Keemia alused I - protokoll 1: Ideaalgaaside saamine (0)

TTÜ keemiainstituut
Anorgaanilise keemia õppetool
YKI0020 Keemia alused
Laboratoorne töö nr:
1
Töö pealkiri:
Ideaalgaaside saamine
Õpperühm:
KATB12
Teostaja :
Õppejõud:
Viia Lepane
Töö teostatud:
30.09.2013
Protokoll esitatud:
Protokoll arvestatud:

Sissejuhatus

Gaasilises olekus aine molekulid täidavad ühtlaselt kogu ruumi, molekulid on pidevas korrapäratus soojusliikumises. Molekulidevahelised kaugused on suured, mistõttu jõud nende vahel on väikesed ja jäetakse sageli arvestamata – ideaalgaas .
Erinevalt tahketest ainetest ja vedelikest sõltub gaaside maht oluliselt temperatuurist ning rõhust.
Gaasiliste ainete mahtu väljendatakse tavaliselt kokkuleppelistel nn normaaltingimustel:

• temperatuur 273,15 K (0 °C)
  
• rõhk 101 325 Pa (1,0 atm; 760 mm Hg)
  

Konstantsel rõhul on kindla koguse gaasi maht võrdelises sõltuvuses temperatuuri-ga.
- Charles’i võrrand
Selles valemis tähistab V0 gaasi mahtu normaal - või standardtingimustel, P0 normaal- või standardtingimustele vastavat rõhku, T0 normaal- ja standardtingimustele vastavat temperatuuri kelvinites (mõlemal juhul 273 K), P ja T aga rõhku ja temperatuuri, mille juures maht V on antud või mõõdetud.
Gaasi suhteline tihedus on 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
Suhtelise tiheduse kaudu on kerge leida tundmatu gaasi molaarmassi. Kaaludes samadel tingimustel (rõhk, temperatuur) ära kindla mahu õhku ja tundmatut gaasi, saab suhtelisest tihedusest ehk masside suhtest molaarmassi vastavalt
Mgaas = Dõhk⋅29
Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 kuupdetsimeetri gaasi mass normaaltingimustel.

Eksperimentaalne töö 1

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 ja mõõteseadmed: ~300 ml korgiga varustatud seisukolb, CO2 balloon, tehniline kaal, 250 ml mõõtesilinder, termomeeter , baromeeter
  
• Kasutatud kemikaal : CO2
  

Kasutatud uurimis- ja analüüsimeetod:

• Kõigepealt tuli kuiv ~300 ml korgiga varustatud seisukolb kaaluda tehnilisel kaalul .
  
• Kolvi kaelale tegin viltpliiatsiga märke korgi alumise serva kohale.
  
• Seejärel juhiti 7-8 minuti jooksul tõmbekapis kolbi süsinikdioksiidi.
  
• Pärast seda sulgesin kolbi korgiga ning kaalusin tehnilisel kaalul uuesti.
  
• Kolvi asetasin tagasi tõmbekappi, kus umbes 2 minuti vältel lisasin süsinikdioksiidi veel. Kaalusin kolvi veelkord ja jätkasin sama toimingut konstantse massi saavutamiseni.
  
• Kolvi mahu määramiseks täitsin kolvi veega kuni viltpliiatsiga tõmmatud märkeni ja mõõtsin veemahu 250ml silindri abil.
  
• Fikseerisin laboris oleva õhutemperatuuri ja õhurõhu.
  

