Коротко — нужно $A$ установить, что выделяется водород и найти стехиометрию реакции $этодаствалентностьM$, и $B$ экспериментально определить электрохимический потенциал/активность металла $положениевряду$. Ниже — план опытов, расчёты и замечания.

Подтвердить природу газа

Собрать выделяющийся газ $газовыйшприц,эудиометр$ и сделать "хлопок" $приподнеститлеющуюспичку$ — характерный звук подтверждает H2. Для точности — анализ газовой смеси хроматографией или газоанализатором.

Измерение объёма H2 → валентность

Взять точную массу m металла, положить в избыток HCl и аккуратно собрать весь выделившийся газ в мерном сосуде при известной температуре T и давлении P.Вычислить число молей H2 по уравнению состояния идеального газа $споправкойнадавлениенасыщенногопараводы,еслигазсобиралинадводой$:
n$H2$ = $P_{a}tm-p_{H}2O$·V / $R\cdot T$.Число молей металла: n$M$ = m / M_mol $гдеM_{m}ol—молярнаямассаэлемента$.Общая стехиометрия реакции: M + n HCl → MCl_n + $n/2$ H2. Отсюда
n_вал = 2 · n$H2$ / n$M$.Округлите до ближайшего целого $илирационального$ — это и будет валентность $чистаястепеньокисления$, при условии, что металл окисляется однородно до одного состояния.

Подтверждение состава раствора $контрольикоррекция$

Титрование/анализ чтобы убедиться, что образуется именно соль MCl_n:Определить концентрацию Cl^- $титрованиеAgNO3—методMohr$ — полученная молярность Cl^- должна равняться n_вал·n$M$ $еслихлорвесьввидеMC{l}_n$.Определить содержание ионов M в растворе $комплексонометрияEDTA,атомно-абсорбционнаяспектроскопия,гравиметрияосаждениемит.п.$.Сравнить рассчитанное n_вал из анализа раствора с результатом из измерения газового объёма — это даёт контроль точности.Если металл даёт смеси степеней окисления $напр.,Fe2+/Fe3+$, нужны специфические аналитические методы $редокс-титрование,спектрофотометрия$ для определения долей.

Электропроводность раствора $дополнительно$

Измерить удельную электропроводность раствора до и после реакции $кондуктометр$. Увеличение проводимости подтверждает появление ионов. Это вспомогательный эксперимент, но не даёт прямо валентности.

Определение положения в электрохимическом ряду

Простые качественные опыты $рядактивности$:Положить кусочек M в растворы солей других металлов с известным положением $CuSO4,AgNO3,FeSO4,ZnSO4ит.д.$. Если M вытесняет Me2+/Me+ → M находится выше этого металла в ряду.И наоборот, положить кусочки известных металлов в раствор соли M $еслидоступна$ и посмотреть, будет ли вытеснение M.Количественное определение через измерение электродного потенциала:Собрать гальванический элемент: электрод M | раствор его ионов $изполученногораствора,известнаяактивность$ || стандартный водородный электрод $SHE$ или другой опорный электрод $Ag/AgCl$. Измерить ЭДС $Ecell$.По Nernst: Ecell = E°$катода$ - E°$анода$. При использовании SHE $E°=0$ получите E°$M/M^n+$ = -Ecell $взависимостиотполярности$. Учитывайте концентрации $активности$ и температуру.Если нет SHE, используйте поверенный электрод и добавьте известную поправку $табличноезначениепотенциалареференсногоэлектрода$.Альтернатива: собрать цепочку сравнений между M и рядом известных металлов и по знаку и величине ЭДС установить относительное положение.

Аппаратура и реактивы

точные весы, газовый шприц/эудиометр/мерный цилиндр, барометр, термометр;избыток HCl заданной концентрации, реакционная посуда;AgNO3, индикатор хлорида $хромат/калий$, EDTA и индикаторы для титрации M;референтный электрод, вольтметр/мультиметр/потенциометр для измерения ЭДС;растворы солей известных металлов для опытов вытеснения.

Важные замечания и возможные осложнения

Поверхностная оксидная плёнка/пассивация может мешать реакции — срезайте/повторно очищайте поверхность.Примеси и сплавы исказят результаты $особеннодляизмеренияобъёмагаза$. Используйте чистый элемент.Некоторые металлы могут образовывать оксиды/гидроксиды или комплексные ионы взамен простых хлоридов — тогда расчёт валентности по H2 может дать среднюю величину; требуются дополнительные анализы $спектрофотометрия/редокс-титрование$.Температурные и парциальные давления воды нужно корректно учитывать при расчёте n$H2$.

Итого: основной простой путь — точное измерение объёма выделившегося H2 при реакции с избытком HCl и масса/количество исходного металла → по формуле n_вал = 2·n$H2$/n$M$ получить валентность; затем подтвердить состав раствора $анализионов$ и определить положение в электрохимическом ряду через вытеснительные опыты и/или измерение электродного потенциала.