Ideaalgaaside seadused (0)

Ideaalgaaside seadused
1)Metalli massi määramine reaktsioonis eralduva gaasi mahu järgi
Töö ülesanne ja eesmärk:
Gaasiliste ainete mahu mõõtmine, gaaside segud ja gaasi osarõhk, arvutused gaasidega reaktsioonivõrrandi põhjal.
Sissejuhatus:
Ideaalgaas - Molekulid on pidevas korrapäratus soojusliikumises. Molekulidevahelised kaugused on suured, mistõttu jõud nende vahel väga väikesed ja neid tavaliselt ei arvestata. Gaaside maht sõltub temperatuurist ning rõhust. Gaasiliste ainete mahtu väljendatakse tavaliselt normaaltingimustel:
Temperatuur 273,15 K (0 °C)
Rõhk 101 325 Pa (1,0 atm; 760 mm Hg)
Gaaside mahu väljendamiseks kasutatakse ka nn standardtingimusi:
Temperatuur 273,15 K (0 °C)
Rõhk 100 000 Pa (0,987 atm; 750 mm Hg)
Avogadro seadus: Kõikide gaaside võrdsed ruumalad sisaldavad ühesugusel temperatuuril ja rõhul võrdse arvu molekule (või väärisgaaside korral aatomeid). Kui normaaltingimustel on 1,0 mooli gaasi maht ehk molaarruumala Vm = 22,4 dm3/mol, siis standardtingimustel 22,7 dm3/mol.
Põhilised ideaalgaaside seadused:
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.
Kombineerides saame seose, mida kasutatakse mahu viimiseks ühtedelt tingimustelt teistele, sh. ka normaal - ja standardtingimustele:
kus V0 on gaasi maht normaal- või standardtingimustel, P0 normaal- või standardtingimustele vastav rõhk, T0 normaal- ja standardtingimustele vastav temperatuur kelvinites (mõlemal juhul 273 K), P ja T aga rõhk ja temperatuur, mille juures maht V on antud või mõõdetud. Ühe mooli gaasilise aine korral, kus R on universaalne gaasikonstant.
n mooli gaasi kohta kehtib seos
( Clapeyroni võttand).
Järgmiste ühikute korral – rõhk P [Pa]; mass m [g]; moolide arv n [mol]; maht V [m3]; temperatuur T [K] on universaalse gaasikonstandi väärtus R = 8,314 J/mol⋅K.
Daltoni seadus: Keemiliselt inaktiivsete gaaside segu üldrõhk võrdub segu moodustavate gaaside osarõhkude summaga . Osarõhk on rõhk, mida avaldaks gaas , kui teisi gaase segus poleks. Osarõhk sõltub seega nii üldrõhust kui gaasi sisaldusest segus.
Moolimurd: segu ühe komponendi moolide arv jagatud kõikide segus olevate komponentide moolide arvu summaga.
Difusioon : aineosakeste soojusliikumisest tingitud protsess, mis viib kontsentratsioonide ühtlustumisele süsteemis.
Gaasi suhteline tihedus: ühe gaasi massi suhe teise gaasi massi samadel tingimustel (V, P, T). Gaasi suhteline tihedus on ühikuta suurus ja näitab, mitu korda on antud gaas teisest raskem või kergem.
Suhtelist tihedust väljendatakse tavaliselt õhu suhtes (õhu keskmine molaarmass , arvestades lämmastiku ja hapniku massivahekorda õhus on 28,96 ≈ 29,0 g/mol) või vesiniku (MH2 = 2,0 g/mol) suhtes.
Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 kuupdetsimeetri gaasi mass normaaltingimustel
Kasutatud mõõteseadmed:
Seade gaasi mahu mõõtmiseks, väike mõõtesilinder, termomeeter , baromeeter .
Kasutatud töövahendid:
filterpaber
Kasutatud kemikaalid :
10%-ne soolhappelahus, 5,0...10,0 mg metallitükk (Mg või Al).
Kasutatud uurimis - ja analüüsimeetodid ning metoodikad: Katses leitakse magneesiumi või alumiiniumi mass reaktsioonis soolhappega eralduva vesiniku mahu põhjal
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Selles katses kogutakse eralduv vesinik vee kohale, mistõttu vesinik sisaldab ka veeauru ja vastavalt Daltoni seadusele
Püld = pH2 + pH2O millest pH2 = Püld – pH2O
gaasisegu rõhk süsteemis ( büretis ), mis võrdub õhurõhuga mõõtmishetkel
tuleb vesiniku mahu viimiseks normaaltingimustele viimiseks kasutada järgmist seost:
Katseseadeldis koosneb kahest kummivoolikuga ühendatud büretist, mis on täidetud veega. Üks bürett on ühendatud katseklaasiga, milles metall reageerib happega.
