Keemia alused Protokoll 1 (0)

TTÜ keemiainstituut
Anorgaanilise keemia õppetool
YKI0020 Keemia alused
Laboratoorne
töö nr.
Töö pealkiri:
Õpperühm:
Töö teostaja :
Õppejõud:
Töö teostatud:
Protokoll esitatud:
Protokoll
arvestatud:
Sissejuhatus
Ideaalgaas– gaas , mille molekulide vahelised kaugused on suured, mistõttu jõud nende vahel on väikesed ja seetõttu sageli jäetakse arvestamata.
Gaaside maht sõltub oluliselt temperatuurist ja rõhust. Gaasiliste ainete mahtu väljendatakse tavalaliselt kokkuleppeliselt normaaltingimustel, kus temperatuur on 273,15 K (0 ⁰C) ja rõhk 101 325 Pa (0,987 atm; 750 mm Hg). Kasutatakse ka standardtingimusi, kus temperatuur on 273,15 K ja rõhk 100 000 Pa (0,987 atm; 750 mm Hg).
Avogadro seadus. Kõikide gaaside võrdsed ruumalad sisaldavad ühesugusel temperatuuril ja rõhul võrdse arvu molekule.
Normaaltingimusel 1,0 mooli gaasi maht ehk molaarruumala
Standardtingimustel
Boyle ’i seadus. Konstantsel temperatuuril on kindla koguse gaasi maht (V) pöördvõrdelises sõltuvuses rõhuga (P).
Charles’i seadus. Konstantsel rõhul on kindla koguse gaasi maht võrdelises sõltuvuses temperatuuriga.
Gaasi mahu viimiseks ühelt tingimuselt (P1, T1) teisele (P2,T2) seost:
Normaaltingimuselt standardtingimusele:
Ühe mooli gaasilise aine korral:
R – universaalne gaasikonstant
n mooli gaasi kohta kehtib seos:
Daltoni seadus. Keemiliselt inaktiivsete gaaside segu üldrõhk võrdub segu moodustavate gaaside osarõhkude summaga . Osarõhk on rõhk, mida avaldaks gaas , kui teisi gaase segus ei oleks.
Xi – vastava gaasi moolimurd segus.
Moolimurd- segu ühe komponendi moolide arv jagatud kõikide segus olevate komponentide moolide arv summaga
Gaasilise aine molekulid liiguvad alati suunas, kus gaasi osarõhk on väiksem – toimub osarõhu ühtlustumine kogu süsteemis. Seda nähtust nimetatakse difusiooniks.
Difusioon on aineosakeste soojusliikumisest tingitud protsess, mis viib kontsentratsioonide ühtlustumisele süsteemis.
Gaasi suhteline tihedus on ühe gaasi massi suhe teise gaasi massi samadel tingimustel (V, P, T). See on ilma ühikuta suurus ja näitab mitu korda on antud gaas teisest raskem või kergem
Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 kuupdetsimeetri gaasi mass normaaltingimustel
Eksperimentaalne töö 1
Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine
Töö ülesanne ja eesmärk
Gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine.
Kasutatud mõõteseadmed , töövahendid ja kemikaalid
Töövahendid: süsinikdioksiidi balloon , 300 ml korgiga varustatud seisukolb, 250 ml mõõtesilinder, termomeeter , baromeeter , tehniline kaal.
Kasutatud ained: CO2 ; H2O ; õhk.
Kaaluti tehnilistel kaaludel korgiga varustatud 300ml kuiv kolb . Kolvi kaelale oli tehtud markeriga märge kuhu maani kork kaela ulatus.
Balloonist juhiti 7-8 minuti vältel kolbi süsinikdioksiidi. Jälgida tuli, et vooliku otsa ja põhja vahele jääks ruumi, et süsinikdioksiid ei väljuks voolikukimbu teistest harudest.
Seejärel sulgeti kolb kiiresti korgiga ja kaaluti varasemal kaalul , et tulemus oleks täpne. Kolbi juhiti veel 1-2 minuti vältel süsinikdioksiidi, ning kaaluti uuesti. Protsessi jätkati kuni saadi konstantne mass.
Kolvi mahu määramiseks täideti kolb märgini toatemperatuuril oleva veega ja selle maht mõõdeti mõõtesilindri abiga. Kolvi mahtu mõõdeti, et teada saada kui palju gaasi mahutab .
Fikseeriti katse sooritamise momendil termomeetri ja baromeetri abil õhutemperatuur ja –rõhk laboris.

