Математическая обработка результатов эксперимента

УСТАНОВЛЕНИЕ СОСТАВА ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

И ИХ ФОРМУЛ

 

Отчет к лабораторной работе №1

по дисциплине: «Общая и неорганическая химия»

 

Выполнил

студент гр.______

________/ __________

«___» ________201_ г.

Проверил доцент, к.х.н.

_______/____________

«___» ________201_ г.

 

 

Северск – 201_

Цель работы -установить формулу кристаллогидратаор – это однородная система из двух или более компонентов, состав кото рой

Теоретическая часть

Законы постоянства состава и кратных отношений

 

Для установления формулы любого химического соединения необходимо знать его качественный и количественный состав. Формула химического соединения показывает, из каких элементов состоит данное вещество и сколько атомов каждого элемента входит в состав его молекулы.

Согласно закону постоянства состава: каждое чистое химическое соединение имеет постоянный качественный и количественный состав. Это обусловлено тем, что массовый состав молекул данного соединения постоянен и выражается определенным массовым соотношением элементов.

Массовые соотношения элементов в молекулах можно представить как отношение произведений соответствующих атомных масс на число атомов каждого из элементов в молекуле. Поэтому можно записать:

 

m₁: m₂: m₃ = x Ar₁: y Ar₂: z Ar₃,

 

где m₁, m₂, m₃ – содержания элементов в данном соединении, г или % (доли);

x, y, z – число атомов соответствующих элементов в молекуле;

Ar₁ , Ar₂ , Ar₃ – атомные массы элементов.

 

Из уравнения следует, что:

. (1)

Входящие в уравнение частные от деления процентного содержания (количества грамм) на атомную массу называются атомными факторами. Таким образом, отношение количеств атомов в молекуле равно отношению атомных факторов. Отсюда находят отношения между числами атомов в молекуле.

Уравнение (1) является математическим выражением закона кратных отношений: если два элемента образуют друг с другом несколько химических соединений, то массы одного из элементов, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся между собой как небольшие целые числа.

При этом для закона кратных отношений существует три исключения:

- закон справедлив для веществ, находящихся в парообразном или газообразном состояниях;

- закон не применим для соединений переменного состава (дальтонидов), например TiO_1,2-2,0 или TiO_1,46-1,56;

- закон не применим для высокомолекулярных соединений, например C₂₀H₄₂ или C₂₁H₄₄; числа весовых частей углерода, приходящихся в этих соединениях на одну весовую часть водорода относятся к друг другу как целые числа, но назвать эти числа небольшими нельзя.

Закон необходим для установления формул химических соединений (простейшей и истинной).

Простейшая формула показывает лишь соотношение атомов элементов, входящих в данное соединение, но не показывает истинного соотношения атомов в молекуле.

Для вывода простейшей формулы необходимо:

1) знать химический состав соединения;

2) атомные массы образующих данное вещество элементов (Ar).

Например, для химических соединений С₂Н₂, С₄Н₄, С₆Н₆ простейшая формула имеет вид (СН)_n.

Истинная (молекулярная) формула показывает истинное число атомов в молекуле и для ее установления необходимо знать молекулярную массу этого вещества (Mr).

Молекулярную массу можно установить различными способами:

1) расчетным – по уравнению Менделеева-Клапейрона или исходя из относительной плотности по водороду или воздуху;

2) опытным путем – исходя из значений молекулярных масс простейшей и истинной формулы.

 

 

Экспериментальная часть

В качестве неизвестной соли будет использована соль в виде так называемого кристаллогидрата - химического соединения, содержащего в твердом состоянии кристаллизационную воду. Например, – пентагидрат сульфата меди (II). Известно, что кристаллогидраты при нагревании теряют кристаллизационную воду, переходя в безводные соли, например

 

.

 

Пользуясь этим, можно определить процентное содержание воды в кристаллогидрате, а отсюда, зная формулу безводной соли, рассчитать число молекул кристаллизационной воды, присоединяющихся к одной молекуле безводной соли.

Для работы берут кристаллогидрат одной из следующих солей: CuCl₂; CuSO₄; NiSO₄; Na₂CO₃; CaCO₃. Получив соль у преподавателя, и установив ее химический состав, приступают к определению количественного состава соли.

1) Для определения массового состава кристаллогидрата на предварительно выверенных технохимических весах взвешивают с точностью до 0,01 г тигель.

2) Затем, взяв его тигельными щипцами, ставят тигель на электрическую плитку для прокаливания. Через 10-15 мин тигель переносят в эксикатор.

Эксикатор служит для охлаждения предметов в атмосфере, лишенной влаги. В нижней части эксикатора находятся вещества, поглощающие влагу (конц. H₂SO₄; CaCl₂; P₂O₅ и т.д.).

