Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine. (0)

Eksperimentaalne töö 1 
Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine. 
 
Töö ülesanne ja  eesmärk. 
 
 
Töö  eesmärgiks  oli  gaaside  saamine  laboratooriumis,  saada  seosed  gaasiliste  ainete 
mahu,  temperatuuri  ja rõhu  vahel  ning  leida  gaasiliste  ainete   molaarmass . 
 
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 . 
Gaasiliste  ainete  maht  normaaltingimustel:  
Temperatuur:  273,15 K (0 °C) 
Rõhk:  101 325 Pa (1,0 atm;  760 mm  Hg) 
Gaasiliste  ainete  maht  standardtingimustel: 
Temperatuur:  237,15 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.  Vm = 22,4 dm3/mol 
Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 kuupdetsimeetri  gaasi mass: 
𝑀
𝜌0 =
𝑔𝑎𝑎𝑠  [𝑔/𝑚𝑜𝑙]  𝑔/𝑑𝑚3 
22,4  [𝑑𝑚3/𝑚𝑜𝑙]
 
 
1 
 
Gaasi maht normaaltingimustel:  
𝑃𝑉𝑇0
𝑉0 =
 
𝑃0𝑇
Gaasi suhteline tihedus: 
𝑚
𝑀
𝐷 =
1 = 1 
𝑚2
𝑀2
Gaasi  molaarmass :   
𝑀𝑔𝑎𝑎𝑠 = 𝐷õℎ𝑘 ∗ 29,0 
Mass:   
𝑚õℎ𝑘 = 𝜌0õℎ𝑘 ∗ 𝑉0 
Suhteline viga:  
|𝑀
− 44,0| ∗ 100% 
∆% =
𝐶𝑂2
 % 
44,0
Clapeyroni  võrrand:  
𝑚
𝑃 𝑉 =
𝑅 𝑇 
𝑀
kus R – universaalne konstant, 𝑅 = 8,314 
𝐽
 
𝑚𝑜𝑙 ∗𝐾
 
Kasutatud  mõõteseadmed,  töövahendid  ja   kemikaalid  
 
Töövahendid:  CO2  balloon ,  300  ml   korgiga   varustatud  seisukolb,  tehnilised  kaalud,  250  ml 
mõõtesilinder,   termomeeter ,   baromeeter . 
Kemikaalid: CO2, vesi. 
 
 
2 
 
 
Joonis 1  Kippi  aparaat 
1.  Soolhappe  nõu; 
2.  Keskmine  nõud  lubjakivitükkidele  CO2 saamiseks; 
3.  Alumine  nõu;   
4.  Kitsendus,  mis  takistab  lubjakivitükkide  sattumist  alumisse  nõusse; 
5.  Kraan, millest  väljub   tekkib   CO2; 
6.  Absorber  puhta  CO2 saamiseks,  mille  ülesandeks  siduda  HCl  aurud   ja niiskus. 
 
Kasutatud   uurimis - ja analüüsimeetodid ja  metoodika 
 
Kaalusin  tehnilistel  kaaludel  korgiga  ~300 ml  kuiva  kolvi.   Tegin    märke   kolvile  korgi  alumise 
serva  kohale.   
Juhtisin  baloonist  7…8  minuti  vältel  kolbi  süsinikdioksiidi.  Peale  vooliku  välja  võtmist 
sulgesin  kiirelt  korgiga  ja kaalusin  kolvi.  Kordasin  CO2 kolvi  juhtimist  kahel  korral 1…2 minut i 
vältel.  Kolvi  mahu  määramiseks  täitsin  kolvi  märke   piirini   toatemperatuuril  oleva  veega  ning 
mõõtsin   vee mahu  mõõtesilindriga.   
Fikseerisin  katse ajal  termomeetriga  õhutemperatuuri  ja baromeetriga   õhurõhu   laboris. 
 
