Газовые законы и расчет молярных масс газообразных веществ

1. Уравнение Бойля-Мариотта и Гей-Люссака

;

где V – объем газа, измеренный при реальных условиях, т.е. при атмосферном давлении Р и температуре Т; V₀ – объем газа при нормальном давлении Р₀ и температуре Т₀. Используют для приведения объема к нормальным условиям.

2. Закон Авогадро: в равных объемах разных газов при одинаковом давлении и температуре содержится одинаковое число молекул. В одном моле содержится 6,022·10²³ молекул (число Авогадро).

При нормальных условиях (T= 273К, p = 101,325 кПа или 760 мм рт.ст.) моль любого газа занимает объем 22,4 л. Теперь несложно рассчитать молярные объемы эквивалентов наиболее распространенных в реакциях газов Н₂ и О₂. Один моль Н₂ (2г) занимает объем 22,4 л, а один эквивалент Н₂(1г) – V л, следовательно, Vэ(Н₂) = 11,2 л/моль. Аналогичным образом рассчитывается Vэ(О₂) = 5,6 л/моль.

3. Молярную массу газа можно вычислить, пользуясь уравнением Клапейрона - Менделеева

, или ,

где Р – давление, кПа; V – объем, л; m- масса, г; М – молярная масса, г/моль; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль ^. К); Т – абсолютная температура, К.

4. Из закона Авогадро следует, что при одном и том же давлении и температуре массы равных объемов газов относятся как их молярные массы

, или D =

где D = m₁/m₂ -относительная плотность D первого газа по второму,

m₁ – масса первого газа, m₂ – масса второго газа.

5. Закон Дальтона (закон парциальных давлений).

Парциальным давлением (p^o) газа в смеси называется давление, которое производил бы этот газ, занимая при тех же физических условиях объем всей газовой смеси.

Согласно закону: общее давление смеси газов, не вступающих друг с другом в химическое взаимодействие, равно сумме парциальных давлений газов, составляющих смесь.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

Оборудование: эвдиометр, штатив, колба, соединительные трубки, кристаллизатор, термометр, барометр, соляная кислота (HCl 1:2), таблетка цинка.

Метод основан на измерении объема водорода, который выделяется из кислоты при действии на нее металла.

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

ХОД РАБОТЫ:

1. Собрать установку так, как показано на рисунке 1. Для этого:

• в кристаллизатор налить 1/2 объема воды;

• заполнить водой эвдиометр и установить его в штативе так, чтобы в него не попадал воздух;

Налить в реакционную колбу 10-15 мл соляной кислоты.

Взвесить кусочек цинка и положить на горлышко колбы, колбу закрыть пробкой с газоотводной трубкой, проверить герметичность системы, а затем колбу поставить в вертикальное положение, чтобы цинк упал в кислоту.

После полного растворения цинка в кислоте, измерить объем выделившегося водорода.

Рис. 1. Газометрический прибор: 1 – эвдиометр, заполненный водой; 2 -штатив; 3 – кристаллизатор с водой; 4 – реакционная колба; 5 – соединительная трубка; 6 – раствор соляной кислоты; 7 – цинк.

ОФОРМЛЕНИЕ РАБОТЫ:

1. Зарисовать установку для определения молярной массы эквивалента цинка.

2. Написать уравнение реакции.

3. Записать экспериментальные данные:

• m _(Zn) – масса цинка, г;

• V – объем выделившегося водорода, дм³;

• t ^oC – комнатная температура, С;

• Т – комнатная температура, К;

• P – атмосферное давление по барометру в лаборатории, кПа;

• р- давление насыщенного водяного пара при данной комнатной температуре (определить по таблице 1);

• = P - р - давление водорода в эвдиометре, при данной комнатной температуре.

• Гидростатическим давлением водного столба пренебрегаем.

Таблица 1