3) После первого взвешивания необходимо повторить прокаливание тигля в течение 3-5 мин (брать тигель только щипцами!) и после охлаждения тигля в эксикаторе снова его взвесить.

Если результаты первого и второго взвешиваний совпадают, считается, что тигель прокалён до «постоянной массы».

В случае расхождения данных первого и второго взвешивания прокаливание повторяют еще раз. Так поступают до тех пор, пока два раза не будет получен одинаковый результат. Описанный здесь прием – проведение обработки до постоянной массы, находит широкое применение в самых различных химических исследованиях.

4) Следующий этап работы заключается в том, что в прокаленный тигель аккуратно и осторожно (не просыпая мимо!) насыпают около 2,00 г кристаллогидрата (примерно).

5) Взвешивают на весах с точностью до 0,01 г и ставят тигель с исследуемым веществом для прокаливания сначала на край, а затем по мере прокаливания, передвигают на середину электрической плитки. По мере удаления влаги цвет кристаллогидрата будет изменяться. Изменение цвета необходимо отметить в рабочей тетради.

Прокаливание проводится до тех пор, пока цвет соли не станет однородным.

6) После этого тигель охлаждается в эксикаторе и взвешивается. Операцию прокаливания и взвешивания проводят до «постоянной массы» по методике, описанной выше. Результаты взвешивания записывают в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Результаты экспериментальных данных

№ п/п	Масса, г	Цвет
тигля	тигля с солью	соли в виде кристаллогидрата	безводной соли	воды
Первое взвешивание	25,97	28,40	2,43	–	–	зеленый
Второе взвешивание	25,97	27,31	–	1,34	1,09	коричневый, ближе к желтому
Третье взвешивание	–	27,31	–	1,34	1,09	светло-желтый

 

По окончании опыта (достижения постоянной массы) проводят необходимые расчеты и находят формулу кристаллогидрата. Для установления формулы кристаллогидрата поступают следующим образом.

Пример. Требуется определить формулу кристаллогидрата сульфата никеля.

Решение. 1) Записываем формулу кристаллогидрата в следующем виде:

 

.

2) Составляем уравнение:

 

,

где – масса безводного сульфата никеля, г;

– масса испарившейся воды, г;

– молекулярные массы соединений.

 

3) В уравнение подставляем значения массы безводной соли и массы воды из таблицы 1 и рассчитываем значения x и y:

Для получения целых чисел делим оба значения на наименьшее, т.е. на 0,0087, и получаем

.

4) Полученную формулу кристаллогидрата записываем в виде .

Для расчета погрешности эксперимента полученное значение сравниваем с истинной формулой кристаллогидрата (даётся преподавателем) в соответствии с формулой

D = ,

где - количество молекул воды, полученное в результате расчетов;

- количество молекул воды в истинной формуле кристаллогидрата.

Если истинная формула кристаллогидрата имеет формулу , то погрешность составит

.

5) Процентное содержание влаги определяем, используя формулу

где – масса испарившейся воды, г;

m_{крист-та} – масса кристаллогидрата, г.

 

В соответствии с данными, представленными в таблице 1, процентное содержание влаги составляет

.

Безопасность труда

Во время выполнения работы необходимо соблюдать в лаборатории чистоту и тишину, работать только в халатах. Приступать к выполнению работы только после полного ознакомления с методикой ее выполнения и с разрешения преподавателя.

Рабочее место необходимо содержать в чистоте и порядке, не загромождать его ненужными для работ предметами.

При нагревании соли не наклонять над тиглем, беречь глаза.

Тигель снимать с электрической плиты и ставить его в эксикатор необходимо только специальными тигельными щипцами.

Соблюдать правила, изложенные в инструкции по технике безопасности.

Математическая обработка результатов эксперимента

Для установления формулы кристаллогидрата заполним таблицу 2 и рассчитаем соотношение x:y.

 

Таблица 2 – Результаты экспериментальных данных

№ п/п	Масса, г	Цвет
тигля	тигля с солью	соли в виде кристаллогидрата	безводной соли	воды
Первое взвешивание				–	–
Второе взвешивание			–
Третье взвешивание	–		–

Расчеты: 1) Записываем формулу кристаллогидрата в следующем виде:

 

.

2) Составляем уравнение:

 

,

где – масса безводной соли (по результатам третьего взвешивания), г;

– масса испарившейся воды, г;

– молекулярные массы безводной соли и воды.

 

3) В уравнение подставляем значения массы безводной соли и массы воды из таблицы 2 и рассчитываем значения x и y:

Для получения целых чисел делим оба значения на наименьшее и получаем

.

4) Полученную формулу кристаллогидрата записываем в виде _____________.

Погрешность составит

.

5) Процентное содержание влаги составляет

.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: