Определение молярной массы углекислого газа

Равные объемы газов, взятых при одинаковой температуре и одинаковом давлении, содержат равное число молекул (закон Авогадро). Отсюда следует, что массы равных объемов двух газов относятся друг к другу, как их молекулярные или численно им равные молярные массы:

M1/m2= M1/M 2

где m₁ и m₂ – массы газов; M₁ и M₂ – молярные массы этих газов.

Отношение массы данного газа к массе того же объема другого газа, взятого при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Например, масса одного литра диоксида углерода равна 1,98 г, а масса одного литра водорода при тех же условиях составляет 0,09 г, следовательно, плотность CO₂ по водороду равна:

1,98 : 0,09 = 22

Обозначим относительную плотность газа буквой D. Тогда

D=M1/m2= M1/M 2, откуда М₁ = D·М2,

то есть молярная масса газа равна его плотности по отношению ко второму газу, умноженному на молярную массу второго газа.

Часто плотность газов определяют по отношению к самому лёгкому газу – водороду. Молярная масса водорода равна 2 г/моль, поэтому уравнение для расчета молярных масс газов имеет вид

М = 2^.DH₂

Молярную массу газа вычисляют, исходя из его плотности по воздуху принимая среднюю молекулярную массу равной 29 г/моль. В этом случае уравнение для расчета молярных масс газов имеет вид

М = 29^.Dвозд.

Молярную массу газа можно определить также через молярный объем, равный 22,4 л/моль. Для этого находят объем, занимаемый при нормальных условиях определенной массой газообразного вещества, а затем вычисляют массу 22,4 л этого вещества. Полученная величина является его молярной массой. Измерения объемов газов обычно проводят при условиях, отличающихся от нормальных. Для приведения объема газа к нормальным условиям (н.у.) используется уравнение Клапейрона:

PV/T=P0V0/T0,

где V – объем газа при давлении P и температуре T; V₀ – объем газа при нормальном давлении P₀ (101325 Па) и температуре T₀ (273 К).

Молярную массу газа можно также вычислить по уравнению состояния идеального газа (уравнению Клапейрона–Менделеева)

PV=mMRT

где P – давление газа (Па); V – его объем (м³); m – масса (г); M – молярная масса (г/моль); T – температура (К); R = 8,31 Дж/(моль·К) – молярная газовая постоянная.

Колбу закрыть пробкой и отметить чертой уровень, до которого пробка вошла в горло колбы. Взвесить на технохимических весах колбу с пробкой с точностью до 0,02 г (m₁). Наполнить колбу диоксидом углерода из аппарата Киппа. Газ следует пропускать в колбу медленно, так, чтобы можно было считать пузырьки в промывных склянках. Через 5 мин, не закрывая кран у аппарата Киппа, медленно вынуть газоотводную трубку из колбы и тотчас закрыть колбу пробкой; после этого закрыть кран. Взвесить колбу с диоксидом углерода на тех же весах и с той же точностью, что и колбу с воздухом (m₂). Измерить рабочий объем колбы V₁, для чего наполнить колбу дистиллированной водой до черты на шейке колбы и замерить объем воды, вылив её в мерный цилиндр. Записать значения атмосферного давления и температуры, при которых проводится опыт, а также уравнение получения углекислого газа при взаимодействии мрамора с соляной кислотой. Вычислить объем газа V₀ при н. у. по уравнению Клапейрона. Вычислить массу воздуха (m₃) в объеме колбы, учитывая, что при 0 °C и 101,3 кПа масса одного литра воздуха равна 1,293 г. Найти массу пустой (без воздуха) колбы с пробкой:

m₄ = m₁ – m₃

Найти массу диоксида углерода в объеме колбы m₅ = m₂ – m₄

Определить относительную плотность CО₂ по воздуху:

Dвозд. = m5/m3

Вычислить молярную массу CO₂ тремя способами:

а) по воздуху:

МCО₂ = 29·Dвозд.

б) по закону Авогадро: МCО₂ =22,4·m5/V0

в) по уравнению Клапейрона–Менделеева:

МCО₂₌ P·V·m5/R·T

Вычислить среднее значение молярной массы углекислого газа с точностью до одного знака после запятой.

Определить погрешность опыта, сравнивая среднее опытное значение с теоретической величиной (44,0 г/моль), и оформить отчёт.

Вопросы и задачи

1. Во сколько раз углекислый газ тяжелее воздуха?

2. В аппарате Киппа для получения СО₂ из мрамора используется соляная кислота. Почему нельзя использовать более дешевую серную кислоту?

3. При постоянном давлении и температуре масса одного литра водорода равна 0,082 г, а одного литра воды – 1 кг. Возможно ли определение плотности воды по водороду? Если невозможно, то почему?

4. Масса одного литра газа равна 2,86 г. Определите его молярную массу.

5. Плотность газа 1,96 г/л. Определите его молярную массу.

