Как найти массу эквивалента железа

Определение молярной массы эквивалента металла

Ульяна Власова

Эксперт по предмету «Химия»

Задать вопрос автору статьи

Определение 1

Эквивалент – это частица вещества (реальная/условная), которая способна замещать/присоединять один ион водорода в кислотно-основных реакциях, а также присоединять/высвобождать один электрон в ходе окислительно-восстановительных реакций.

Молярная масса эквивалента металла

Молярная масса эквивалента ($mathrm {M_э}$ – это масса одного моля эквивалента.

Замечание 1

Моль – это количество вещества, которое содержит столько структурных единиц, сколько содержится атомов в 12 г изотопа углерода.

Рассчитывается молярная масса эквивалента следующим образом:

$mathrm {M_э = f_э cdot M_{в-ва} = frac {M_{в-ва}}{В_{в-ва}}}$

Где:

• $mathrm {M_э}$ – молярная масса эквивалента (г/моль),
• $mathrm {f_э}$ – фактор эквивалентности (число, которое показывает, какая часть молекулы соответствует эквиваленту),
• $mathrm {M_{в-ва}}$ – молярная масса вещества,
• $mathrm {В_{в-ва}}$ – валентность вещества .

В качестве примера возьмем двухвалентное железо, тогда молярная масса эквивалента будет рассчитываться следующим образом:

$mathrm {M_{Э_{Fe}} = frac {56}{2} = 28 г/моль}$

Закон эквивалентов

Закон эквивалентов гласит, что вещества взаимодействуют в количествах, пропорциональных их эквивалентам.

Из этого следует:

$mathrm {frac{m_1}{m_2} = frac {M_Э1}{M_Э2}}$

Рассмотрим пример решения задачи:

В результате сгорания 5г Ме образовалось 9,44 г оксида этого металла. Необходимо рассчитать молярную массу эквивалента Ме.

1. Составим уравнение: $mathrm {2Ме + О_2 to MeO}$.
2. Найдем массу кислорода в оксида $mathrm {m_{O_2} = 9,44 – 5 = 4,44 г}$.
3. Применим закон эквивалента $mathrm {frac{m_{Me}}{m_{O_2}} = frac{M_{Э_{Me}}}{M_{Э_{O_2}}}}$

Молярная масса эквивалента кислорода равна 8 г/моль ($mathrm {frac {16}{2} = 8}$)

Из этого следует, что молярная масса эквивалента Ме равна: $mathrm {frac {m_{Me}} cdot M_{Э_{О_2}}{m_{O_2}}= frac {40}{4,44} = 9г/моль}$

Находи статьи и создавай свой список литературы по ГОСТу

Поиск по теме

Дата последнего обновления статьи: 21.12.2022

Определение молярной массы эквивалента металла

Цель работы: усвоить
понятия химического эквивалента,
молярной массы эквивалента, закона
эквивалентов; ознакомиться с
экспериментальным определением молярной
массы эквивалента металла методом
вытеснения водорода из кислоты.

Теоретическая часть

Известно,
что количество вещества определяется
числом структурных единиц (атомов,
молекул, ионов) этого вещества и выражается
в молях.

Моль ()– это единица количества вещества,
содержащая столько же структурных
единиц данного вещества, сколько атомов
содержится в 0,012 кг углерода, состоящего
только из изотопа¹²С.

Молярная
масса (М) вещества
представляет собой отношение массы
вещества (m) к его количеству (),
а значение молярной массы численно
совпадает с относительной молекулярной
массой вещества или относительной
атомной массой элемента, но измеряется
в г/моль.

Эквивалентом
вещества (_э),
вступающего в какую-либо реакцию,
называют такое его количество, которое
приходится на единицу валентности
соответствующего элемента при образовании
им соединения.

Химический
эквивалент и молярная масса эквивалента
представляют собой важнейшие характеристики
элементов, простых и сложных веществ,
учитывая то, что согласно закону
эквивалентов
все вещества взаимодействуют между
собой в эквивалентных количествах.

