Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine. (3)

Eksperimentaalne töö 1
Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine.
Töö eesmärk: gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine.
Töövahendi: Süsinikdioksiidi balloon , 300 ml korgiga varustatud seisukolb, tehnilised kaalud, 250 ml mõõtesilinder, termomeeter , baromeeter . Kasutatud ained: CO2, õhk, vesi.
Kaaluti tehnilistel kaaludel korgiga varustatud ~300 ml kuiv kolb . Kolvi kaelale oli tehtud viltpliiatsiga märge korgi alumise serva kohale.
Juhiti balloonist 7-8 minuti vältel kolbi süsinikdioksiidi. Tuli 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 suleti kolb kiiresti korgiga ja kaaluti uuesti samal kaalul, et tulemused oleksid täpsed. Juhiti kolbi 1-2 minuti vältel täiendavalt süsinikdioksiidi, kolb suleti korgiga ning kaaluti veelkord . Kolvi täitmist jätkati konstantse massi saavutamiseni.
Kolvi mahu(seega ka temas sisalduva gaasi mahu) määramiseks täideti kolb märgini toatemperatuuril oleva veega ja vee maht mõõdeti mõõtesilindri abil.
Fikseeriti katse sooritamise momendil termomeetri ja baromeetri abil õhutemperatuur ja õhurõhk laboris.
Katsetulemused:
mass m1(kolb, kork , õhk kolvis) m1= 124,46 g
mass m2(kolb, kork, CO2 kolvis) m2= 124,61 g
kolvi maht(õhu maht, CO2 maht) V= 316 ml
õhutemperatuur to= 22 oC
õhurõhk P= 101,6 kPa = 101600 Pa
* 1l = 1 dm3
Arvutati, milline oleks õhu(CO2) maht kolvis normaaltingimustel(V0).
V0= PVT0/ P0T
V0= 101600*316*273,15/101325*295,15=8769644640/29906073,75=293,24 mg=0,29324 g
Kasutades gaaside tiheduse valemit ja teades õhu keskmist molaarmassi, leiti õhu tihedus normaaltingimustel(P0) ning selle kaudu õhu mass kolvis(mõhk).
M(CO2)= 12+2*16= 44 g/mol
P0= 44g/mol / 22,4mol/dm3 = 1,96 g/dm3
mõhk= 1,96g/dm3 * 0,29324g = 0,57 g
Arvutati kolvi ning korgi mass(m3) vahest.
m3= m1 – mõhk m3= 124,46g – 0,57g = 123,89 g
Ja CO2 mass(mCO2) vahest.
mCO2= m2 – m3 mCO2 = 124,61g – 123,89g = 0,72 g
Leitud süsinikdioksiidi ning õhu massidest arvutati süsinikdioksiidi suhteline tihedus(D) õhu suhtes ning selle kaudu süsinikdioksiidi molaarmass Mco2.
D= 0,72g / 0,57g = 1,26g/mol
Mco2 = 1,26 * 29 = 36,54g/mol
Nüüd arvutada katse süstemaatiline viga, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44,0g/mol ja katseliselt määratud molaarmassist Mco2.
Δ = Mco2 – 44,0g/mol = 36,54g/mol – 44,0g/mol = -7,46
Ja suhteline viga.
Δ% = Mco2 – 44,0 * 100% / 44,0 = 7,46 * 100% / 44,0 = 17%
Süsinikdioksiidi molaarmassi leidmine kasutades ka muid lahenduskäike:
a)moolide arvu kaudu (V0co2 – nCO2 – Mco2)
V0 = 0,29324 g ja Mco2 = 44g/mol
n= V/Vm = 0,29324g / 22,4g/mol = 0,013 mol
n=m/M M=m/n = 0,72g / 0,013 mol = 55,4 g/mol
b)kasutades Clapeyroni võrrandit (pV=m/M *R T)
Eksperimentaalne töö 2
Metalli massi määramine reaktsioonis eralduva gaasi mahu järgi.
Töö eesmärk: Gaasiliste ainete mahu mõõtmine, gaaside segud ja gaasi osarõhk, arvutused gaaside reaktsioonivõrrandi põhjal.
