Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine (0)

LABORATOORNE TÖÖ 1

Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine

Töö eesmärk

Gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine.

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)
Viimasel ajal soovitatakse kasutada gaaside mahu väljendamiseks ka nn standardtingimusi:
Temperatuur 273,15 K (0 °C)
Rõhk 100 000 Pa (0,987 atm; 750 mm Hg)
Boyle 'i seadus. Konstantsel temperatuuril on kindla koguse gaasi maht (V) pöördvõrdelises sõltuvuses rõhuga (P).
PV=const
Charles’i seadus. Konstantsel rõhul on kindla koguse gaasi maht võrdelises sõltuvuses temperatuuriga.
= const
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, õhk, vesi

Töö käik

Kaaluda tehnilisel kaalul korgiga varustatud ~300 ml kuiv kolb (mass m1). Kolvi kaelale teha viltpliiatsiga märge korgi alumise serva kohale.
Balloonist juhtida 7-8 minuti vältel kolbi süsinikdioksiidi. Tuleb jälgida, et vooliku ots ulatuks peaaegu kolvi põhjani, aga ei oleks tihedalt vastu põhja. Muidu võib juhtuda, et kogu CO2 väljub voolikukimbu teistest harudest. Seejärel tuleb kolb sulgeda kiiresti korgiga ja kaaluda uuesti samal kaalul. Et katse tulemused oleksid täpsed juhtida kolbi 1-2 minuti vältel täiendavalt süsinikdioksiidi, kolb sulgeda korgiga ning kaaluda veekord. 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 tuleb 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 = 144,85 g
Mass m2 (kolb + kork + CO2 kolvis) m2 = 144,85 + 0,17 = 145,02 g
Kolvi maht (õhu maht, CO2 maht) V = 314 ml = 0,314 l
Õhutemperatuur T = 293,15 K
Õhurõhk P = 101,3 KPa = 101 300 Pa

Katse andmete töötlus ja tulemuste analüüs

Arvutame, milline on õhu (CO2) maht kolvis normaaltingimusel (V0).
Selleks kasutame valemit: V0 =
V0 = = 292,51 ml = 0,29 dm3
*T0 = 273,15 K
*P0 = 101325 Pa
Kasutades gaaside tiheduse valemit ja teades õhu keskmist molaarmassi, leiame õhu tihedus normaaltingimustel (ρ0) ning selle kaudu õhu mass kolvis (mõhk).
ρ0= g/dm3; ρ0õhk =
= 1,29 g/dm3
mõhk = ρõhk ∙ V0 ; mõhk = 1,29 ∙ 0,29 = 0,37 g
Arvutame kolvi ning korgi mass (m3) vahest
m3 = m1 – mõhk m3 = 144,85 – 0,37 = 144,47 g
ja CO2 mass (mCO2) vahest.
mCO2 = m2 – m3 mCO2 = 145,02 –144,47= 0,5473 g
Leitud süsinikdioksiidi ning õhu massidest mCO2 ja mõhk arvutame süsinikdioksiidi suhteline tihedus (D) õhu suhtes ning selle kaudu süsinikdioksiidi molaarmass MCO2.
Dõhk = Dõhk =
= 1,4793 g/mol
MCO2 = Dõhk ∙ 29 MCO2 = 1,4793 ∙ 29 = 42,8989 g/mol
Vastus: Vastavalt arvutustele saime süsinikdioksiidi molaarmassiga 42,8989 g/mol.

Katse andmete töötlus ja tulemuste analüüs

Arvutame katse süstemaatiline viga, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44,0 g/mol ja katseliselt määratud molaarmassist MCO2.
∆ = MCO2 – 44,0 g/mol ∆ = 42,05 g/mol – 44,0 g/mol = -1,95
Ja suhteline viga
∆% = ∆% =
= 4,43 %
Viga vastuses võis tekkida mõne lähteandmete vale mõõtmisega.

Süsinikdioksiidi molaarmassi leidmine, kasutades ka muid lahenduskäike

Moolide arvu kaudu (V0CO2→ nCO2→ MCO2)
V0 = 0,29 dm3 ja M(CO2) = 44 g/mol
n = n =
= 0,0131 mol
n = M =
= 41,9121 g/mol

Kasutades Clapeyroni võrrandit (PV = ∙ RT)
101300 ∙ 0,314 =
∙ 8314 ∙ 293,15
31808,2 =
M = 42,14 g/mol

LABORATOORNE TÖÖ 2

Metalli massi määramine reaktsioonis eralduva gaasi mahu järgi

Töö eesmärk

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

Töövahendid

Seade gaasi mahu mõõtmiseks, väike mõõtesilinder, filterpaber, termomeeter, baromeeter.

Kasutatud ained

10%-ne soolhappelahus, 5,0...10,0 mg metallitükk (Mg) Nr. 124

Töö käik

Katses leitakse magneesiumi mass reaktsioonis soolhappega eralduva vesiniku mahu põhjal:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
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 jälgida paar
katset. Viia büretid taas ühele kõrgusele ja eemaldada katseklaas.
Katse: Võtta metallitükk paberilt 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 nii nagu kontrolli ajal, kuid vältida liigutusi, mis võiksid metallitüki happesse kukutada.
Pärast liigutada bürette üles-alla nii, et vee nivood mõlemas büretis oleksid ühes tasapinnas ja märkida võimalikult täpselt üles näit uhelt büretilt (V1).
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.
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 järgi katseks antud metallitüki mass.

Katse tulemused

Vee nivoo büretil enne reaktsiooni V1 =
Vee nivoo peale reaktsiooni V2 =
Eraldunud vesiniku maht
Gaasi rõhk büretis Püld = 101 300 Pa
Temperatuur T = 293,15 K
Veeauru osarõhk temperatuuril T ρH2O = 17, 5 mm Hg

Katse andmete töötlus ja tulemuste analüüs

Leiame veeauru osarõhk paskalides
101 325 Pa – 760 mm Hg
X Pa – 17,5 mm Hg
X =
= 2333,14 Pa
Nüüd leiame Vesiniku rõhu
Püld=PH2+PH2O , millest
PH2 = Püld - PH2O
PH2 = 101300 – 2333,14 = 98966,86 Pa
Arvutame reaktsiooni käigus eraldunud vesiniku maht normaaltingimustel kasutades valemit:
V0 =
V0 =
= 7,19 cm3 = 0,0072 dm3
Reaktsioonivõrrandit aluseks võttes arvutame katses reageerinud matallitüki mass kasutades valemit:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
m(Mg) =
∙ M(Mg)
m(Mg) =
= 0,0078 g = 7,8 mg

Kokkuvõte ja järeldused

Süstemaatiline viga
∆ = 7,8 mg – 8,1 mg = -0,3 mg
Suhteline viga
∆% = ; ∆% =
= 3,70 %
Vale vastus võis tekkida sellepärast, et vesinik on kerge gaas ja ta võiks lenduda läbi väikese augu korgis. Samuti põhjuseks võivad olla arvutuse vead ja ebaõiged lähteandmed.