Единицей
химического эквивалента (_э),
так же как и количества вещества является
моль,
а молярная
масса эквивалента (Мэ),
соответственно измеряется в г/моль.

Так,
водород в своих соединениях, как правило,
одновалентен, и его эквивалент равен 1
моль Н или 1/2 моль Н₂,
а молярная масса его эквивалента Мэ(Н)
= 1 г/моль.

Кислород
в своих соединениях двухвалентен, тогда
его эквивалент равен 1/2 моль О или 1/4
моль О₂,
а молярная масса его эквивалента Мэ(О)
= 8 г/моль.

Железо
в своих соединениях может быть и двух-,
и трехвалентным, тогда его эквивалент
в первом случае будет равен 1/2 моль Fe, а
молярная масса эквивалента Мэ(Fe) = 28
г/моль. Эквивалент железа во втором
случае будет равен 1/3 моль Fe, а молярная
масса эквивалента Мэ(Fe) = 18,6 г/моль.
Следовательно, молярную массу эквивалента
простого вещества можно рассчитать по
формуле:

, (1)

где М(эл-та)
– молярная масса элемента;
В(эл-та)
– валентность элемента.

Молярные
массы эквивалентов сложных веществ
(оксидов, кислот, оснований, солей)
рассчитываются несколько иначе.

Молярная
масса эквивалента оксида
рассчитывается отношением молярной
массы оксида к произведению числа атомов
элемента на его валентность.

,

где М(оксида)
– молярная масса оксида;
n(эл-та) –
число атомов элемента;
В(эл-та) –
валентность элемента.

Для
оксида железа (Ш), например, молярная
масса его будет равна:

Молярная масса
эквивалента кислотырассчитывается
отношением молярной массы кислоты к
числу атомов водорода в кислоте, способных
замещаться в химических реакциях.

,

где М
(кислоты) – молярная масса кислоты;
n
(H) – число замещающихся в химической
реакции атомов водорода.

Для серной
кислоты (H₂SO₄),
например, молярная масса эквивалента
будет равна:

Молярная
масса эквивалента основания
рассчитывается отношением молярной
массы основания к числу гидроксогрупп.

,

где
М (основания) – молярная масса основания;
n
(OH) – число гидроксогрупп.

Для
гидроксида кальция (Ca(OH)₂),
например, молярная масса эквивалента
будет равна:

Молярная
масса эквивалента соли
рассчитывается отношением молярной
массы соли к произведению числа атомов
металла на их валентность.

,

где М
(соли) – молярная масса соли;
n (Ме) –
число атомов металла;
В (Ме) – валентность
металла.

Для
сульфата натрия (Na₂SO₄),
например, молярная масса эквивалента
будет равна:

Из
закона
эквивалентов
следует, что массы вступающих и
образующихся в результате реакции
веществ прямопропорциональны молярным
массам их эквивалентов:

, (2)

где
m(1)
и Мэ(1)
– масса и молярная масса эквивалента
первого вещества;
m(2)
и Мэ(2)
– масса и молярная масса эквивалента
второго вещества.

Из
следствия из закона Авогадро вытекает
понятие молярный
объем – объем,
который занимает 1 моль любого газа при
нормальных условиях, т.е. при р = 10⁵
Па (1 атм или 760 мм рт. ст.) и Т = 273 К ( 0^о
С). Значение
этого объема равно 22,4 л/моль (22400 мл/моль).
Отсюда можно вывести понятие и молярного
объема эквивалента
газа (или эквивалентного объема) –
объема, занимаемого при нормальных
условиях одним эквивалентом (одной
молярной массой эквивалента) газа.

Известно,
что эквивалент водорода равен 1/2 моль
Н₂,
тогда молярный объем эквивалента
водорода Vэ(Н₂)
= 11,2 л/моль; соответственно Vэ(О₂)
= 5,6 л/моль, т.к. эквивалент кислорода
равен 1/4 моль О₂.

Если
же в реакции участвуют газы и известны
их объемы, то соотношение (2) можно
представить следующим образом:

(3)

где m(1)
и Мэ(1) –
масса и молярная масса эквивалента
первого вещества;
V(2)
и Vэ(2) –
объем и молярный объем эквивалента
второго вещества.

