Metalli massi määramine reaktsioonis eralduva gaasi mahu järgi (0)

Töö ülesanne ja eesmärk Gaasiliste ainete mahu mõõtmine, gaaside segud ja gaasi osarõhk, arvutused gaasidega  reaktsioonivõrrandi põhjal.  Sissejuhatus Üks metalli massi määramise keemilistest meetodidest põhineb reaktsioonil, milles metall  tõrjub happest vesiniku välja. Meetodit saab kasutada siis, kui metall asub pingereas eespool  vesinikku ja happeks on soolhape või lahjendatud väävelhape.  Molaarmass on ühe mooli aine mass grammides, ühikuks on g/mol.  Moolide arvu leidmine tahkes, vedelas või gaasilises olekus puhtale ainele  n= m [g ] M [ g mol ] ,[mol ] kus m on puhta aine mass; M – puhta aine molaarmass.  Moolide arvu leidmine gaasilises olekus puhtale ainele mahu kaudu  n= V 0 [dm 3 ] V m [ dm 3 mol ] = V 0 [dm 3 ] 22,4 [ dm 3 mol ] , [mol ] kus V 0 on gaasi maht normaaltingimustel; V m  – gaasi molaarruumala normaaltingimustel (22,4 dm3/mol).  Ühendades eelnevad võrrandid saame  m[ g ] M [ g mol ] = V 0[dm 3 ] 22,4 [ dm 3 mol ] Ideaalgaaside korral on molekulide- vahelised kaugused ning seetõttu ka 


molekulidevahelised jõud väikesed ja jäetakse sageli arvestamata.  Ideaalgaaside võrrandites kasutatakse temperatuuriühikuna kelvinit, mitte aga Celsiuse  kraade  T ( K )=t ( ℃ )+273 ( K ) Daltoni seadus - keemiliselt inaktiivsete gaaside segu üldrõhk võrdub segu moodus- tavate  gaaside osarõhkude summaga. Osarõhk on rõhk, mida avaldaks gaas, kui teisi gaase segus  poleks. P=P 1 + P2 +… kus P on gaasisegu üldrõhk süsteemis (võrdub õhurõhuga mõõtmishetkel);  P 1  – ühe gaasi osarõhk; P 2  – teise gaasi osarõhk.  Antud töös leitakse magneesiumi mass metalli reageerimisel soolhappega eralduva vesiniku  mahu põhjal  Mg+2HCl=MgCl2 +H2 Maht V3 on antud katsemetoodika korral rõhul, milline on võrdne õhurõhuga. Seega  P üld= P H 2 + P H 2 O + P HCL Vesiniku rõhu arvutamiseks mahus V3:  P H 2 = P üld− PH 2 O + P HCL HCl rõhk 10%-se soolhappe lahuse kohal on sedavõrd väikene, et võib jätta arvestamata.  Ph2o suurus sõltub õhu suhtelisest niiskusest. Kui RH = 100%, on Ph2o suurus 0 ja PH2 = 
Püld. Üldjuhul  P H 2 = P ü ld− (PH 2 O − P H 2O × RH 100 )


