ОН-) – число отданных в ходе реакции гидроксид ионов ОН- (кислотность основания) |
Z(Са(ОН)2 = 1 – кислотность равна 1 Z(Са(ОН)2) =2 – кислотность равна 2 |
|
Соль |
Z(соли) = n(Ме)∙В(Ме) = n(А)∙В(А), где n(Ме), В(Ме) – число атомов металла и его валентность n(А), В(А) – число кислотных остатков и их валентность |
Z(Na2SО4) = 2∙1=1∙2=2 Z(Al2(CO3)3) = 2∙3=3∙2=6 |
|
Частица в ОВР |
Z(частицы) = nе, где n е – число электронов, участвующих в процессе, на одну формульную единицу |
SO42-+2H++ +2e→SO32-+H2O Z(SО42-)=2, Z(H+)=1 2Cl- - 2e→Cl2 Z(Cl-)=1, Z(Cl2)=2 |
|
Ион |
Z(иона) = n, где n – заряд иона |
Z(SО42-) = 2 |
Величины эквивалентного числа, а, следовательно, и эквивалента зависят от химической реакции, в которой участвует данное вещество.
Эквивалент, как частица, может быть охарактеризован молярной массой Мэ(В), молярным объемом Vэ(В) и определенным количеством вещества nэ(В).
Количество вещества эквивалента (nэ) – величина, пропорциональная отношению числа эквивалентов вещества (Nэ) к числу Авогадро (NА), равному 6,02∙1023 формульных единиц (ф.е.):
nэ = Nэ/ NА , [моль]
Молярной массой эквивалентов вещества (Мэ(В)) называется масса одного моль эквивалентов вещества В, равная отношению массы вещества (m(В)) к количеству вещества эквивалентов (nэ(В)) :
Мэ(В) = m(В)/ nэ(В); [г/моль] или [кг/моль]
Взаимосвязь между молярной массой вещества М(В) и молярной массой его эквивалентов Мэ(В) выражается соотношением:
Мэ(В) = М(В) / Z(В), т.е. молярная масса эквивалентов вещества всегда в Z раз меньше молярной массы этого вещества.
Молярным объемом эквивалентов газообразного вещества Vэ(В) называется объем одного моль эквивалентов газообразного вещества, равный отношению объема данного газообразного вещества (Vгаз) к количеству вещества эквивалентов газообразного вещества:
Vэ(газа) = Vгаз / nэ , [л/моль]
Закон эквивалентов (И.Рихтер 1792г.): количества вещества эквивалентов всех участвующих в реакции веществ равны .
Одним из методов определения концентрации раствора является метод кондуктометрического титрования. Кондуктометрическое титрование – метод определения точки эквивалентности по изменению величины электропроводности раствора. Суть метода заключается в том, что в точный объем анализируемого раствора добавляют титрант и определяют изменение электропроводности раствора. Электропроводность – способность вещества проводить электрический ток. Количественной мерой этой способности является удельная электропроводность κ (каппа):
κ =1/RS [1/(Ом∙м) = См/м (сименс/м)],
где R – электрическое сопротивление проводника (Ом), длина которого l (м) и площадь поперечного сечения S (м2). В химии чаще используют мСм·см-1 (миллисименс/см).
В данной работе используется титрование сильной кислоты сильным основанием. В начале титрования электропроводность раствора высокая, т.к. сильная кислота практически полностью диссоциирована на ионы. Известно, что самой большой подвижностью обладают ионы Н+ и ОН- . В процессе титрования сильной кислоты щелочью происходит замещение ионов водорода менее подвижными ионами натрия, при этом количество ионов Н+ падает за счет связывания с ионами гидроксила в мало диссоциированную воду Н+ + ОН- = Н2О. Следовательно, в процессе нейтрализации электропроводность раствора постепенно убывает, пока все ионы Н+ не будут замещены ионами Na+ , т.е. пока кислота не будет полностью нейтрализована. В этот момент электропроводность достигает минимального значения и данная точка называется точкой эквивалентности. При дальнейшем добавлении щелочи ионы ОН- перестают связываться, общее число ионов увеличивается и электропроводность начинает расти.
В точке эквивалентности выполняется закон эквивалентов сэ(А)∙Vр-ра(А) = сэ(В)∙Vр-ра(В). По результатам титрования, т.е. по найденному объему титранта Vр-ра(В) и его известной концентрации сэ(В) вычисляют молярную концентрацию эквивалентов исследуемого раствора кислоты сэ(А). Зная содержание растворенного вещества в растворе (например, его титр), можно найти молярную массу эквивалентов кислоты. Сравнивая, полученное из экспериментальных данных значение молярной массы эквивалентов кислоты с теоретически рассчитанными значениями, определяют, какая из трех кислот (HCl, H2SO4, HNO3) участвовала в эксперименте.
