CO2 molaarmassi ja metalli massi määramine (0)

Tallinna Tehnikaülikool
2011
Katse 1.
Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine
Töö eesmärk Gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine.
Töövahendid Kippi aparaat või CO2 balloon , 300 ml korgiga varustatud seisukolb, tehnilised kaalud, 250 ml mõõtesilinder, termomeeter , baromeeter .

Töö käik

Kaaluda tehnilistel kaaludel korgiga varustatud ~300 ml kuiv kolb (mass m1). Kolvi kaelale teha viltpliiatsiga märge korgi alumise serva kohale.
Juhtida balloonist 7...8 minuti vältel kolbi süsinikdioksiidi. Jälgida, et vooliku ots ulatuks peaaegu kolvi põhjani, aga ei oleks tihedalt vastu põhja. Muidu võib juhtuda, et kogu CO2 väljub voolikukimbu teistest harudest.
Kolb sulgeda kiiresti korgiga ja kaaluda uuesti. Juhtida kolbi 1...2 minuti vältel täiendavalt süsinikdioksiidi, sulgeda kolb korgiga ning kaaluda veelkord . Kolvi täitmist jätkata konstantse massi (mass m2) saavutamiseni. (Masside m2 ja m1 vahe on tavaliselt vahemikus 0,17...0,22 g.)
Kolvi mahu (seega ka temas sisalduva gaasi mahu) määramiseks täita kolb märgini toatemperatuuril oleva veega ja vee maht mõõta mõõtesilindri abil.
Fikseerida katse sooritamise momendil termomeetri ja baromeetri abil õhutemperatuur ja õhurõhk laboris.
Katsetulemused
mass m1 (kolb + kork + õhk kolvis) m1 = 139,69g
mass m2 (kolb + kork + CO2 kolvis) =139,88g
V (kolvi maht) = 315 ml
õhutemperatuur t° = 22 kraadi
õhurõhk P = 100,9 kPa = 100 900 Pa
Arvutati, milline oleks õhu (CO2) maht kolvis normaaltingimustel.
V0= P *V*T0/P0*T
V0= 100 900Pa * 315 ml * 273,15 k / 101 325 Pa * 295,15 k = 290,29 mg = 0,29029 g
Kasutades gaaside tiheduse valemit ja teades õhu keskmist molaarmassi, leida õhu tihedus normaaltingimustel ning selle kaudu õhu mass kolvis (m õhk )
M(CO2) = 12+2*16=44 g/mol
p = M ( gaas ) g/mol / 22,4 dm3/mol = 44g/mol / 22,4 dm3/mol = 1,96 g /dm3
m (õhk) = tihedus (õhk) * V0
m (õhk) = 1,96 g/dm3 * 0,29029 g = 0,568 g
Arvutan kolvi ning korgi massi (m3) vahest m3= m1-m(õhk)
m 3 =139,69g – 0,568g = 139,122g
ja CO2 mass vahest m(CO2)= m2-m3
m (CO2) = 139,88g-139,122g =0,758g
Leitud CO2 ning õhu massidest m (CO2) ja m(õhk) arvutada CO2 suhteline tihedus (D) õhu suhtes ning selle kaudu CO2 molaarmass M (CO2)
D= m (CO2) / m (õhk) = 0,758 g/ 0,568 g = 1,33 g/mol
D (õhk) = M ( gaas ) / 29 => M (CO2) = 1,33 g/mol * 29 = 38,57 g/mol
Arvutada katse süstemaatiline viga, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44g/mol
M(CO2)-44g/mol => 38,57 g/mol – 44 g/mol = - 5,43
Ja suhteline viga
% = (M(CO2) – 44) * 100% / 44 = -5,43 *100 / 44 = -12,3 %
Katse 2.
Metalli massi määramine reaktsioonis eralduva gaasi mahu järgi
Töö eesmärk Gaasiliste ainete mahu mõõtmine, gaaside segud ja gaasi osarõhk, arvutused gaasidega reaktsioonivõrrandi põhjal.
Kasutatavad ained 10%-ne soolhappelahus, 5,0...10,0 mg metallitükk (Mg või Al).
Töövahendid Seade gaasi mahu mõõtmiseks, väike mõõtesilinder, filterpaber, termomeeter, baromeeter.
Katses leitakse magneesiumi või alumiiniumi mass reaktsioonis soolhappega eralduva vesiniku mahu põhjal
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Katse ettevalmistus.
Eemaldada katseklaas ja pesta ning loputada see hoolikalt destilleeritud veega.