Kasutatavad ained: 10%-ne soolhappelahus, 8,0 mg metallitükk(Mg).
Töövahendid: Seade gaasi mahu mõõtmiseks, väike mõõtesilinder, filterpaber, termomeeter, baromeeter.
Katses leiti magneesiumi mass reaktsioonis soolhappega eralduva vesiniku mahu põhjal.
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2
Selles katses kogutakse eralduv vesinik vee kohale, mistõttu vesinik sisaldab ka veeauru ja vastavalt Daltoni seadusele...
Püld = PH2 + PH2O , millest PH2 = Püld – PH2O
Püld = 101600Pa - X mmHg
101325Pa - 760 mmHg
X= 762,1 mmHg
*Püld – gaasisegu rõhk süsteemis(büretis), mis võrdub õhurõhuga mõõtmishetkel.
*PH2O= 21,1 mmHg
PH2= 762,1 mmHg – 21,1 mmHg = 741 mmHg
... tuleb vesiniku mahu viimiseks normaaltingimustele kasutada järgmist seost:
V0= (Püld – PH2O)*V*T0 / P0*T
Veeauru osarõhk sõltuvalt temperatuurist: 23oC=21,1mmHg
V0=741*7,8*273,15 / 760*(273,15+23)
V0=1578752,37 / 225074 = 7,0
Eemaldati katseklaas ja pesti ning loputati see hoolikalt destilleeritud veega. Büretid sätiti ühele kõrgusele ning kontrolliti, et vee nivoo oleks mõlemas büretis silma järgi ühel kõrgusel ja büreti keskel. Vajadusel tuli lisada või eemaldada büretist destilleeritud vett.
Katseklaas ühendati tihedalt korgiga. Seejärel tõsteti üks büretiharu teisest 15 cm kõrgemale ning jägiti paar minutit, kas vee nivoo püsib paigal. Kuna nivoo ei muutunud, võib öelda, et katseseade on hermeetiline ja katsega alustati. Büretid viidi taas ühele kõrgusele ja eemaldati katseklaas.
Võeti metallitükk, mis mähiti märja filterpaberi sisse. Mõõdeti väikese mõõtesilindriga 5,5 ml 10%-st soolhappelahust. Valati hape läbi lehtri katseklaasi nii, et katseklaasi ülaosa ei puutuks happega kokku.
Happega katseklaasi tuli hoida väikese nurga all, asetati metallitükk filterpaberiga katseklaasi seinale umbes 1 cm allapoole avaust. Suleti katseklaas hermeetiliselt nii nagu kontrolli ajal, kuid vältida tuli liigutusi, mis võiksid metallitüki happesse kukutada.
Bürette tuli liigutada üles-alla nii, et vee nivood mõlemas büretis oleksid ühes tasapinnas. Seejärel tuli märkida võimalikult täpselt üles ühe büreti näit(V1). Ja näidu lugemisel pidi olema silm samal tasapinnal vee nivooga, näit tuli võtta meniski kaare madalamalt kohalt.
V1=7,7 ml
Nüüd tuli katseklaasi järsult liigutades metallitükk kukutada happesse. Loksutada, et paber võimalikult rohkem avaneks ja jälgida, et vee nivoo püsiks enam-vähem paigal.
Lõpuks tuli bürette liigutada üles-alla nii, et vee nivood mõlemas oleksid silma järgi ühes tasapinnas ja lugeda samalt büretilt uus nivoo näit(V2).
V2=15,5 ml
Fikseeriti õhurõhk ja temperatuur laboris. Arvutati reaktsioonivõrrandit aluseks võttes eraldunud vesiniku mahu (V2 – V1) järgi katseks antud metallitüki mass.
V=V2 – V1 = 15,5 – 7,7 = 7,8 ml
*n= V0 / Vm = 7,0 / 22,4cm3/mol n=0,3125 mol
M(Mg) = 24 g/mol
n=m/M m=n*M = 0,3125*24 = 7,5 g
Kokkuvõte: Vastuste erinevused võisid tekkida mõne väikse vale mõõtmise või mitte õigetes tingimustes katsete tegemise tagajärjel. Põhjuseks võib olla ka valearvestus.
5