Katseandmed ja tulemuste analüüs
Mass m1 (kolb+ kork + õhk kolvis) m1=
Mass m2 (kolb+ kork+ CO2 kolvis m2=
Kolvi maht (õhu maht, CO2 maht) V=
Õhutemperatuur t⁰=
Õhurõhk P=
Eksperimentaalne töö 2
Metalli massi määramine reaktsioonis eralduva gaasi mahu järgi
Töö eesmärk
Gaasilise aine mahu mõõtmine, gaaside segud ja gaasi osarõhk, arvutused gaasidega reaktsioonivõrrandi põhjal.
Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid
Töövahendid: seade gaasi mahu mõõtmiseks, väike mõõtesilinder, filterpaber , termomeeter, baromeeter
Kasutatud ained: 10%-ne soolhappelahus, 5,0…10,0 mg Mg tükk .
Eemaldati katseklaas ja pesti ning loputati seda destilleeritud veega. Büretid sätiti ühele tasemele ning kontrolliti, et vee nivood oleks mõlemas büretis silmajärgi ühel kõrgusel. Katseklaas ühendati tihedalt korgiga. Seejärel tõsteti üks büretiharu teisest umbes 15 cm kõrgemale ning jälgiti, et vee nivoo püsiks paigal. Kui nivoo ei muutunud, võis öelda, et katseseade on hermeetiline ja sai alustada katsega. Büretid viidi tagasi ühele kõrgusele ja eemaldati katseklaas.
Võeti metallitükk ja mähiti see märja filterpaberi sisse nii, et soolhappesse sattumisel see avaneks. Väikse mõõtesilindriga mõõdeti 5,5 ml soolhappelahust. Valati mõõdetud kogus katseklaasi lehtri abil nii, et katseklaasi ülemine osa ei puutuks happega kokku.
Metallitükk tuli asetada katseklaasi nii, et see ei kukuks veel lahusesse, aga oleks umbes 1 cm allapoole avaust. Katseklaas suleti hermeetiliselt , aga ettevaatlikult, et metallitükk happesse veel ei kukuks.
Bürettidel tuli järjekordselt viia nivood ühele tasemele. Seejärel tuli üles kirjutada võimalikult täpselt vähemalt ühe büreti näit. Näidu lugemiseks pidi silm olema samal tasemel vee nivooga, näit tuli võtta vee piiri kaare madalamalt kohalt.
Katseandmed ja analüüs
Kordamisküsimused
Mõisted:

• Mool - aine hulga ühik, mis sisaldab endas Avogadro arv ehk 6,02*1023 aineosakest.
  
• Molaarmass - ühe mooli aine mass grammides .
  
• Avogadro seadus- Kõikide gaaside võrdsed ruumalad sisaldavad ühesugusel temperatuuril ja rõhul võrdse arvu molekule (või väärisgaaside korral aatomeid).
  
• Daltoni seadus- Keemiliselt inaktiivsete gaaside segu üldrõhk võrdub segu moodustavate gaaside osarõhkude summaga. Osarõhk on rõhk, mida avaldaks gaas, kui teisi gaase segus ei oleks.
  
• Gaasi suhteline ja absoluutne tihedus:
  Suhteline tihedus-on ühe gaasi massi suhe teise gaasi massiga samadel tingimustel. Gaasi suhteline tihedus on ühikuta suurus ja näitab, mitu korda on antud gaas teisest raskem või kergem.
  Absoluutne tihedus- normaaltingimustel ehk 1 kuupmeetri gaasi mass normaaltingimustel
  

Küsimused:

Kippi aparaadi tööpõhimõte. CO2 saamiseks pannakse keskmisesse nõusse lubjakivi tükikesi. Soolhape valatakse ülemisse nõusse, millest see voolab läbi anuma keskel oleva toru alumisse nõusse ja edasi läbi kitsenduse, mis takistab lubjakivi tükkidel sattumist alumisse nõusse keskmisest nõust. Soolhappe kokkupuutumisel lubjakiviga algab CO2 eraldumine.
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Tekkiv CO2 väljub kraani kaudu. Kui kraanid sulgeda, siis CO2 rõhk keskmises nõus tõuseb ja hape surutakse tagasi alumisse ning toru kaudu ka osaliselt ülemisse nõusse. Kui hape on keskmisest nõust välja tõrjutud lakkab reaktsioon .