Sättida büretid ühele kõrgusele ning kontrollida, et vee nivoo (5) oleks mõlemas büretis silma järgi ühel kõrgusel ja büreti keskel. Vajadusel lisada või eemaldada büretist destilleeritud vett.
Ühendada katseklaas tihedalt korgiga (suruda ja veidi keerata näppude vahel, rakendamata liigset jõudu).
Tõsta üks büretiharu teisest 15...20 cm kõrgemale ning jälgida paar minutit, kas vee nivoo püsib paigal. Kui nivoo ei muutu, on katseseade hermeetiline ja võib alustada katset. Vastasel juhul kontrollida korke ja voolikuid, et tagada hermeetilisus, ja proovida uuesti.
Viia büretid taas ühele kõrgusele ja eemaldada katseklaas.
Katse käik.
Küsida juhendajalt metallitükk. Metallitükk on keeratud paberisse. Võtta see sealt välja ning mähkida märja filterpaberi sisse (mitte väga tihedalt, sest paber peaks katse käigus avanema).
Mõõta väikese mõõtesilindriga 5...6 ml 10%-st soolhappelahust. Valada hape läbi lehtri katseklaasi nii, et katseklaasi ülaosa ei puutuks happega kokku.
NB! Paluge naaber appi! Hoides katseklaasi happega väikese nurga all, asetada metallitükk filterpaberiga katseklaasi seinale umbes 1 cm allapoole avaust (vt joonist pos 4). Sulgeda katseklaas hermeetiliselt nii nagu kontrolli ajal, kuid vältida liigutusi, mis võiksid metallitüki happesse kukutada.
Liigutada bürette üles-alla nii, et vee nivood mõlemas büretis oleksid ühes tasapinnas (metallitükk ei tohi veel happega kokku puutuda). Märkida võimalikult täpselt (kaks kohta pärast koma) üles näit ühelt büretilt (V1). Näidu lugemisel peab silm olema samal tasapinnal vee nivooga, näit võtta meniski kaare madalaimalt kohalt.
Katseklaasi järsult liigutades kukutada metallitükk happesse. Loksutada , et paber võimalikult rohkem avaneks ja jälgida, kuidas reaktsioon algab ning vee nivoo bürettides muutub.
Kui reaktsioon on lõppenud ja nivood enam ei muutu, lasta eraldunud vesinikul 2...3 minutit jahtuda, jälgides, et vee nivoo püsiks enam-vähem paigal. Kui nivoo hakkab nähtavalt muutuma , pole seade hermeetiline ja katse tuleb uuesti sooritada .
Liigutada bürette üles-alla nii, et vee nivood mõlemas büretis oleksid jällegi silma järgi ühes tasapinnas ja lugeda samalt büretilt uus nivoo näit (V2).
NB! Nivoode ühele tasapinnale viimine bürettide liigutamisega enne mõlema näidu võtmist garanteerib, et rõhk büretis on võrdne välisrõhuga.
Fikseerida õhurõhk ja temperatuur laboris. Arvutada reaktsioonivõrrandit aluseks võttes eraldunud vesiniku mahu (V2 – V1) järgi katseks antud metallitüki mass.
Esitada tulemus juhendajale kontrollimiseks.
Katsetulemused
Vee nivoo büretil enne reaktsiooni V1 = 2,7 ml
Vee nivoo peale reaktsiooni V2 = 9,7 ml
Eraldunud vesiniku maht V = | V2 – V1 | = 7 ml = 0,007 l
Gaasi rõhk büretis võrdub õhurõhuga kui vee nivood on samas tasapinnas
Temperatuur t° = 22 = 295,15 K
Temperatuur T0 = 273,15 K
Vesiniku mahu normaaltingimustele viimiseks kasutada järgmist seost :
V0 = (P üld - pH2O) * V * T0 / P0 * T
pH2O = 19,8 * 0,3 = 5,94
19,8 – 5.94 = 13,86 mmHg
Püld = 100,9 kPa = 100 900 Pa x = 100 900 * 750 / 100 000 = 756,75 mmHg
V0 = (756,75-13,86) * 7 * 273,15 K / 760 mmHg * 295,15 K = 6,33 ml
m (Mg) = 0,00633 * 24,3 / 22,4 dm3 /mol = 0,0068 g
m (Mg) = 6,8 mg
Esitada tulemus juhendajale kontrollimiseks.
Korrektne tulemus : 6,6 mg
5