Следует
иметь ввиду, что объемы, входящие в
соотношение (3), нужно приводить
к нормальным условиям
по формуле объединенного закона
Гей-Люссака – Бойля –Мариотта:

,
откуда(4)

где р,
V, Т –
давление, объем и температура газа при
условиях опыта;
р_о,
V_о,
Т_о
– давление, объем и температура газа
при нормальных условиях.

Известны
методы экспериментального определения
молярных масс эквивалентов: 1) метод
прямого определения – молярную массу
эквивалента определяют по данным прямого
синтеза кислородного или водородного
соединения данного элемента; 2)
аналитический метод – производится
точный анализ соединения данного
элемента с любым другим, молярная масса
эквивалента которого известна; 3) метод
вытеснения водорода – используется для
определения молярной массы эквивалента
тех металлов, которые способны вытеснить
водород из разбавленных кислот и щелочей;
4) электрохимический метод – определяется
масса металла, осаждающегося на электроде
при электролизе раствора соли этого
металла. Молярная масса эквивалента
рассчитывается по закону Фарадея: при
прохождении через раствор или расплав
электролита 965000 Кулонов электричества
на электродах выделяется по одному
эквиваленту вещества.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ
ЧАСТЬ

Сущность
экспериментального определения молярной
массы эквивалента металла заключается
в определении объема водорода (приведенного
к нормальным условиям), вытесняемого
из кислоты навеской металла, взятой на
аналитических весах.

Произведением
молярной массы эквивалента металла на
его валентность определяют молярную
массу атома металла.

По
молярной массе атома металла и его
валентности находят местоположение
металла в периодической системе элементов
Д.И.Менделеева, т.е. его название.

По
указанию преподавателя студент взвешивает
на аналитических весах навеску металла
известной валентности.

Прибор
для определения молярной массы эквивалента
изображен на рисунке.

П

еред началом работы прибор следует
проверить на герметичность. Для этого
отсоединяют пробирку А от прибора, через
воронку С заливают водой таким образом,
чтобы уровень воды в бюретке В установился
на нулевом делении или несколько ниже;
избыток воды удалить. Присоединяют
пробирку А на место. Затем поднимают
воронку C вверх и следят за уровнем воды
в бюретке В. Если уровень в последней
непрерывно повышается, то это означает,
что прибор негерметичен и следует
проверить все резиновые соединения.
Если же прибор герметичен, то повышение
уровня воды в бюретке В произойдет
незначительно только в первый момент,
а потом он будет оставаться неизменным.

Убедившись
в герметичности прибора, отсоединяют
пробирку А от прибора и, записав начальный
уровень воды в бюретке В, наливают в
пробирку А 1/4 ее объема соляной кислоты,
приготовленной для определения молярной
массы эквивалента металла соответствующей
валентности.

Держа
пробирку А в положении, близком к
горизонтальному, помещают на сухое
место у отверстия пробирки взвешенный
металл и в таком положении соединяют
пробирку А с бюреткой В, следя за тем,
чтобы металл не упал в кислоту.

Убедившись
вторично
в герметичности прибора путем поднятия
воронки С вверх, стряхивают металл в
кислоту и наблюдают за ходом реакции.

По
окончании реакции (прекращение выделения
пузырьков водорода), устанавливают
уровень воды в бюретке В и воронке С на
одной высоте, перемещая кольцо К с
воронкой С вниз по штативу, и записывают
уровень воды в бюретке В после окончания
опыта. Шкала бюретки В проградуирована
в миллилитрах (мл).

С
помощью барометра определяют величину
атмосферного давления ( р_атм ),
термометра – температуру ( t ) воздуха
в помещении (соответственно и температуру
воды в приборе) в момент проведения
опыта.

С
помощью таблицы 1 определяют давление
водяного пара ( р_Н2Опар ),
соответствующего измеренной температуре
опыта, в мм рт.ст.