Katse ettevalmistus: Eemaldada katseklaas ja pesta ning loputada see destilleeritud veega. Sättida büretid ühele kõrgusele nii, et vee nivoo 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: Küsida juhendajalt metallitükk, mis 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. Hoides katseklaasi happega väikese nurga all, asetada metallitükk filterpaberiga katseklaasi seinale umbes 1 cm allapoole avaust. Sulgeda katseklaas hermeetiliselt , 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 palju 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). Fikseerida õhurõhk ja temperatuur laboris. Arvutada reaktsioonivõrrandit aluseks võttes eraldunud vesiniku mahu (V2 – V1) järgi katseks antud metallitüki mass. Vesiniku mahu viimisel normaaltingimustele arvestada eespool toodud juhiseid
Katseandmed :
V1 = 8,10 ml vee nivoo büretil enne reaktsiooni
V2 = 15,70 ml vee nivoo büretil peale reaktsiooni
t = 20C = 293,15 K temperatuur
Püld = 102,1  1000 = 102 100 Pa õhurõhk (gaasi rõhk büretis)
V = |V2 – V1| = 7,6 ml eraldunud vesiniku maht
mm/Hg = 2333,1 Pa veeauru osarõhk temperatuuril
Reaktsioon Mg ja 10% soolhappelahuse vahel toimub väga kiiresti.
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs:
K Temperatuur normaaltingimustel
Pa rõhk normaaltingimustel
(dm3)
M(Mg) = 24,31 g/mol
Antud Mg tüki tegelik mass oli 7,8 mg.
Kokkuvõte või järeldused: Mina sain Mg tüki kaaluks 7,5 mg, tegelik oli 7,8 järelikult oli minu suhteline viga
. Siiski sain tegelikule kaalule väga lähedase tulemuse, seega võib katse õnnestunuks lugeda. Vea tekke põhjus võis olla silmaga mõõdetud ebatäpsused.
2) Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine
Töö ülesanne ja eesmärk:
Seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine.
Kasutatud mõõteseadmed:
250 ml mõõtesilinder, termomeeter, baromeeter, tehnilised kaalud
Kasutatud töövahendid:
300 ml korgiga varustatud seisukolb, balloon
Kasutatud ained:
Süsihappegaas (CO₂)
Kasutatud uurimis- ja analüüsimeetodid ning metoodikad:
Kaaluda tehnilistel kaaludel korgiga varustatud 300 ml kuiv kolb (mass m1). Kolvi kaelale teha markeriga märge korgi alumise serva kohale. Juhtida balloonist 7-8 minuti vältel kolbi CO2-te. Jälgida, et vooliku ots ulatuks peaaegu kolvi põhjani, aga ei oleks tihedalt vastu põhja. Kolb sulgeda kiiresti korgiga ja kaaluda uuesti. Juhtida kolbi 1-2 minuti vältel täiendavalt CO2-te, sulgeda kolb korgiga ning kaaluda veelkord. Kolvi täitmist jätkata konstantse massi (mass m2) saavutamiseni. 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 õhutemperatuur ja õhurõhk laboris.
Katseandmed:
m1 = 113,49 g mass (kolb+ kork +õhk kolvis)
m2 = 113,68 g mass (kolb+kork+CO2 kolvis)
V = 306 ml = 0,306 l kolvi maht (õhu maht+CO2 maht)
t = 20C = 293,15 K temperatuur
P = 102,11000 = 102100 Pa õhurõhk
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs:
Arvutada, milline oleks õhu (CO2) maht kolvis normaaltingimustel (V0). Kasutades gaaside tiheduse valemit ja teades õhu keskmist molaarmassi, leida õhu tihedus normaaltingimustel ning selle kaudu õhu mass kolvis (mõhk)
Leitud süsinikdioksiidi ning õhu massidest ja mõhk arvutada süsinikdioksiidi suhteline tihedus (D) õhu suhtes ning selle kaudu süsinikdioksiidi molaarmass MCO2
Arvutada katse süstemaatiline viga, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44,0 g/mol ja katseliselt määratud molaarmassist MCO2.
CO2 suhteline tihedus õhu suhtes:
molaarmass :
Tegelikult on = 44,0 (g/mol)
Süstemaatiline viga:
43,76 – 44,0 = 0,21 (g/mol)
Suhteline viga:
Kokkuvõte või järeldused:
Süsihappegaasi molaarmass tuli katseliselt erinev teoreetilisest aatommassist.
Leida süsinikdioksiidi molaarmass, kasutades ka muid lahenduskäike:

moolide arvu kaudu ( → → )
, ,, ,

kasutades Clapeyroni võrrandit
(l),
(Pa), ,