Робота 3 Визначення молярної маси карбон (IV) оксиду.

Мета роботи – ознайомлення студентів з методами визначення молярних мас газів.

Теоретична частина.

Молярна маса – це маса одного моля речовини.

Моль - це кількість речовини, в якій міститься стільки молекул, атомів, йонів, електронів, або інших структурних одиниць, скільки атомів міститься у 0,012 кг ізотопу ¹²С.

Молекулярна маса речовини (Мr) – це число, яке показує у скільки разів маса молекули даної речовини більша ¹/₁₂ маси атома ізотопу ¹²С.

Моль будь-якої речовини в газовому стані або у вигляді пари за нормальних умов (р=101,3 кПа або 760 мм.рт.ст.; Т=273К або 0⁰С) займає об'єм 22,4 л. Цей об'єм називається молярним об'ємом газу (Vm). Для приведення об'єму газу до нормальних умов користуються газовим законом Бойля-Маріотта і Гей-Люссака.

Вираз для одного моля будь-якого газу є стала величина. Ця стала величина називається універсальною газовою константою і позначається R. Її числове значення і розмірність залежать від вибору одиниць при підрахунку. Підставляючи газову константу у приведене рівняння, одержують рівняння Менделєєва-Клапейрона:

PV = RT – для одного моля газу

PV = nRT – для n молів газу

або – загальний вигляд рівняння Менделєєва-Клапейрона,

де P – тиск, Па

V – об'єм, м³

m – маса газу, кг

M – молярна маса, кг/моль

R – 8,314 Дж/моль · К

T – температура, К.

Існує три методи обчислення молярних мас газів.

1. За допомогою рівняння Менделєєва-Клапейрона, якщо відома маса газу і всі умови його існування: тиск, об'єм і температура.

2. За законом Авогадро.

Знаючи об'єм газу при будь-яких тиску і температурі, можна вирахувати об'єм V₀ за нормальних умов, а потім вирахувати молярну масу, використавши для цього молярний об'єм V_m газу і склавши відповідну пропорцію.

3. За допомогою відносної густини газу

Якщо відома абсолютна густина газу ρ, тобто маса 1л його за нормальних умов, то величину молярної, а значить і молекулярної маси можна визначити за формулою:

M=22,4 · ρ (г/моль); Mr = M(по числу);

Відносною густиною першого газу за другим (позначається буквою ) називають відношення густини цих газів:

де ρ_х – густина першого газу;

ρ_у – густина другого газу.

Це відношення можна замінити відношенням мас газів, які містяться в однакових об’ємах при однаковій температурі:

де m_x – маса першого газу;

m_у – маса другого газу;

В однакових об'ємах газів за однакових умов міститься однакове число молекул, а значить, і молів газів. Відношення мас однакових об'ємів газів дорівнює відношенню їхніх молярних мас:

де M_x – молярна маса першого газу;

M_у – молярна маса другого газу;

З останнього відношення виходить:

Молярна маса газу дорівнює його густині по відношенню до іншого газу, помноженій на молярну масу останнього.

Молярна маса є важливою константою чистої речовини.

Експериментальна частина.

Карбон (IV) оксид добувають в апараті Кіппа (рис. 8) дією на мармур соляною кислотою. Для промивання і осушування газ пропускають через промивні склянки з розчином натрій гідрогенкарбонату і концентрованої сульфатної кислоти.

С уху колбу закрийте корком і склографом, відмітьте на шийці колби рівень, до якого доходить корок, на технохімічних вагах зважте з точністю до 0,01 г суху колбу з повітрям, закрийте коркам до позначки (m₁). Опустіть в колбу до дна газовідвідну трубку та відкривши кран апарату Кіппа повільно пропускайте CO₂ протягом 7-8 хв. Закрийте колбу корком до позначки і зважте її (m₂). Знову пропустіть CO₂ протягом 3-4 хв., а потім зважте (m₃). Якщо результати цих двох зважувань однакові або відрізняються не більш ніж на 0,01 г, то наповнення колби слід вважити закінченим. В іншому випадку повторіть наповнення і досягніть сталого результату зважування.

Визначте температуру по кімнатному термометру і тиск – по барометру. Для визначення об’єму газу необхідно налити в колбу до позначки воду кімнатної температури, потім перелити її в мірний циліндр і виміряти об'єм води. Об'єм води дорівнює об'єму газу.

Результати досліджень запишіть в табл. 2

Таблиця 2

Маса колби з повітрям і корком, г	Маса колби з CO2 і корком, г	Об'єм газу, мл	Температура, оС	Тиск p, кПа
m1 =	m1 = M2 =	V =	toC =