ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА Данная работа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА
Данная работа обсуждалась на 10 – й областной научной конференции
школьников «Математическое и физическое моделирование задач
естествознания» в ТГУ 1-2 ноября 2007 года
Содержание
Введение
1. Описание способов определения молекулярной
массы газообразных веществ
2 Опытно-экспериментальная работа
Заключение
Список литературы
Введение
При вычислениях на уроках химии мы всегда пользуемся значениями
относительных атомных и молекулярных масс. Значения берем из таблицы
Д.И.Менделеева.
Мы решили экспериментально определить молекулярные массы
некоторых газообразных веществ.
Отсюда возникает проблема исследования: как и насколько точно можно
экспериментально установить молекулярные массы газообразных веществ в
условиях школьной лаборатории.
Предмет исследования: газообразные вещества.
Объект исследования: молекулярные массы.
Гипотеза исследования заключается в том, что с точностью до 80 %
можно установить молекулярную массу.
Исследование проходило в МОУ «Итатская средняя школа №2
с.Томское» Томского района Томской области.
Было проведено 8 опытов.
1.Описание способов определения молекулярной массы
газообразных веществ.
Изучили учебно-научную литературу о способах определения
молекулярных масс газообразных веществ.
Чтобы определить молекулярную массу вещества, обычно находят численно
равную ей молярную массу вещества в г/моль.
А. Определение молекулярной массы по плотности газа.
Пример: Плотность газа по воздуху равна 1,17. Определить молекулярную
массу газа.
Решение: Из закона Авогардо следует, что при одном и томже давлении и
одинаковых температурах массы (т) равных объемов газов относятся как их
мольные массы (М)
1
m1/ m2 =М1/М2
где т2/ т2 – относительная плотность первого газа ко второму,
обозначаемая D.
Пример : Определить молекулярную массу газа, если при нормальных
условиях 0,824 г его занимают объем 0,260 л.
Решение: При нормальных условиях 1 моль любого газа занимают объем
22,4. Вычислив массу 22,4 л данного газа, мы узнаем его мобильную массу.
0,824 г газа занимают объем
х
г
х = 22,4 х 0,824
0,260
=
0,260 л
22,4 л
71.0 г
Следовательно, мольная масса газа равна 71,0 г/моль, а его молекулярная масса
– 71 а.е.м.
В. Определение молекулярной массы по уравнению Клапейрона –
Менделеева.
Уравнение Клапейрона – Менделеева ( уравнение состояния идеального
газа) связывает массу (т, кг), температуру (Т, К), давление (Р, Па) и объем (V,
м3), газа с его мольной массой (М, кг/ моль):
PV =
m RT
M
Здесь R - универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/ (моль х К) *
Пользуясь этим уравнением, можно вычислить любую из входящих в него
величин, если известны остальные.
Пример: Вычислить молекулярную массу бензола, зная, что масса 600 мл
его паров при 87 градусов С и давлении 83,2 кПа равна 1,30 г.
Решение: Выразив данные задачи в единицах СИ (Р = 8,32 х 104 Па; V = 6 х
10-4 м3; т = 1,30 х10-3 кг; Т = 360 К) и подставив их в уравнение Клапейрона –
Менделеева, находим:
М = 1,30 х 10-3 х 8,31 х 360 = 78,0 х 10-3 кг/ моль = 78,0 г/ моль
8,32 х 104 х 6 х 10-4
Молекулярная масса бензола равна 78,0 г/ моль
2. Опытно-экспериментальная работа
2
Расчеты по проведенным опытам
В результате взвешиваний определили:
m (воздуха): 29г. - 22.4л.
Xг. - 0.67л.
m (колбы с воздухом) = 90,9 г.
V (колбы) = 670мл.= 0.67 л.
m (возд.)= 29г.*0670л./22.4л. = 0.9г.
m ( колбы с пробкой)=120,9 г.
m (пробки)=30 г.
m (пустой колбы ) = m (колбы с воздухом) – m (воздуха)
m (колбы)= 90г.- 0.9г.= 89.1г
Колбу наполняли углекислым газом методом вытеснения воздуха. Углекислый
газ получали по уравнению:
x
0.8л.
Ca CO3 + 2HCl → Ca CL2 + H2O + CO2
100 г
22.4л.
X= 100*0.8/ 22.4 л.= 3.5 г.
Наполнение колбы газом контролировали горящей лучинкой.
Опыт 1:
m (колбы с CO2 )= 91.3 г.
1.3 г. - 0.67 л.
X 22.4 л.
m (CO2)= 1.3 г.
Значит: Х = M (CO2) = 1.3г.*22.4л./ 0.670 = 43.5 г/ моль
Опыт 2:
m (колбы с CO2 )= 91.5 г
1.5 г. - 0.67 л.
X - 22.4 л.
M ( CO2 ) = 1.5 г
Х= М (CO2)= 1.5 * 22..4 л./ 0.67 л. = 50 г/ моль
Опыт 3:
m ( колбы с CO2 ) = 91.2 г.
1.2 г. - 0.67 л.
3
m (CO2 ) = 1.2 г.
X - 22..4 л.
M (CO2 ) = 40 г/моль
Средняя М = (43.5 + 40 + 50) / 3 = 44.5 г/моль
Средняя m (CO2 ) = 1.3 + 1.2 + 1.5 / 3 = 1.3 г
Нахождение молярной массы углекислого газа по уравнению
Клапейрона – Менделеева.
R= 8/314 Дж. / моль * кг.
Т = 17о + 273 о= 290о К
Р = 101.325 кПа.
М = m*R*T / Р * V
M = 1.3к г*10 * 8.314 Дж / моль* кг * 290 К. / 101. 325 к Па. * 6.7 * 10-4 =
45* 10-3 кг/ моль
М (СО2) = 45 г/ моль
-3
Причины расхождения с истинной молекулярной массой:
Взвешивание могло быть недостаточно точным.
Газ мог не полностью заполнять колбу.
В колбе могли оказаться мельчайшие примеси.
Расчет погрешности:
+
М = 44.5 – 0.1 г.
Абсолютная погрешность не более 0.1 г.
Относительная погрешность
0.1 / 44.5 * 100% = 0.22%
Точность экспериментального определения в нашем случае составляет:
44/ 44,5 = 0,98; 98 %
Заключение
В результате проведенной работы можно сделать следующие выводы:
1. В условиях школьной лаборатории можно экспериментально определить
молекулярные массы газообразных веществ.
2. Точность эксперимента составляет 98%
Проведение подобных вычислений более достоверно, чем больше объем
колбы.
4
Данная работа была познавательна, интересна, позволила расширить знания
по химии, физике и позволила совершенствовать навыки проведения
химического эксперимента.
Список литературы
1. Верховский В.Н, Смирнов А.Д, Техника химического эксперимента. Том II,
М: Просвещение, 1975г, с. 112 – 113
2. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. Ленинград,
Химия, Ленинградское отделение, 1981 г, с.13 – 15
3. Гузей Л.С., Сорокин В.В., Суриков Р.П., Химия 9 класс, М.:
Дрофа, 2002 г. с.128-129
. 4. Алимов Ш. А., Колягин Ю. М.. Алгебра учебник для 8 класса., М.:
Просвещение, 1998 г, с. 58 – 59
5