 
 
3 
 
Katseandmed  
 
Mass m1 ( kolb   + kork + õhk kolvis)  = 140,06 g 
Mass m2 (kolb  + kork + CO2) = 149,25 g  
Kolvi  maht  V (õhu  maht  + CO2 maht)  = 208 ml  + 108 ml  = 316 ml 
Õhutemperatuur   t0 = 21 °C = 294,15 K 
Õhurõhk   P = 101,2 kPa = 101200 Pa 
 
Katseandmete  töötlus ja tulemuste analüüs 
 
Gaasi  absoluutne  tihedus: 
𝑀
29 [𝑔/𝑚𝑜𝑙]
𝜌0 =
𝑔𝑎𝑎𝑠  [𝑔/𝑚𝑜𝑙]
=  
= 1,29 𝑔/𝑑𝑚3 
22,4  [𝑑𝑚3/𝑚𝑜𝑙]
22,4 [𝑑𝑚3/𝑚𝑜𝑙]
Gaasi  maht  normaaltingimustes: 
𝑃𝑉𝑇0
101200 𝑃𝑎 ∗ 316 𝑚𝑙 ∗ 237,15 𝐾
𝑉0 =
=  
= 293,1 𝑚𝑙 = 0,2931 𝑙 
𝑃0𝑇
101325 𝑃𝑎 ∗ 294,15 𝐾
Õhu  mass: 
𝑔
𝑚õℎ𝑘 = 𝜌0õℎ𝑘 ∗ 𝑉0 = 1,29
∗ 0,2931 𝑙 = 0,378 𝑔 
𝑑𝑚3
𝑚3 = 𝑚1 −  𝑚õℎ𝑘 = 149,06 𝑔 − 0,378 𝑔 = 148,68 𝑔  
Õhu  (CO2) mass  kolvis: 
𝑚𝐶𝑂 =   𝑚
2
2 − 𝑚3 = 149,25 𝑔 − 148,68 𝑔 = 0,568  
Süsinikdioksiidi  suhteline  tihedus  õhu  suhtes: 
𝑚
0,568 𝑔
𝐷 =
𝐶𝑂2 =
= 1,507  
𝑚õℎ𝑘
0,378 𝑔
4 
 
Süsinikdioksiidi  molaarmass:   
𝑀𝑐𝑜 = 𝐷
2
õℎ𝑘 ∗ 29,0 = 1,507 ∗ 29,0 = 43,703 (𝑔/𝑚𝑜𝑙) 
Süsinikdioksiidi tegelik molaarmass:  𝑀𝑐𝑜 = 44,0 𝑔/𝑚𝑜𝑙 
2
Arvutan  katse süstemaatilise  vea:   
𝑔
∆= 𝑀𝐶𝑂 − 44,0
= 43,703 − 44,0 = −0,297 
2
𝑚𝑜𝑙
Arvutan  katse suhtelise  vea:   
|𝑀
− 44,0| ∗ 100% 
|43,703 − 44,0|
∆% =
𝐶𝑂2
∗ 100 = 0,675% 
44,0
44,0
Leian  süsinikdioksiidi  molaarmassi  veel  kahel  viisil:   
a)  Moolide  arvu  kaudu  (𝑉0𝑐𝑜2 →   𝑛𝐶𝑂 → 𝑀
) 
2
𝐶𝑂2
𝑉0 (𝑑𝑚3)
0,2931 
𝑛 =
= 0,013 (𝑚𝑜𝑙) 
𝑉𝑚 (𝑑𝑚3/𝑚𝑜𝑙)
22,4
𝑚  (𝑔)
𝑚 (𝑔)
0,568 𝑔
𝑛 =
⇒ 𝑀 =
= 43,692 𝑔/𝑚𝑜𝑙 
𝑀 (𝑔/𝑚𝑜𝑙)
𝑛 (𝑚𝑜𝑙)
0,013 𝑚𝑜𝑙
|𝑀
− 44,0| ∗ 100% 
|43,692 − 44,0|
∆% =
𝐶𝑂2
∗ 100 = 0,7% 
44,0
44,0
b)  Kasutades  Clapeyorni  valemit 
𝑚
𝑃 𝑉 =
𝑅 𝑇 ⇒ 
𝑀
𝑚
0,000568 
𝑀 =
𝑅 𝑇 =
∗ 8,314 ∗ 273,15 = 43,502 (𝑚𝑜𝑙) 
𝑃 𝑉
101,2 ∗ 0,0002931
|𝑀
− 44,0| ∗ 100% 
|43,502 − 44,0|
∆% =
𝐶𝑂2
∗ 100 = 11,3% 
44,0
44,0
 