Таблица
1

Зависимость
давления водяного пара от температуры

t , оС	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
рН2Опар	12,8	13,6	14,5	15,5	16,5	17,5	18,7	19,8	21,1	22,4	23,8

Порядок расчета

1. Определите
   объем выделившегося водорода в результате
   опыта. Для этого от значения уровня
   воды в бюретке В после окончания опыта
   ( V₂
   ) следует вычесть значение уровня воды
   в бюретке В в начале опыта ( V₁
   ).

V(Н₂)
= V₂
– V₁.

Переведите
значение объема выделившегося в
результате опыта водорода в кубические
дециметры, учитывая, что 1 см³
= 10 ^–3
дм³.

1. Приведите
   экспериментальный объем выделившегося
   водорода к нормальным условиям,
   воспользовавшись формулой 4. Следует
   учесть, что давление внутри бюретки В
   складывается из давления водорода и
   давления водяного пара внутри объема
   бюретки при данной температуре:

р_атм
= р_Н2
+ р_Н2Опар
, тогда

где р_атм
– измеренное атмосферное давление во
время проведения опыта;
р_Н2Опар –
давление водяного пара при температуре
опыта;
V
(Н₂) –
экспериментальный объем водорода;
Т
– температура проведения опыта (К),
равная (273+t);
р_о,
Т_о
– давление и температура при нормальных
условиях.

1. Вычислите
   молярную массу эквивалента металла, с
   точностью до 0,1 г/моль, воспользовавшись
   формулой 3:

4. Воспользовавшись
формулой 1, рассчитайте молярную массу
металла и укажите какой это металл.

Результаты
эксперимента представьте в виде таблицы
2.

Таблица
2

масса металла, г и (В)	pатм, мм рт.ст.	t, 0C	V1,, мл	V2, мл	V(H2), л	pH2Oпар, мм рт.ст.	V0(H2), л	Мэ (Ме), г/моль	М (Ме), г/моль

5. Вычислите
величины абсолютной и относительной
ошибок (Х).

Абсолютная
ошибка:

Х_абс.
= М (Ме)
табличное – М
(Ме)
экпериментальное

Относительная
ошибка:

Вопросы для
самоконтроля

1. Что
называется эквивалентом вещества?

1. Что
   является единицей эквивалента вещества?

2. Какую
   размерность имеет молярная масса
   эквивалента вещества?

3. Какие
   значения имеют молярные массы эквивалентов
   водорода и кислорода?

4. Как
   можно рассчитать молярную массу
   эквивалента элемента?

5. Что
   такое молярный объем и молярный объем
   эквивалента?

6. Какие
   значения имеют молярные объемы
   эквивалентов водорода и кислорода?

7. Как
   формулируется закон эквивалентов?

8. Почему
   при выполнении расчетов в экспериментальной
   части работы нужно знать давление
   водяного пара?

9. Какие
   Вы знаете методы экспериментального
   определения молярной массы эквивалента
   металлов?

Задачи

1. Медь
   с кислородом образует два соединения,
   в которых содержится 79,9 % меди и 20,1 %
   кислорода, и 88,8 % меди и 11,2 % кислорода.
   Определите молярные массы эквивалентов
   меди в этих соединениях и составьте
   формулы этих соединений.

2. При
   сгорании 3 г магния образовалось 5 г
   оксида магния. Рассчитайте молярную
   массу эквивалента магния.

3. При
   взаимодействии 2,4 г углерода с кислородом
   образовалось 5,6 г оксида. Определите
   молярную массу эквивалента углерода
   в этом соединении и напишите уравнение
   реакции.

4. При
   взаимодействии 4 г двухвалентного
   металла с кислородом образовалось 5,6
   г оксида. Определите, какой это металл
   и напишите уравнение реакции.

5. При
   растворении в соляной кислоте 5,4 г
   трехвалентного металла выделилось
   6,72 л водорода, измеренного при н.у.
   Определите, какой это металл и напишите
   уравнение реакции.

6. При
   взаимодействии одновалентного металла
   с 0,2 г водорода образовалось 4,8 г гидрида
   металла. Определите, какой это металл
   и напишите уравнение этой реакции.