Титр – один из способов выражения концентрации раствора. Титром называется масса (граммы) одного см3 (мл) раствора: Т = m/V г/мл.
Экспериментальная часть
2.1. Оборудование.
Компьютер, датчик электропроводности, датчик объема жидкого реагента, магнитная мешалка, мерный цилиндр на 100 мл, шприц на 10 мл, штатив.
Реактивы.
Раствор кислоты (HCl, H2SO4, HNO3) с указанным значением титра Т г/мл, титрант - раствор щелочи NaOH сэ = 0.1 моль/л, раствор фенолфталеина.
Ход работы.
1. Взяла у преподавателя одну склянку с раствором кислоты. Записала в таблицу 1 титр выданной кислоты.
2. Собрала установку (рис. 2).
Рис.2. Установка для кондуктометрического титрования с датчиком объема жидкого реагента.
1 - штатив, 2 - муфты, 3 - лапка, 4 - датчик объема жидкого реагента, 5 - шприц, 6 - датчик электропроводности, 7- химический стакан, 8- магнитная мешалка.
3. Отобрала мерным цилиндром 30 мл кислоты с заданным титром
4. Перенесла кислоту в стаканчик на 50 мл и добавила 3 капли фенолфталеина.
5. Поставила стаканчик на магнитную мешалку и включила ее.
6. Заполнила шприц до конца титрантом (0,1н раствор NaOH).
7. Установила шприц в датчик объема жидкого реагента. Подкручивая колесико в датчике, подвела толкатель к поршню шприца так, чтобы на кончике иглы показалась капля раствора щелочи, которую убрала фильтровальной бумагой. Установила датчик так, чтобы титрант (NaOH) из шприца попадал в стаканчик с кислотой.
8. Закрепила на штативе датчик электропроводности (№6 рис.2) и опустила его в стаканчик с кислотой.
9. Подключила через USB – разъемы к компьютеру датчики жидкого реагента и электропроводности.
10. Включила компьютер и запустила программу «Химия-практикум».
11. Установила параметры датчиков:
- пределы по осям координат: по абсциссе (Х) - (0 – 12) мл,
по ординате (У) - ( 0 -1) мСм·см-1.
12. Нажала кнопку «Начать измерение» и начала добавлять в стакан с помощью датчика жидкого реагента определенные объемы титранта 0,3-0,5 мл
13. Титрировала до тех пор, пока электропроводность, которая вначале падала, не стала увеличиваться и раствор не приобрел устойчивый розовый цвет.
Точка перегиба – точка эквивалентности.
14. Нажала кнопку «Остановить измерение».
15. Поскольку первое титрование было прикидочным, на основании его результатов оптимизировала условия следующего точного титрования. Провела снова все действия, которые были сделаны в пунктах 3-14, но в стаканчик с кислотой добавила сразу объем титранта (NaOH) на 2-3 мл меньше, чем был определен в точке эквивалентности. Затем титровала с шагом 0,1-0,2 мл и закончила титрование на 2-3 мл больше, чем необходимо в точке эквивалентности.
2.Обработка экспериментальных данных
Таблица 1. Экспериментальные данные
|
Титр, Т, г/мл |
Сэ(щ), моль/л |
V(щ), мл |
Мээксп(к), моль/л |
Мэтеор(к), моль/л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V, мл |
G,мСм•см-1. |
|
V, мл |
G,мСм•см-1. |
|
1,033 |
14,111 |
|
6,258 |
6,404 |
|
1,742 |
13,402 |
|
6,579 |
5,883 |
|
2,14 |
13,166 |
|
6,898 |
5,467 |
|
2,395 |
12,914 |
|
7,182 |
5,044 |
|
2,956 |
12,075 |
|
7,626 |
4,443 |
|
3,246 |
11,766 |
|
8,079 |
4,286 |
|
3,4 |
11,416 |
|
8,467 |
4,373 |
|
3,674 |
10,984 |
|
8,856 |
4,506 |
|
3,895 |
10,642 |
|
9,226 |
4,705 |
|
4,288 |
9,909 |
|
9,698 |
5,012 |
|
4,528 |
9,535 |
|
10,053 |
5,302 |
|
4,528 |
9,486 |
|
10,391 |
5,526 |
|
4,921 |
8,753 |
|
10,542 |
5,558 |
|
5,316 |
8,021 |
|
10,777 |
5,743 |
|
5,53 |
7,597 |
|
11,196 |
6,057 |
|
5,653 |
7,408 |
|
11,782 |
6,502 |
|
5,991 |
6,957 |
|
12,404 |
6,865 |