6. Установите формулу газообразного вещества, содержащего углерод (81,82 %) и водород (остальное), масса одного литра которого при нормальных условиях равна 2,6 г.

7. При давлении 2*10² Па объем газа равен 2 дм³. Определить, при каком давлении объем газа будет равен 1 м³, если температура остается постоянной.

8. В сосуде емкостью 2 л содержится 10 г кислорода при 0 °С. Под каким давле­нием находится кислород, если ( при н.у.) плотность его равна 1,43 г/л?

9. В промывных башнях газ охлаждается с 35⁰ до 35 °С. Какой объем будут занимать 100 м³ газа после промывания, если давление остается постоянным?

10. Плотность воздуха (при н.у.) равна 1,29 г/л. При какой температуре плот­ность его будет равна 1,1 г/л, если давление постоянное?

11. Открытый сосуд нагревается при постоянном давлении от 17° до 307 °С. Какая часть воздуха (по массе), находящегося в сосуде, при этом вытесняется?

12. 20 л азота, находящегося при 17 °С и давлении 120 кПа, требуется сжать до объема 5 л. Вычислить конечное давление азота, если температура его после сжатия повысилась до 30 °С.

13. 30 л водорода собраны над водой при 18 °С и давлении 90 кПа. Какой объем (при н.у.) займет это же количество сухого водорода? Давление водяного пара при этой температуре равно 2061 Па.

14. Определить массу 3 л азота при 15 °С и давлении 90 кПа. Плотность азота (при н.у.) равна 1,25 г/л.

15. Какой объем займет 1 моль идеального газа при 20 °С и давлении 152 кПа?

16. Определить плотность озона (при н.у.).

17. Какой объем (при н.у.) занимают 2 кг оксида углерода (IV)?

18. Вычислить в граммах массу молекулы кислорода.

19. Масса 800 мл газа (при н.у.) равна 1 г. Найти относительную молекулярную массу этого газа.

20. При 17 °С в стальном баллоне находится 8,2 кг кислорода под давлением 1,52*10^-2 кПа. Сколько литров сжатого кислорода содержится в баллоне? Сколько литров газа (при н.у.) можно получить из баллона?

21. На сколько больше (по массе) может вместиться азота в газгольдер ем­костью 2500 м³ зимой при —30 °С по сравнению с летним периодом при t 27 °С, если давление в нем равно 120 кПа?

22. При какой температуре 1,5 г кислорода займут объем, равный 900 мл, если давление равно 122 кПа?

23. Масса 982,2 мл газа при 100 °С и давлении 986 Па равна 10 г. Определить молярную массу газа.

24. Какой объем займут 2*10²³ молекул хлора при 27 °С и давлении 80 кПа?

25. Определить число молей газа, содержащихся в 5000 л, при 300 °С и давлении 154 кПа.

Методический инструментарий преподавателя:

-активные формы: фронтальный опрос.

Средства контроля: Тест, задания и задачи (см. фонд оценочных средств)

Содержание внеаудиторной работы бакалавра при подготовке к занятию

1. Владеть содержанием вопросов (по лекции).

2. Законспектировать вопосы: Представление о строении атома в свете современных работ квантовой физики.

3. Подготовиться к диагностической самостоятельной работе в форме опроса и теста

4. Изучить термины по данной теме

5. Темы рефератов:

Лантаноиды и актиноиды- редкоземельные элементы. Элементы побочной подгруппы III группы.

Новые элементы в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

Литература

Основная литература

1. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 2007. - 559 с. (Библиотека УлГПУ).

2. Князев Д.А., Смарыгин С.Н. Неорганическая химия: учебник для вузов. – М.: Дрофа, 2005. – 594 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/38247).

Дополнительная литература

1. Кузьменко Н.Е.  Сборник задач и упражнений по химии. - М.: Экзамен, 2002. – 542 с. (Библиотека УлГПУ)

2. Глинка Н.Л.   Общая химия: учеб. пособие для нехим. специальностей вузов. - М.: Интеграл-Пресс, 2007. - 727 с. (Библиотека УлГПУ)

3. Лидин Р.А. Химия. Полный сборник задач: для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: Дрофа, 2007 - 610 с. (Электронный ресурс. – Режим доступа: http://www.knigafund.ru/books/38248).

Практическое занятие № 5 Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева. Связь положения элемента в периодической системе с электронным строением его атома. Особенности электронных конфигураций атомов элементов главных и побочных подгрупп. Связь свойств элементов с их положением в периодической системе. Энергия ионизации. Сродство к электрону. Электроотрицательность. Основные характеристики химической связи: длина, энергия, направленность. Валентный угол. Метод ВС и Метод молекулярных орбиталей (ММО) ( 2 часа).

Цели

1. Готовность к поиску, созданию распространению, применению новшеств и творчества в образовательном процессе для решения профессионально-педагогических задач (ПК-13).

2. Формирование представлений о пространственнной структуре молекул