Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine. (0)

Eksperimentaalne töö 1
Süsinikdioksiidi molaarmassi määramine.
Töö eesmärk
Gaaside saamine laboratooriumis, seosed gaasiliste ainete mahu, temperatuuri ja rõhu vahel, gaasiliste ainete molaarmassi leidmine.
Kasutatavad ained
Süsihappegaas (CO₂)
Töövahendid
Kippi aparaat või CO2 balloon , 300 ml korgiga varustatud seisukolb, tehnilised kaalud, 250 ml mõõtesilinder, termomeeter , baromeeter .
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 (1,0 atm; 760 mm Hg)
Avogadro seadus. Kõikide gaaside võrdsed ruumalad sisaldavad
ühesugusel temperatuuril ja rõhul võrdse arvu molekule (või väärisgaaside
korral aatomeid).
Ideaalgaaside võrrandites tuleb kasutada temperatuuriühikuna kelvinit,
mitte aga Celsiuse kraade.
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
Kombineerdes saab
V°=
kus V° on gaasi maht normaal - või standardtingimustel, P° normaal- või standardtingimustele vastav rõhk , T° normaal- ja standardtingimustele vastav temperatuur kelvinites, P ja T aga rõhk ja temperatuur, mille juures maht V on antud või mõõdetud.
Ühe mooli gaasilise aine korral
=const=R, kus R – universaalne gaasikonstant
n mooli gaasi kohta kehtib seos
P V = n R T (Clayperoni võrrand)
Daltoni seadus. Keemiliselt inaktiivsete gaaside segu üldrõhk võrdub segu moodustavate gaaside osarõhkude summaga . Osarõhk on rõhk, mida avaldaks gaas , kui teisi gaase segus poleks.
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
D==
Suhtelist tihedust väljendatakse tavaliselt õhu suhtes (õhu keskmine molaarmass , arvestades lämmastiku ja hapniku massivahekorda õhus on 28,96 ≈ 29,0 g/mol) või vesiniku (MH₂ = 2,0 g/mol) suhtes
Dõhk=
Gaasi absoluutne tihedus normaaltingimustel ehk 1 kuupdetsimeetri gaasi mass normaaltingimustel
ρ°=g/dmᶾ
Kasutatud uurimis - ja analüüsimeetodid ja metoodikad
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 veeelkord. 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 = 124,09 g
mass m2 (kolb + kork + CO2 kolvis) m2 = 124,26 g
V = 320 ml
T=273,15 K
P=100300 Pa
P⁰=101325 Pa
P⁰õhk= 29/22,41,29 g/dm
T⁰=273 K
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs
Arvutada, milline oleks õhu (CO2) maht kolvis normaaltingimustel ). Kasutades gaaside tiheduse valemit ja teades õhu keskmist molaarmassi, leida õhu tihedus normaaltingimustel ning selle kaudu õhu mass kolvis.
V°=
V°==295,14 ml= 0,295 l
mõhk = ρ°õhk ⋅V°0
mõhk=1,29*0,295=0,381 g
Arvutada kolvi ning korgi mass (m₃)
m₃=m₁-mõhk
m₃=124,09-0,381=123,71 g
mCO₂=m₂-m₃
mCO₂=124,26-123,71=0,55 g
Leitud süsinikdioksiidi ning õhu massidest mCO2 ja mõhk arvutada
süsinikdioksiidi suhteline tihedus (D) õhu suhtes ning selle kaudu süsinikdioksiidi molaarmass MCO2
D==
D==1,45
Mgaas=Dõhk*29
MCO₂=1,45*29=42,1 g/mol
Arvutada katse süstemaatiline viga, lähtudes CO2 tegelikust molaarmassist 44,0 g/mol ja katseliselt määratud molaarmassist MCO2.
∆=MCO₂-44,0g/mol
∆=42,1-44,0=-1,95 g/mol
Suhteline viga
∆%=
∆%==4,4%
Mollide aru kaudu:
n===0,0132 mol
M===41,7 g/mol
Kokkuvõte või järeldused
Gaasiliste ainete molaarmass teoreetiliselt erinev katselisest tulemusest.
Vea põhjuseks võib olla mõõtmiste ebatäpsus ja arvutlus.
Eksperimentaalne 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.
Kasutatavad ained
10%-ne soolhappelahus, 5,0...10,0 mg metallitükk (Mg või Al).
Töövahendid
Seade gaasi mahu mõõtmiseks, väike mõõtesilinder, filterpaber,
termomeeter, baromeeter.
Sissejuhatus
Katseseadeldis koosneb kahest kummivoolikuga ühendatud büretist, mis on täidetud veega. Üks bürett on ühendatud katseklaasiga, milles metall reageerib happega .
Kasutatud uurimis – ja analüüsimeetodid ning mettodikat.
Katses leitakse magneesiumi või alumiiniumi mass reaktsioonis soolhappega eralduva vesiniku mahu põhjal
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Selles katses kogutakse eralduv vesinik vee kohale, mistõttu vesinik sisaldab ka veeauru ja vastavalt Daltoni seadusele
Püld = pH₂ + pH₂ millest
pH₂ = Püld – pH₂O
Püld – gaasisegu rõhk süsteemis (büretis), mis võrdub õhurõhuga mõõtmishetkel tuleb vesiniku mahu viimiseks normaaltingimustele kasutada järgmist seost
V⁰= (Püld - PH₂O) * V * T⁰
Katse ettevalmistus
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 atseklaas 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
Võta metallitükk. Metallitükk on keeratud paberisse. Võtta see sealt välja ning mähkida ärja 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 mbes 1 cm allapoole avaust. Sulgeda katseklaas hermeetiliselt nii nagu kontrolli ajal, kuid ältida 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. 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 vaneks ja jälgida, kuidas reaktsioon algab ning vee nivoo bürettides muutub. Kui reaktsioon on õppenud ja nivood enam ei muutu, lasta eraldunud vesinikul 2...3 minutit jahtuda, jälgides, et vee nivoo püsiks enam-vähempaigal. 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.
Fikseerida õhurõhk ja temperatuur laboris.
Katseandmed
Vee nivoo büretil enne reaktsiooni V1 = 11,7
Vee nivoo peale reaktsiooni V2 = 5,4
Eraldunud vesiniku maht V = | V2 – V1 | = 6,3
Püld = 100200 Pa
Temperatuur T = 293,15 K
pH₂O = 17,5 mm/Hg=2333,14 Pa
P⁰=101325 Pa
T⁰=273 K
Katseandmete töötlus ja tulemuste analüüs
Püld – gaasisegu rõhk süsteemis (büretis), mis võrdub õhurõhuga mõõtmishetkel.
V⁰=
V⁰==5,9 cmᶾ
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
n=
m=N*M
nmg===0,00026 mol
mmg=0,00026*24,31=0,0064=6,4 g
Kokkuvõtte või järeldused
Magneesiumitüki kaal oli teoreetiliselt umbes sama nagu oli uuritud katse käigus.
Vea põhjuseks võib olla mõõtmiste ebatäpsused, millised oli tehtud silma järgi.