Katseandmed:

mass m1 ( kolb + kork + õhk kolvis)
mass m2 (kolb + kork + CO2 kolvis)
kolvi maht (õhu maht, CO2 maht)
õhutemperatuur
õhurõhk
m1 = 139, 90 g
m2 = 140, 09 g
V = 319 ml = 0, 319 L = 0,319 dm3
t° = 20 ° C ehk T = 20+273,15 = 293,15 K
P = 100,1 KPa = 100 100 Pa

Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs:

1.17

1.18

1.19

1.20

1.21

Leida süsinikdioksiidi molaarmass, kasutades ka muid lahenduskäike:

a)moolide arvu kaudu( V0CO2 → nCO2 → MCO2)
b)Clayperoni võrrandit kasutades:

Kokkuvõte:

Katse eesmärgiks oli hinnata kui palju erineb katses mõõdetava süsinikdioksiidi molaarmass tegelikust molaarmassist, milleks on 44,0 g/mol. Katse põhjal tuli molaarmassiks esimese arvutuskäigu järgi 43,54g/mol. Teise arvutuskäigu järgi tuli molaarmassiks 43,8 g/mol ja kolmanda arvutuskäigu ehk Clapeyroni võrrandi järgi tuli selleks 42,21 g/mol. Katse süstemaatiline viga on 1,13%. Ebatäpsused võisid tulla arvutustesse sisse, kas arvutamisel ümardamiste tõttu või katse käigus mõningatel juhtudel, nt. kolvi mahu mõõtmisel mõõtesilindriga, viltpliiatsiga märke tõmbamine kolvile, vee valamine kolvi. Lisaks pole kolvist võimalik kogu õhku välja saada ja korgi hermeetilisus pole kindel.

Eksperimentaalne töö 2

Töö ülesanne ja eesmärk

Gaasiliste ainete mahu mõõtmine, gaaside segud ja gaasi osarõhk, arvutused gaasidega reaktsioonivõrrandi põhjal.

Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid

• Töövahendid ja mõõteseadmed: Seade gaasi mahu mõõtmiseks, väike mõõtesilinder, filterpaber, termomeeter, baromeeter.
  
• Kemikaalid : 10%-ne soolhappelahus, 5,0...10,0 mg metallitükk (Mg).
  

Kasutatud uurimis- ja analüüsimismeetod

• Võtsin metallitüki paberist välja ja mähkisin märja filtripaberi sisse.
  
• Mõõtsin mõttesilindriga 5-6 ml 10%-st soolahappelahust.
  
• Valasin happe läbi lehtri katseklaasi nii, et katseklaasi ülalosa ei puutunud happega kokku.
  
• Hoides katseklaasi väikese nurga all, asetasin filtripaberi metallitüki katseklaasi avausest umbes 1 cm kaugusele. Sulgesin katseklaasi hermeetiliselt.
  
• Liigutasin bürette üles-alla nii, et vee nivood oleksid ühel tasemel.
  
• Katseklaasi järsult liigutades kukutasin metallitüki happesse.
  
• Ootasin kuni reaktsioon lõppes, jälgisin nivoode tasemete kõikumisi. Kui nivoodes oleva vee tase enam ei muutunud, lasksin vesinikul 2,5 minutit jahtuda. Jälgisin, et nivoode tase püsis paigal.
  
• Fikseerisin õhurõhu ja temperatuuri laboris.
  

Katseandmed

Vee nivoo büretil enne reaktsiooni
Vee nivoo peale reaktsiooni
Eraldunud vesiniku maht
Gaasi rõhk büretis
Temperatuur
Veeauru osarõhk temperatuuril
V1 = 16,9 ml = 16,9 cm3
V2 = 27 ml = 27 cm3
V = | V2 – V1 | = 10,1 ml = 0,01 dm3
Püld = 100,1 KPa = 10 100 Pa
t° = 21° ehk T=294,15 K
t° pH2O = 2493,13 Pa

Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑
760 mmHg – 101 325 Pa
21° on 18,7

1.23 ja 1.24

1.25

Δ%=

Kokkuvõte

Katse eesmärgiks oli leida magneesiumi tükikese mass katses eralduva vesiniku hulga järgi. Katse põhjal tuli magneesiumi massiks 9,7 mg. Ebatäpsused võisid tulla katse käigus büretilt ühikute valesti maha lugemisega või arvutuste tegemise ajal vale ümardamise tulemusena. Katse tulemusena tekkis veaprotsent 10,1%.