7. При
   окислении 8 г металла, проявляющего
   валентность, равную I, получено 9 г
   оксида. Определите, какой это металл и
   напишите уравнение данной реакции.

8. Рассчитайте
   объем водорода, выделившегося при
   растворении в соляной кислоте 18 г
   металла, молярная масса эквивалента
   которого равна 9 г/моль.

9. При
   взаимодействии 0,9 г трехвалентного
   металла с серой образовалось 2,5 г
   сульфида металла. Определите, какой
   это металл, учитывая, что молярная масса
   эквивалента серы в этом соединении 16
   г/моль. Напишите уравнение соответствующей
   реакции.

10. При
    окислении 6,4 г серы образовалось 16 г
    оксида. Определите молярную массу
    эквивалента серы в этом соединении и
    напишите уравнение соответствующей
    реакции.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

При соединении 5,6 г железа с серой образовалось 8,8 г сульфида железа. Найдите эквивалентную массу железа и его эквивалент, если известно, что эквивалентная масса серы равна 16 г/моль.

Решение.

Запишем краткое условие задачи и дополнительные данные, необходимые для ее решения.

m (Fe) = 5,6 г m (сульфида Fe) = 8,8 г	Для определения эквивалента и эквивалентной массы элемента необязательно исходить из его соединения с водородом. Эквивалент и эквивалентную массу можно вычислить по составу соединения данного элемента с любым другим, эквивалент которого известен. Вычислим массу серы в данной массе сульфида:
Э (Fe) – ? Мэ (Fe) – ? Mэ (S) = 16 г/моль M (Fe) = 56 г/моль

m (S) = m (сульфида Fe) – m (Fe);

m (S) = 8,8 – 5,6 = 3,2 (г).

Согласно закону эквивалентов, массы взаимодействующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам. Следовательно:

5,6 г железа эквивалентны 3,2 г серы;

М_э (Fe) г/моль железа эквивалентны 16 г/моль серы.

Откуда М_э (Fe) = = 28 (г/моль).

Молярная масса атомов железа равна 56 г/моль. Поскольку эквивалентная масса железа (28 г/моль) в 2 раза меньше молярной массы его атомов, то в 1 моль железа содержится 2 эквивалента.

Следовательно, эквивалент железа равен 1/2.

Ответ: М_э (Fe) = 28 г/моль; Э (Fe) = 1/2 моль.

При окислении 16,74 грамм двухвалентного металла образовалась 21,54 грамма оксида. Вычислите молярную массу эквивалента металла и его оксида. Чему равна атомная масса металла?

Решение задачи

Согласно закону эквивалентов: массы реагирующих веществ пропорциональны молярным массам эквивалента этих веществ.

По условию задачи оксид образован двухвалентным металлом, следовательно, формулу запишем так MeO.

Исходя из массы оксида металла и массы металла, определим массу кислорода по формуле:

m (O) = m (MeO) – m (Me)

Получаем:

m (O) = 21,54 – 16,74 = 4,8 (г).

Закон эквивалентов в данном случае имеет вид:

Из уравнения находим молярную массу эквивалента металла:

Получаем:

Рассчитаем молярную массу металла по формуле:

Где:

М – молярная  масса,

В – валентность,

Э – эквивалентная масса

n – число атомов элемента в соединении.

Получаем:

M (Мe) = 2 ∙ 27,9 = 55,8 (г/моль).

Напомню, что молярная масса вещества, имеющего атомную или металлическую структуру, численно равна относительной атомной массе.

Следовательно, атомная масса металла равна 55,8 г/моль. А металл – железо (Fe).

Учитывая, что молярная масса оксида железа (FeO) равна 71,8 г/моль, найдем молярную массу эквивалента оксида железа (FeO) рассчитаем по формуле:

Получаем:

Э (FeO) = 71,8/2 = 35,9 (г/моль).

Ответ:

молярная масса эквивалента металла равна 27,9 г/моль;

атомная масса металла равна 55,8 г/моль;

молярная масса эквивалента оксида равна 35,9 г/моль.