Определение относительной молекулярной массы кислорода

Оборудование, посуда, реактивы.

Техно-химические весы.

Газовая горелка.

Штатив с двумя держателями.

Ванночка.

Мерный цилиндр на 250 мл.

Пробирка с пробкой и газоотводной трубкой.

Стекловата.

Шпатель.

Стеклянная чашка.

Спички (зажигалка).

Термометр.

Барометр.

КМnО₄, кристаллический.

Относительную молекулярную массу (численно равную молярной массе) вещества, находящегося в газообразном состоянии, можно определить, используя следствие 2 из закона Авогадро. Для этого достаточно знать массу порции вещества m и соответствующий ей объём V₀(н. у.):

= .

Получение кислорода осуществляют по реакции разложения перманганата калия, протекающей по уравнению:

2КМnО₄= К₂МnО₄+ МnО₂+ О₂↑.

Порядок выполнения работы

1. Возьмите на техно-химических весах навеску КМnО₄массой 2,5-3,0 г и поместите её в сухую пробирку. В верхнюю часть пробирки вставьте тампон из стекловаты для улавливания мелких частиц, увлекаемых газом. Определите массу пробирки с веществом и тампоном с погрешностью 0,01 г (m₁).

2. Пробирку (не вынимая тампон из стекловаты) плотно закройте пробкой с газоотводной трубкой и закрепите держателем штатива в слегка наклонённом положении (рис. 1).

Рис. 1 . Прибор для получения кислорода:

1 - штатив; 2 – газовая горелка; 3 - пробирка с КМnО₄; 4 - тампон из стекловаты; 5 - газоотводная трубка; 6 - мерный цилиндр; 7 - ванночка.

3. Наполните мерный цилиндр доверху водой, закройте стеклянной пластинкой или ладонью и, перевернув вверх дном, опустите в ванночку с водой. Следите за тем, чтобы в цилиндр не попал воздух. Закрепите цилиндр держателем штатива и подведите под него газоотводную трубку.

4. Осторожно нагревая пробирку (водя малым пламенем вдоль пробирки), соберите выделяющийся газ в цилиндр. В случае появления в пробирке белого дыма ослабьте нагревание. Когда в цилиндре соберётся около 200 мл кислорода, прекратите нагрев пробирки, и тотчас же выньте из цилиндра конец газоотводной трубки.

5. Измерьте объём выделившегося кислорода в цилиндре () и с помощью линейки – расстояние от уровня воды в ванночке до уровня воды в цилиндре (высота оставшегося в цилиндре водяного столба Н). Из охлаждённой в течение 15 минут при комнатной температуре пробирки выньте пробку и взвесьте её, не удаляя вещества и тампон (m₂).

Температуру воздуха в лаборатории и атмосферное давление определите по термометру и барометру.

6. Данные внесите в табл. 1.

Таблица 1

Экспериментальные данные

Масса пробирки с КМnО4, г		Масса (О2), г	Объём О2 в цилиндре, мл	Темпера-тура, 0С	Давление, мм рт. ст.		Высота водяного столба, мм
до разложения	после разложения				атмосферное	водяных паров
m1	m2	m = m1 – m2		t	Ратм.	Рпар.	Н

Обработка результатов

1. Приведите к нормальным условиям, используя уравнение объединённого газового закона:

=

где Р₀ - нормальное атмосферное давление;

- объём кислорода при н. у.;

Т₀ – нормальная температура;

- парциальное давление кислорода в цилиндре (вычисляется отдельно);

- объём кислорода в цилиндре;

Т – температура воздуха в лаборатории.

2. Парциальное давление кислорода в цилиндре рассчитайте, исходя из равновесия, описываемого уравнением:

= ++,

где - атмосферное давление;

- давление водяных паров при данной температуре (табл. 2);

- давление столба воды (вычисляется отдельно).

3. Вычислите давление столба воды (), которое равно частному от деления высоты столба воды в цилиндре (Н) на плотность ртути:

= .

Таблица 2

Давление насыщенного водяного пара при разных температурах

t, 0С	Р, мм рт. ст.	Р, Па	t, 0С	Р, мм рт. ст.	Р, Па
1	4,93	657,2	16	13,64	1818,2
2	5,29	705,2	17	14,53	1936,8
3	5,69	758,5	18	15,48	2063,5
4	6,10	813,1	19	16,48	2196,8
5	6,54	871,8	20	17,54	2338,1
6	7,01	934,4	21	18,66	2487,4
7	7,51	1001,1	22	19,83	2643,3
8	8,05	1073,1	23	21,07	2808,6
9	8,61	1147,7	24	22,38	2983,2
10	9,21	1227,7	25	23,76	3167,2
11	9,85	1313,0	26	25,22	3361,8
12	10,52	1402,3	27	26,75	3565,8
13	11,23	1497,0	28	28,36	3780,4
14	11,99	1598,3	29	30,05	4005,7
15	12,79	1704,9	30	31,83	4243,0

4. Используя величину , вычислите экспериментальное значение молярной массы кислорода по уравнению:

= .

5. Определите абсолютную и относительную погрешности по формулам:

Δ_абс. = |–|;

Δ_отн. = · 100 %.

Лабораторная работа № 2