Reaktsiooni eraldunud vesiniku mahu viimiseks normaaltingimustele tuleb kasutada järgmist  seost:  V 0= (Püld−(PH 2 O − PH 2 O × RH 100 ) )×V3×T0 P 0 × T kus V0 on vesiniku maht normaal- või standardtingimustel; P0 – normaaltingimustele vastav rõhk (sõltuvalt valitud ühikutest);  T0 – normaaltingimustele vastav temperatuur kelvinites (273 K);  Püld ja T – rõhk ja temperatuur, mille juures maht V3 on mõõdetud;  PH2O – antud temperatuurile vastav küllastatud veeauru rõhk;  RH – õhu suhteline niiskus, väärtuse saab hügromeetrilt.  Kasutatud mõõteseadmed, töövahendid ja kemikaalid.  10%-ne soolhappelahus, 5,0...10,0 mg metallitükk (magneesium). Seade gaasi mahu  mõõtmiseks, mõõtesilinder (25 cm3), lehter, filterpaber, termo- meeter, baromeeter,  hügromeeter.  Töö käik  1. Katseseadeldis koosneb kahest kummivoolikuga ühendatud büretist, mis on täidetud veega. Üks bürett on ühendatud katseklaasiga, milles metall reageerib happega.  2. Katse ettevalmistus. Eemaldada katseklaas ja pesta ning loputada see hoolikalt  destilleeritud veega. Sättida büretid ühele kõrgusele ning kontrollida, et vee nivoo oleks  mõlemas büretis silma järgi ühel kõrgusel ja büreti keskel. Tõsta üks büretiharu teisest 15...20 cm kõrgemale ning jäl- gida paar minutit, kas vee nivoo püsib paigal. Kui nivoo ei muutu, on  katseseade hermeetiline ja võib alustada kat- set. Vastasel juhul kontrollida korke ja  voolikuid, et tagada hermeetilisus, ja proovida uuesti. Viia büretid taas ühele kõrgusele ja  eemaldada katseklaas. 3. Katse. Küsida juhendajalt metallitükk. Metallitükk on keeratud nummerdatud paberisse.  Võtta metall paberist välja ning mähkida filterpaberisse. Teha filterpaber märjaks 


destilleeritud veega. Mõõta väikese mõõtesilindriga 5...6 cm3 10%-st soolhappelahust.  Valada hape läbi lehtri katseklaasi nii, et katseklaasi ülaosa ei puutuks happega kokku.  4. Hoides katseklaasi happega väikese nurga all, asetada metallitükk niisutatud filterpaberiga  katseklaasi seinale umbes 2 cm allapoole avaust. Sulgeda katseklaas hermeetiliselt nii nagu  kontrolli ajal, kuid vältida liigutusi, mis võiksid metallitüki happesse kukutada.  5. Liigutada bürette üles-alla nii, et vee nivood mõlemas büretis oleksid ühes tasapinnas.  Märkida võimalikult täpselt üles näit ühelt büretilt. Näidu lugemisel peab silm olema samal  tasapinnal vee nivooga, näit võtta meniski kaare madalaimalt kohalt.  6. 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.  7. Liigutada bürette üles-alla nii, et vee nivood mõlemas büretis oleksid jällegi silma järgi  ühes tasapinnas ja lugeda samalt büretilt uus nivoo näit. NB! Nivoode ühele tasapinnale viimine bürettide liigutamisega enne mõlema näidu  võtmist garanteerib, et rõhk büretis on võrdne välisrõhuga. Vee nivoode vahe enne ja  pärast reaktsiooni annab eraldunud vesiniku mahu.  Katse arvutused  Vee nivoo büretil enne reaktsioon             V 1 = 21 ml Vee nivoo peale reaktsiooni                       V2 = 12,9 ml Eraldunud vesiniku maht                            V 3=|V 2−V 1|=|12,9−21|=8,1 ml  Õhurõhk                                                      P = 101 800 Pa Temperatuur                                                to = 21 ℃ = 294 K Küllastatud veeauru rõhk temperatuuril t◦  PH2O = 18,7 mmHg = 2493,128 Pa Õhu relatiivne niiskus                                 RH = 68%          


         Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs 1. Arvutada reaktsioonil eraldunud vesiniku maht normaaltingimustel: V 0= 101 800− (2493,128−( 2493,128× 68 100 ) )×8,1×10−3×273 101325 ×294 = 0,0075l 2. Reaktsioonivõrrandit aluseks võttes arvutada katses reageerinud metallitüki mass:  m 24,3 = 0,0075 22,4 =¿ m= 24,3 × 0,0075 22,4 = 0,00814 g=8,1mg 3. Suhteline viga:  3.1.  Tegelikult mass on 8,4 mg 3.2.  Suhteline viga: ∆ s %= |8,1−8,4| 8,4 × 100 %=3.6 % Kokkuvõtte Pärast katset ja tulemuste arvutamist saime teada, et metallitüki mass on võrdne 8,1  mg. Suhteline viga on 3,6% ja saadud metallitüki mass on väiksem tegeliku massi 0,3  mg, see võib seotud sellega, et büreti süsteem ei ole ideaalne vaakum või arvutused ei  olnud piisavalt täpselt ümarduse tõttu.