Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine (0)

Eksperimentaalne töö nr. 1
Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine
Töö eesmärk: Gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine.
Töövahendid: CO2 balloon , 300 ml korgiga varustatud seisukolb, tehnilised kaalud, 250 ml mõõtesilinder, termomeeter, baromeeter .
Kasutatud ained: CO2, õhk, vesi
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.
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Katsetulemused :
mass m1 (kolb + kork + õhk kolvis) m1 = 114,22 g
mass m2 (kolb + kork + CO2 kolvis) m2 = 114,40 g
kolvi maht (õhu maht, CO2 maht) V = 311 ml = 0,311 l = 0,311 dm3
õhutemperatuur t° = 20 oC = 293,15 K
õhurõhk P = 103,7 kPa = 103700 Pa
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs:
Arvutada milline on õhu (CO2) maht kolvis normaaltingimusel (V0).
Selleks kasutati valemit:
V0 = V0 = = 0,297 dm3

• T0 = 273,15 K
  
• P0 = 101352 Pa
  

Kasutades gaaside tiheduse valemit ja teades õhu keskmist molaarmassi, leida õhu tihedus normaaltingimustel (P0) ning selle kaudu õhu mass kolvis ( mõhk ).

• Mõhk = 29 g/mol
  

ρ0= ρ0õhk = = 1,29 g/dm3
m = ρõhk
* V0 mõhk = 1,29 g/dm3 * 0,297 dm3 = 0,383 g
Arvutada kolvi ning korgi mass (m3) vahest
m3 = m1 – mõhk m3 = 114,22 – 0,383 = 113,837 g
ja CO2 mass (mCO2) vahest
mCO2 = m2 – m3 mCO2 = 114,40 –113,837 = 0,563 g
Leitud süsinikdioksiidi ning õhu massidest mCO2 ja mõhk arvutata süsinikdioksiidi suhteline tihedus (D) õhu suhtes ning selle kaudu süsinikdioksiidi molaarmass MCO2.
Dõhk = Dõhk =
= 1,47 g/mol
MCO2 = Dõhk * 29 MCO2 = 1,47 * 29 = 42,63 g/mol
Vastus: Vastavalt arvutustele tuli süsinikdioksiid molaarmassiga 42,63 g/mol.
Kokkuvõte ja järeldused: Arvutada katse süstemaatiline viga, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44,0 g/mol ja katseliselt määratud molaarmassist MCO2.
∆ = MCO2 – 44,0 g/mol ∆ = 42,63 g/mol – 44,0 g/mol = - 1,37
Ja suhteline viga
∆% =
∆% =
= 3,1 %
Viga vastuses võiks tekkida mõne lähteandme vales mõõtmises.
Süsinikdioksiidi molaarmassi leidmine, kasutades ka muid lahenduskäike:

moolide arvu kaudu (V0CO2→ nCO2→ MCO2)
V0 = 0,297 g
M(CO2) = 44 g/mol
m(CO2) = 0,563 g
n =
n =
= 0,013 mol
n = M =
= 43 g/mol

kasutades Clapeyroni võrrandit (PV = * RT)
103700Pa * 0,000297m3 =
* 8,314 J/mol*K * 293,65K
30,7989 =
M = 44,63 g/mol
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.
Kasutatud ained: 10%-ne soolhappelahus, 6,0 mg metallitükk (Mg)
Töövahendid: Seade gaasi mahu mõõtmiseks, väike mõõtesilinder, filterpaber , termomeeter, baromeeter.
Töö käik: Katses leitakse magneesiumi mass reaktsioonis soolhappega eralduva vesiniku mahu põhjal: Mg + 2HCl = MgCl2 + H2
Katse ettevalmistus: Eemaldada katseklaas ja pesta ning loputada see hoolikalt destilleeritud veega.
Sättida büretid ühele kõrgusele ning kontrollida, et vee nivoo (5) 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).
Mõõta väikese mõõtesilindriga 5...6 ml 10%-st soolhappelahust. Valada hape läbi lehtri katseklaasi nii, et katseklaasi ülaosa ei puutuks happega kokku.
NB! Paluge naaber appi! Hoides katseklaasi happega väikese nurga all, asetada metallitükk filterpaberiga katseklaasi seinale umbes 1 cm allapoole avaust (vt joonist pos 4). 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. Arvutada reaktsioonivõrrandit aluseks võttes eraldunud vesiniku mahu (V2 – V1) järgi katseks antud metallitüki mass. Vesiniku mahu viimisel normaaltingimustele arvestada eespool toodud juhiseid.
Esitada tulemus juhendajale kontrollimiseks.
Katsetulemused:
Vee nivoo büretil enne reaktsiooni: V1 = 11 ml
Vee nivoo peale reaktsiooni: V2 = 2,8 ml
Eraldunud vesiniku maht: V = |V2 – V1| = |-8,2| ml = 8,2 ml = 0,0082 l
Gaasi rõhk büretis: Püld = 103900 Pa
Temperatuur: t° = 20 oC = 293,15 K
Veeauru osarõhk temperatuurist t°: pH20 = 17,5 mmHg
Katseandemte töötlus ja tulemuste analüüs:
Arvutada reaktsioonil eraldunud vesiniku maht normaaltingimustel kasutades valemit:
V0
101325 Pa – 2333,14 Pa
760 mmHg – 17,5 mmHg
V00,0076 dm3
Reaktsioonivõrrandit aluseks võttes arvutada katses reageerinud metallitüki mass kasutades võrdust:
m =
* MMg [g/mol]
m =
* 24,3 g/mol = 0,00824 g = 8,24 mg
Vastus: Vastavalt arvutustele tuli metalltükk massiga 8,24 mg.
Kokkuvõte ja järeldused: Arvutada katse süstemaatiline viga.
∆% =
= 5,3%
Viga vastuses võiks tekkida mõne lähteandme vales mõõtmises.