Практическая часть

Цель работы: Определить молекулярную массу углекислого газа, определить молярную массу эквивалента цинка, магния или алюминия (по указанию преподавателя).

Оборудование и материалы: весы; аппарат Киппа; склянки Дрекселя; колба плоскодонная вместимостью 1л с пробкой; цилиндры емкостью 500 и 1000 мл; воронки стеклянные; установка для определения М_э; сушильный шкаф; бюксы.

Реактивы: мрамор; конц. серная кислота; 1-2 н. раствор соляной кислоты; вода дист., цинк мет.; магний мет.; алюминий мет.; растворы соляной кислоты (5%-ный, 15%-ный; 1 М).

Ход работы

Опыт 1. Определение молекулярной массы углекислого газа

Определение молекулярной массы углекислого газа производится при помощи установки, изображенной на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Установка для определения молекулярного веса углекислого газа:

1- аппарат Киппа; 2 – склянки Дрекселя

Углекислый газ, полученный при действии соляной кислоты на мрамор, из аппарата Киппа проходит через промывные склянки, наполненные водой и серной кислотой. В первой склянке он освобождается от хлористого водорода (из аппарата Киппа), во второй - высушивается. Очищенным и сухим газом наполняют колбу, которую затем взвешивают. Зная вес газа, его объем, температуру и давление, можно вычислить его молекулярную массу. Определение проводят следующим образом:

1. Взвесить колбу, закрытую резиновой пробкой; положение нижнего края пробки отметить специальным карандашом для надписей по стеклу.

2. Заполнить колбу углекислым газом для чего, трубку прибора опустить в колбу до дна, открыть кран аппарата Киппа и пропускать газ в колбу в течение 6 - 8 мин. Для постепенного заполнения колбы газом и его достаточной очистки необходимо установить такую скорость прохождения газа через промывные склянки, при которой можно считать пузырьки. Если газ будет поступать в колбу сильной струей, то это не только ухудшит очистку СО₂ от примесей, но и вызовет образование завихрений, в результате чего не будет происходить полного вытеснения воздуха.

3. После наполнения колбы СО₂ ее закрыть пробкой до метки и взвесить.

4. Чтобы быть уверенным в том, что колба заполнена углекислым газом, еще раз в течение 5 мин пропускать газ в колбу. Затем ее снова взвесить. Если результаты двух взвешиваний колбы с углекислым газом одинаковы, то наполнение и взвешивание прекратить. Если же наблюдается различие в массе, то указанную операцию повторить до получения постоянной массы.

5. Записать показания барометра и термометра, находящихся в лаборатории.

6. Определить объем углекислого газа при данных условиях; для этого в колбу налить воду до черты, отмеченной на горле колбы, и затем измерить объем воды цилиндром. Объем воды равен объему углекислого газа.

Вычисление молекулярной массы

l. Вычислить массу воздуха в объеме колбы, исходя из того, что его молярная масса равна 29 г/моль. Вычисления можно провести одним из способов а) или б).

а) Привести объем углекислого газа к нормальным условиям с помощью формулы объединенного закона Бойля — Мариотта и Гей-Люссака:

,

где p_о – 760 мм. рт. ст (101,3 кПа).; V₀- объем углекислого газа при нормальных условиях; T₀ – 273^oK;

V – объем СО₂ при данных условиях; p – атмосферное давление по барометру в мм. рт. ст. или кПа; T – абсолютная температура, равная 273^о + t^oC.

Рассчитать число моль воздуха и его массу.

б) воспользоваться уравнением Менделеева-Клапейрона:

m_в = 29 pV/RT

Эта величина является поправкой к результату взвешивания СО₂, поскольку, согласно закону Архимеда, тело, находящееся в какой-либо среде, теряет в своем весе столько, сколько весит вытесненная им среда.

2. Вычислить истинную массу СО₂ в объеме колбы; для этого к разности масс колбы с СО₂ и пустой колбы нужно прибавить найденную в предыдущем пункте массу воздуха.

3. По отношению масс определить плотность углекислого газа по воздуху и найти молекулярную массу углекислого газа.

4. Вычислить молекулярную массу СО₂ по уравнению Менделеева-Клапейрона.

5. Найденную экспериментально молекулярную массу углекислого газа M_эксп сравнить с расчетной величиной M_теор. и вычислить абсолютную ошибку ∆М и относительную ошибку ε (%) опыта:

ε = (∆m/m + ∆T/T +∆p/p +∆V/V) _* 100%