Опыт №3. Определение молекулярной массы диоксида углерода

Приборы и реактивы:

Весы техно-химические и разновес. Мерный цилиндр на 500 мл. Баллон с диоксидом углерода или аппарат Киппа с двумя промывными склянками. Колба вместимостью 250 – 500 мл с пробкой. Термометр. Барометр. Карандаш восковой. Мрамор. Растворы: хлороводородной кислоты (плотность 1,19 г/см³), серной кислоты (плотность 1,84 г/см³).

Сухую колбу плотно закрыть пробкой и отметить восковым карандашом уровень, до которого пробка вошла в горло колбы. Взвесить колбу с пробкой на техно-химических весах с точностью до 0,02г (m ₁).

Наполнить колбу 10 диоксидом углерода из баллона через редуктор или аппарат Киппа, которым пользуются для получения непрерывного тока газа в химических лабораториях (рис.1). Он состоит из двух частей: нижней, представляющей собой два соединенных между собой резервуара 2 и 3, и верхней – шарообразной воронки 1, удлиненный конец которой доходит почти до дна резервуара 3. В верхней части резервуара 2 имеется тубус 5, который закрыт пробкой с газоотводной трубкой, имеющей кран 6. В нижнем резервуаре 3 также имеется тубус 4, служащий для выливания жидкости из прибора. Чтобы зарядить аппарат, в резервуар 2 насыпают через тубус 5 твердое вещество. Размер кусочков твердого вещества должен быть таким, чтобы вещество не попадало в резервуар 3 через щель. Для надежности в месте перетяжки 7 помещают круглую резиновую прокладку с отверстием по середине для воронки 1 и несколькими небольшими отверстиями для свободного движения жидкости. Затем тубус 5 закрывают пробкой с газоотводной трубкой. Кран 6 открывают и в прибор через воронку 1 сверху наливают кислоту в том количестве, чтобы твердое вещество в резервуаре 2 было ей покрыто (слишком много жидкости наливать не следует). Начинается реакция между кислотой и твердым веществом, сопровождающаяся выделением газа.

Кран 6 закрывают, и, если прибор герметичен, кислота вытесняется из среднего шара 2 под давлением выделяющегося в процессе реакции газа. Как только вся жидкость будет вытеснена из шара 2 в резервуары 3 и 1, реакция прекращена, и газ перестает выделяться.

Для возобновления выделения газа вновь открывают кран 6, жидкость при этом поднимается в средний резервуар 2, приходит в соприкосновение с твердым вещество, и аппарат начинает работать. По окончании работы кран 6 снова закрывает. Для получения диоксида углерода в резервуар 2 помещают мрамор, а через воронку 1 наливают хлороводородную кислоту. Почему в данном случае нельзя пользоваться серной кислотой? В данной работе необходимо пропустить газ через две промывные склянки (см. рис.1), одна из которых 8 наполнена водой, чтобы очистить газ от примесей хлороводорода, а другая 9 – концентрированной серной кислотой для осушки газа. В качестве промывных склянок удобно также пользоваться склянками Тищенко.

Газ следует пропускать в колбу медленно, чтобы можно было считать пузырьки в промывных склянках. Через 5 – 10 мин, не закрывая кран у аппарата Киппа, медленно вынуть газоотводную трубку из колбы и тотчас закрыть колбу пробкой. Не нагревать колбу руками, для чего при закрывании пробкой держать колбу пальцами за горлышко на весу в вертикальном положении. Зачем необходима эта предосторожность?

Взвесить колбу с диоксидом углерода на тех же весах и с той же точностью, что и колбу с воздухом (m₂).

Произвести контрольный опыт. В ту же колбу дополнительно пропускать газ в течение 5 мин и снова взвесить колбу. Если воздух из колбы был полностью вытеснен диоксидом углерода, то результаты первого и второго взвешивания не должны расходиться более чем на 0,02г.

Измерить рабочий объем колбы V₁, для чего наполнить колбу дистиллированной водой до черты на шейке колбы и замерить объем воды, вылив ее в мерный цилиндр.

Записать атмосферное давление и температуру, при которых производится опыт.

Данные опыта записать в следующем виде:

Масса колбы с пробиркой и воздухом, m₁, г.

Масса колбы с пробкой диоксидом углерода, m₂, г.

Объем газа в колбе, V₁, мл.

Температура, t, ⁰С; абсолютная температура, Т, К.

Атмосферное давление, р.

Вычислить объем газа V₀ при нормальных условиях по уравнению Клапейрона:

Вычислить массу воздуха m₃ и массу водорода m₄ в объеме колбы, учитывая, что при 0 ⁰С и 1,013∙10⁵ Па (760 мм. рт. ст.) масса 1 л воздуха равна 1,293, а 1 л водорода – 0,089 г.

Найти массу пустой (без воздуха) колбы с пробкой, m₅ = m₁ - m₃. Найти массу диоксида углерода в объеме колбы, m₆ = m₂ - m₅.  Определить относительную плотность диоксида углерода по воздуху  и по водороду _. Вычислить молекулярную массу СО₂ по уравнениям:

                   а)                                                в)

                   б)                                                   г)

Определить абсолютную и относительную погрешность опыта.