Milliseid ained on võimalik saada? Süsinikdioksiidi (kaltsiumkarbonaadi ja soolhappe toimel), vesiniku (sobiv metall +hape).

Kuidas määratakse CO2 suhtelist tihedust õhu suhtes?

Tarvis läheb CO2 ballooni, korgiga varustatud seisukolbi, kaalusid, mõõtesilindrit, termomeetrit ja baromeetrit.

Esmalt tuleb kolvi kaelale teha viltpliiatsiga märge korgi alumise serva kohale.

Seejärel kaaluda kolb koos korgiga ning märkida üles mass m1.

Järgmiseks tuleb juhtida balloonist süsinikdioksiidi 7-8 minuti vältel kolbi. Jälgida, et vooliku ots ei oleks tihedalt vastu kolvi põhja.

Sulgeda kolb kiiresti ning kaaluda uuesti, märkides üles m2. Jätkata kolvi täitmist süsinikdioksiidiga senikaua, kuni m2 ja m1 vahe jääb vahemikku 0.17-0.22g.

Kolvi mahu määramiseks tuleb see täita, kuni viltpliiatsi märgini veega, ning määrata vee ruumala mõõtesilindri abil [V]. Termomeetri ja baromeetri abil määrata õhutemperatuur [T] ja –rõhk [P] katse sooritamise hetkel.

Leida gaasi maht kolvis normaaltingimustel (V0. [dm3]):

Leida õhu tihedus normaaltingimustel

Õhu tihedus kaudu leida õhu mass

Arvutada kolvi ning korgi mass

Leida süsinikdioksiidi mass

Lõpuks saab leida CO2 suhtelise tihedus õhu suhtes

Märkida tuleb õhutemperatuur ja –rõhk ruumis, kuna hilisematel arvutuste tegemisel mõõdetud gaasi ruumalaga tuleb see üle viia normaaltingimustele.

Gaasirõhk, temperatuur ja 1 mooli maht:
Normaaltingimustel: P = 101 325Pa;T = 273.15K; V = 22.4dm3/mol
Standartingimustel: P = 100 000Pa; T = 273.15K; V = 22.7dm3/mol

Õhu keskmine molaarmass, arvestades lämmastiku ja hapniku vahekord õhus on
Teades, et lämmastikku on õhus 80% ja hapnikku 20% ning et lämmastiku molaarmass on 28,02g/mol ja hapniku molaarmass 32,00 g/mol saame

Konstantsel rõhul on kindla koguse gaasi maht võrdelises sõltuvuses temperatuuriga.

Konstantsel temperatuuril on kindla koguse gaasi maht pöördvõrdelises sõltuvuses rõhuga.

Kuidas (milliste andmete põhjal) leiti küllastunud veeauru osarõhu suurus süsteemis?
Büretid sätitakse nii, et vee nivoo oleks mõlemas ühekõrgune. Sedasi saadakse V1. Pärast metallitüki asetamist katseklaasi ning happesse kukutamis ja pärast reaktsiooni lõppu vee nivoo büretis muutub. Jälle sätitakse vee nivood võrdseks, et vähemalt ühe pealt on võimalik võtta mõõt. Saadakse V2. H2 mõõt on kahe ruumala vahe: V2-V1.

Kuidas (milliste andmete põhjal) leiti küllastunud veeauru osarõhu suurus süsteemis?
Tabelist, kus on antud H2O rõhud sõltuvalt temperatuurist (katse sooritamise momendil).

Kirjuta magneesiumi ja alumiiniumi reaktsioonivõrrandid soolhappega.

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑

Miks peavad magneesiumi massi määramisel katse alguses olema vee nivood mõlemas büretis ühekõrgusel?
Sellepärast, et rõhk bürettides oleks võrdne välisrõhuga.