Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine (0)

Keemia praktikum .Ideaalgaaside seadused.
Eksperimentaalne töö nr 1: Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine
Töö eesmärk
Gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine. Antud laboratoorses töös määratakse süsinikdioksiidi molaarmassi.
Sissejuhatus
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 atm; 760 mm Hg)
Avogadro seadus. Kõikide gaaside võrdsed ruumalad sisaldavad ühesugusel temperatuuril ja rõhul võrdse arvu molekule (või väärisgaaside korral aatomeid).
Normaaltingimustel on 1,0 mooli gaasi maht ehk molaarruumala Vm =22,4 dm3/mol.
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 (V) võrdelises sõltuvuses temperatuuriga (T).
Boyle'i ja Charles'i seadusi kombineerides saab valemi , kus V0 on gaasi maht normaal - või standardtingimustel, P0 normaal- või standardtingimustele vastav rõhk (sõltuvalt valitud ühikutest), 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.
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 on 29,0 g/mol) või vesiniku (vesiniku molaarmass = 2,0 g/mol) suhtes. Näiteks:
Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 kuupdetsimeetri gaasi mass normaaltingimustel:
ning õhu tihedus:
On olemas universaalne gaasikonstant .
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.
Töövahendid
CO2 balloon , 300 ml korgiga varustatud seisukolb, tehnilised kaalud, 250 ml mõõtesilinder, termomeeter , baromeeter .
Kasutatud ained
CO2, H20
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=126,18 g
mass m2 (kolb + kork + CO2 kolvis) m2=126,28 g
kolvi maht (õhu maht, CO2 maht) V=0,308 L
õhutemperatuur t°=22 °C→T=295,15 K
õhurõhk P=102800 Pa
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs
Arvutada, milline oleks õhu (CO2) maht kolvis normaaltingimustel (V0).
Teades õhu tihedust normaaltingimustel, arvutada selle kaudu õhu mass kolvis ( mõhk ).
Arvutada kolvi ning korgi mass (m3) m1 ja mõhk vahest
m3=m1 – mõhk
m3=126,18 – 0,373=125,81 g
ja CO2 mass m2 ja m3 vahest.
Leitud süsinikdioksiidi ning õhu massidest arvutada süsinikdioksiidi suhteline tihedus (D) õhu suhtes
ning selle kaudu süsinikdioksiidi molaarmass.
Arvutada katse süstemaatiline viga, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44,0 g/mol ja katseliselt määratud massist (44,37 g/mol)
∆=│44,0 – 44,37│=0,37
ja katse suhteline viga.
Leida süsinikdioksiidi molaarmass, kasutades ka muid lahenduskäike
a)moolide arvu kaudu
b)kasutades Clapeyroni võrrandit
→
→
Kokkuvõte ja järeldused
Suhteline ja süstemaatiline viga olid üsnagi väiksed – katseandmete kirjapanek oli järelikult küllaltki täpne ja arvutustes kasutati piisavate tüvenumbritega arve. Arvutustulemused osutusid veelgi täpsemateks, kui leiti molaarmassi moolide arvu kaudu ning kasutades Clapeyroni võrrandit.
Eksperimentaalne töö nr 2: Metalli massi määramine reaktsioonis eralduva gaasi mahu järgi
Töö eesmärk
Gaasiliste ainete mahu mõõtmine, gaaside segud ja gaasi osarõhk, arvutused gaasidega reaktsioonivõrrandi põhjal. Antud laboratoorses töös leitakse Mg või Al mass reaktsioonis soolhappega eralduva vesiniku mahu põhjal.
Sissejuhatus
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 nii üldrõhust kui gaasi sisaldusest segus.
Katses leitakse magneesiumi või alumiiniumi mass reaktsioonis soolhappega eralduva vesiniku mahu põhjal
Selles katses kogutakse eralduv vesinik vee kohale, mistõttu vesinik sisaldab ka veeauru ja vastavalt Daltoni seadusele:
Püld =pH2 + pH2O, millest pH2=Püld – pH2O
Püld – gaasisegu rõhk süsteemis ( büretis ), mis võrdub õhurõhuga mõõtmishetkel.
Vesiniku mahu viimiseks normaaltingimustele kasutada järgmist seost:
Kasutatavad ained
10%-ne soolhappelahus, 5,0 – 10,0 mg metallitükk (Mg või Al).
Töövahendid
Seade gaasi mahu mõõtmiseks, väike mõõtesilinder, filterpaber, termomeeter, baromeeter.
Töö käik
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 hoolikalt destilleeritud veega.
Sättida büretid ühele kõrgusele ning kontrollida, 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. Metallitükk on keeratud paberisse. Võtta see sealt välja ning mähkida märja filterpaberi sisse (mitte väga tihedalt, sest paber peaks katse käigus avanema; antud metallitüki number: 223).
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 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.
Katsetulemused
Vee nivoo büretil enne reaktsiooni V1=11,90 ml
Vee nivoo peale reaktsiooni V2=1,40 ml
Eraldunud vesiniku maht V=│V2 – V1│=│1,40 – 11,90│=10,50 ml=0, 0105  L
Gaasi rõhk büretis Püld=102800 Pa
Temperatuur t°=22 °C→T=295,15 K
Katseandmete töötlus ja tulemjste analüüs
Arvutada veeauru osarõhk temperatuuril t° (pH2O).
Temperatuuril 22 °C on veeauru osarõhk 19,8 mm Hg.
101325 Pa – 760 mm Hg
x Pa – 19,8 mm Hg
Viia vesiniku maht normaaltingimustele.
Leida moolsuhe reaktsioonivõrrandi põhjal,
Mg + 2HCl→ MgCl2 + H2
See on 1:1, järelikult nMg=nH2.
Leida Mg moolide arv nMg
Leida Mg mass mMg.
mMg=nMg·MMg = 0,00043·24,3 = 0,010449 g=10,4 mg
Arvutada kaste süstemaatiline viga arvestades, et õige vastus on 9,9 mg
Δ=│10,4 – 9,9│= 0,5
ning katse suhteline viga.
Kokkuvõte ja järeldused
Süstemaatiline ja suhteline viga ei olnud väga suured. Vead võisid sisse tulla arvutamisel ümardamisel ning katseandmete ebatäpsel lugemisel.
7