25

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МОРСЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. АДМІРАЛА МАКАРОВА

Методичні вказівки

для підготовки до лабораторних робіт

з курсу хімії

Частина 1

Миколаїв 2000

УДК 041

Методичні вказівки для підготовки до лабораторних робіт з курсу хімії.

Частина 1./Камінська Є.Г., Кельїна С.Ю.  Миколаїв: УДМТУ, 2000 – 48 с.

Кафедра хімії

Ці вказівки містять короткі довідки, необхідні для виконання лабораторних робіт. Окрім того, розібрані методи розв’язку задач з відповідних тем та запропоновані вправи і задачі для самостійної підготовки та самоконтролю знань.

Вказівки призначені для студентів всіх спеціальностей.

Спис.літ. – 5 назв.

Рецензент к.т.н., доц. Матвієнко В.М..

 Український державний морський технічний

університет, 2000

Лабораторна робота № 1 газові закони і методи визначення молярної маси речовини

Багато хімічних процесів відбуваються в газовій фазі, тому більшість методів визначення молярних мас сполук засновані на використанні газових законів.

Моль – кількість речовини, яка містить стільки атомів, молекул, іонів, електронів або інших структурних одиниць, скільки атомів міститься в 12 г ізотопу ¹²C. Число структурних одиниць, яке міститься в 1 молі речовини (стала Авогадро), дорівнює 6,02^.10²³ моль^-1.

Масу 1 моля речовини називають молярною або мольною масою; вона виражається в г/моль і чисельно дорівнює відносній молекулярній або атомній масі речовини. Кількість молей  розраховується за формулою  = m/M, де m  маса речовини, М  молярна маса. Наприклад, в 1 молі речовини кисню O₂ і елемента Оксигену міститься одна і та ж кількість структурних одиниць – в першому випадку 6,02^.10²³ молекул O₂ , в другому  6,02^.10²³ атомів O. Але мольна маса O₂ дорівнює 32 г/моль, а маса 1 моля атомів O  16 г/моль. Наведемо ще приклади: 2 моля CaSO₄ містять 2^.6,02^.10²³ молекул, їх маса  m (CaSO₄) = 2^.136 = 272 г; 2 моля атомів S містять 2^.6,02^.10²³ атомів і мають масу 64 г.

Стан газу характеризується його тиском, температурою і об’ємом. Зв’язок між ними встановлюють закони ідеальних газів.

Закон Бойля – Маріотта: PV = const (m = const, T = const).

Закон Гей-Люсака – Шарля: V/T = const (m = const, P = const).

Закон Гей -Люссака: P/T = const (m = const, V = const).

Закон Дальтона: при однаковій температурі компонентів газової суміші загальний тиск газової суміші (Р) дорівнює сумі парціальних тисків окремих газів (р_і): Р =р₁+р₂+ … .

Закон Авогадро: в рівних об’ємах різних газів за однакових умов (тиску і температурі) міститься однакова кількість молекул.

Закон Авогадро має два наслідки:

1. Молярна маса газу або пари дорівнює добутку відносної густини даного газу за іншим та молярної маси іншого газу. Відносною густиною першого газу за другим (D₂) називається відношення мас однакових об’ємів першого газу і другого газу за однакових умов, тобто

D₂ = m₁/m₂ = nМ₁/ nМ₂ = M₁/M₂; M₁ = D₂^. M₂.

Найчастіше відносна густина визначається за воднем або за повітрям:

М₁ =D_Н2^. М(Н₂) = 2D_Н2; М₁ = D_пов^. M(пов) = 29D_пов; ( М(пов) = 29 г/моль).

2. Один моль будь-якого газу за нормальних умов займає об’єм 22,416 л. Цей об’єм називають молярним об’ємом газу.

Нормальні умови ( ^о ) – це Т= 273 К, Р = 101325 Па.

Параметри стану газу Р, V, Т пов’язані з його масою m і молярною масою М рівнянням стану ідеального газу Менделєєва  Клапейрона:

РV = (m/M) ^. RT ,

де R  універсальна газова стала, яка визначається для 1 моля газу з виразу :

R = (PV)/T

В залежності від використаних одиниць R має різні чисельні значення:

R = 8,31 Дж/(моль^.К) (Система Інтернаціональна  СІ) = 0,0821 л ^. атм/(моль^.К) = 62360 мл ^. мм рт.ст./(моль^. К) = 1,987 кал/(моль^. К).

Молярну масу газоподібних речовин можна визначити наступними способами:

а) Визначення молярної маси за відносною густиною.

Приклад 1. Визначити молярну масу газу, якщо 1,5 г цього газу за однакових Р і Т займають той самий об’єм, що й 0,1 г водню.

Розв’язок:

1. D_Н2  ? D_Н2 = m (газ)/m(H₂) = 1,5/0,1 = 15.

2. М (газ) ? Використовуючи наслідок з закону Авогадро, запишемо:

М (газ) = 2 D_Н2 = 2^.15 = 30 г/моль.

Відповідь: молярна маса газу дорівнює 30 г/моль.

Приклад 2. Визначити густину за воднем газової суміші, яка складається з 50 % кисню та 50 % водню за об’ємом.

Розв’язок:

1. М(суміші)  ?

Об’ємна доля дорівнює мольній долі, тому молярну масу суміші можна розрахувати за формулою:

М(суміші) = М₁N₁ + М₂N₂ = М(О₂)^.N(О₂) + М(Н₂) ^.N(Н₂), де N(H₂) i N(O₂)- мольні долі газів у суміші; М(суміші) = 32^.0,5 + 2^.0,5 =17(г/моль).

2. D _Н2  ?

D_Н2 =М(суміші)/М(Н₂) =17/2 = 8,5

Відповідь: густина суміші за воднем дорівнює 8,5.

б) Визначення молярної маси за мольним об’ємом.

Приклад 3. Визначити молярну масу газу, якщо маса 600 мл його дорівнює 1,714 г за н.у.

Розв’язок:

1. М(газ)  ? Використовуючи наслідок з закону Авогадро, складаємо пропорцію:

1,714 г газу займають 600 мл;

х г газу займають 22400 мл;

х = (22400 ^. 1,714)/600 = 63,9 г

Оскільки 22400 мл це – мольний об’єм газу, М(газ) = 63,9 г/моль.

Відповідь: М(газ) = 63,9 г/моль

в) Визначення молярної маси газу за законом Менделєєва  Клапейрона.

Приклад 4. Визначити молярну масу бензолу, якщо маса 600 мл його пари при 87С і тиску 83,2 кПа дорівнює 1,30 г.

Розв’язок:

Виразимо всі дані в одиницях СІ:

Р = 8,32 104 Па; Т = 273 + 87 = 300К; V = 6 10^-4 м³; m = 1,3 10^-3 кг.

1. М(С₆Н₆)  ?

Використовуємо закон Менделєєва  Клапейрона: РV = (m/M)^.RT, звідки

Відповідь: молярна маса бензолу дорівнює 78 г/моль.