 
5 
 
 
 
Kokkuvõte  ja  analüüs 
 
Eksperimentaalse  töö  ülesandeks  oli  laboratooriumis  gaaside  saamine.  Süsinikdioks iid i 
molaarmassi  leidmine  kolmel   erineval   meetodil  ja  nende  omavahel  võrdlemine.  Vaadati  ka 
seoseid   gaasiliste  ainete  mahu,  temperatuuri  ja rõhu  vahel.  Kõige  täpsem  molaarmassi  vastus 
tuli  kasutades  gaasi  suhtelise  tiheduse  võrrandit.   Vigade   tekkimise  põhjuseks  võivad  olla 
ligikaudsed  arvutused  ja valed   katsetulemused . 
 
 
6 
 
Eksperimentaalne  töö 2 
Metalli massi määramine reaktsioonis eralduva gaasi mahu järgi. 
 
Töö ülesanne ja  eesmärk 
 
 
Eksperimentaalse  töö eesmärgiks  oli  gaasiliste  ainete  mahu  mõõtmine,  gaaside  segud ja 
gaasi  osarõhk.  Teha  arvutusi  gaasidega  reaktsioonivõrrandi  põhjal. 
 
Sissejuhatus 
 
Katses leitakse magneesiumi mass reaktsioonis soolhappega eralduva vesiniku mahu põhjal: 
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑ 
Daltoni  seadus:  Keemiliselt  inaktiivsete  gaaside  segu  üldrõhk  võrdub  segu  moodustavate 
gaaside  osarõhkude   summaga .  Osarõhk  on  rõhk,  mida  avaldaks   gaas ,  kui  teisi  gaase  segus 
poleks. 
𝑃ü𝑙𝑑 = 𝑝1 + 𝑝2 + ⋯ = Σ𝑝𝑖 
𝑝𝑖 = 𝑃ü𝑙𝑑 ∗ 𝑋𝑖 
Kus Xi – vastava segu  moolimurd segus 𝑋𝑖 = 𝑛𝑖  
Σ𝑛
Maht normaaltingimustel: 
(𝑃
𝑉0 =
ü𝑙𝑑 − 𝑝𝐻2𝑂 ) ∗ 𝑉 ∗ 𝑇 0 
𝑃0 ∗ 𝑇
Moolide arv: 
𝑉0
𝑛 =
 
𝑉𝑚
7 
 
Kasutatud  mõõteseadmed,  töövahendid  ja  kemikaalid 
 
Töövahendid:  Seade  gaasi  mahu  mõõtmiseks,  väike  mõõtesilinder,   filterpaber ,  termomeeter, 
baromeeter. 
Kemikaalid: 10%-ne soolhappelahus,  5,0...10,0 mg  metallitükk  (Mg  nr. 82) 
1.  Kummivoolikuga  ühendatud  bürett 
2.  Kummivoolikuga  ühendatud  bürett 
3.   Katseklaas ,  milles   metall   reageerib   happega  
4.  Metallitükk 
5.  Vee nivoo 
 
Joonis 2 Katseseadeldis 
Kasutatud  uurimis- ja analüüsimeetodid ja  metoodikad 
 
Katseseadeldis  koosnes  kahest  kummivoolikuga  ühendatud  büretist,  mis  olid  täidetud  veega. 
Üks bürett  oli  ühendatud  katseklaasiga,  milles  metall  reageeris  happega. 
Katse  ettevalmistamiseks  eemaldasin  katseklaasi,  pesin  ja  loputasin  hoolikalt  destilleer it ud 
veega.  Sättisin  büretid  ühele  kõrgusele  jälgides,  et  vee  nivoo  oleks  mõlemas   büretis   ühel 
kõrgusel  ja  büreti  keskel.  Ühendasin  katseklaasid  tihedalt  korgiga  ja  tõstsin  ühe  büretihar u 
teisest  15…20 cm  kõrgemale.  Veendusin  enne  katse alustamist,  et seade oleks  hermeetiline. 
Mõõtesilindriga  mõõtsin  5…6 ml  10%-st soolhappelahust.   Valasin   happe läbi  lehti  katseklaasi 
nii,  et katseklaasi  ülaosa  happega  kokku ei puutuks. 
Asetasin  filterpaberis  metallitüki  katseklaasi  seinale  umbes  1  cm  allapoole  avaust.  Sulgesin 
katseklaasi   hermeetiliselt .  Liigutasin  bürette  nii,  et  vee   nivood   oleksid  mõlemas  büretis  ühel 
tasapinnal .  Märkisin   näidu    ühelt   büretilt  (V1). 
Katseklaasi  järsult  liigutades  kukutasin  metallitüki  happesse. Jälgisin,  kuidas  reaktsiooni  käigus 
vee  nivoo  bürettides  muutub.  Reaktsiooni  lõppedes  lasin  eraldunud  vesinikul  2…3  minutit 
jahtuda. 
 
8 
 
Liigutasin  bürette  üles-alla  nii,  et vee nivood  oleksid  mõlemas  büretis  ühel  tasapinnal  ja  lugesin  
samalt  büretilt  uue  nivoo  näidu  (V2). 
Fikseerisin  laboris  õhurõhu  ja temperatuuri. 
Katses  tuli  leida  reaktsioonivõrrandi  alusel  eraldunud  vesiniku  mahu  järgi  katseks  antud 
metallitüki  mass. 
 
Katseandmed 
 
Vee nivoo  büretil  enne  reaktsiooni  V1 = 16,5 ml 
Vee nivoo  peale  reaktsiooni  V2 = 23,2 ml 
Eraldunud  vesiniku  maht  V = | V2 – V1 | = 23,2 ml  – 16,5 ml  = 6,7 ml 
Gaasi  rõhk  büretis  (võrdub  õhurõhuga)  Püld  = 769,56 mmHg 
Temperatuur  t° = 21 °C = 294,15 K 
Veeauru  osarõhk  temperatuuril  t°  pH2O = 18,7 mmHg 
 
Katseandmete  töötlus ja tulemuste analüüs 
 
Reaktsioonivõrrand: 
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑ 
Maht: 
(𝑃
(769,56 − 18,7) ∗ 6,7 ∗ 273,15
𝑉0 =
ü𝑙𝑑 − 𝑝𝐻2𝑂 ) ∗ 𝑉 ∗ 𝑇 0 =
= 6,147𝑚𝑙 = 0,006147 𝑙 
𝑃0 ∗ 𝑇
760 ∗ 294, 15
 
 
9 
 
Mass: 
𝑉0
0,006147 𝑙
𝑛 =
= 0,00027 𝑚𝑜𝑙 
𝑉𝑚
22,4 𝑑𝑚3 /𝑚𝑜𝑙
𝑔
𝑚(𝑀𝑔) = 𝑛 ∗ 𝑀 = 0,00027 𝑚𝑜𝑙 ∗ 24,32
= 6,57 ∗ 10−3 = 0,00657 𝑔 
𝑚𝑜𝑙
Veaprotsent: 
6,57 − 7,1
𝑝% =
∗ 100 = 7,5 % 
7,1
 
Kokkuvõte  ja  analüüs 
 
Selles  eksperimentaalses  töös  sain  jälgida  metalli  (Mg)  reageerimist  soolhappega.  Määrasin 
magneesiumi  massi  reaktsioonis  eralduva  gaasi  mahu  järgi  ning  kasutades  selleks  Daltoni 
seadust.  Vigade  põhjuseks  võivad  olla  ebatäpsed mõõtmised  ja umbkaudsed  arvutused. 
10