Экспериментальная часть

 

Целью работы является определение молекулярного веса кислорода. Определение молекулярного веса кислорода проводится на приборе, изображённом на рисунке 1:

 

 

Рисунок 1 – Прибор для определения молекулярного веса кислорода: 1 - колба с водой; 2 - химический стакан; 3 - сифон; 4 - зажим; 5 - стеклянная трубка; 6 - тугоплавкая пробирка.

 

Собрать прибор по рисунку 1. Колбу 1 залить водопроводной водой. В стакан 2 налить 50 мл воды. Заполнить сифон водой. Для этого через трубку 5 вдуть воздух в прибор при открытом зажиме 4, и, когда сифон заполнится водой, закрыть зажим 4.

В сухую пробирку 6 насыпать около 1 г перманганата калия. Пробирку с содержимым взвесить на аналитических весах с точностью до 0,01 г. Проверить герметичность. Опустить конец сифона в стакан 2.

Открыв зажим 4, начать разложение соли, нагревая пробирку 6 слабым пламенем газовой горелки. Нагревание следует проводить весьма осторожно, периодически приближая и удаляя горелку от пробирки. При этом реакция разложения должна протекать не слишком интенсивно. В результате нагревания произошла следующая реакция:

2KMnO₄=K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑

Когда в стакан 2 перекачалось примерно 100-150 мл воды, прекратить нагревание, дать прибору охладится до комнатной температуры, после чего снова взвесить.

Измерить объём вытесненной воды в стакане (из измеренного количества вычесть ранее добавленные 50 мл воды). Объём воды равен объёму полученного кислорода при температуре опыта.

Определить вес полученного кислорода по разности веса пробирки до и после опыта.

Ход работы и наблюдения свели в таблицу 1.

 

Расчётная часть.

 

Таблица 1 – Результаты расчетов и наблюдений

№ п/п	Наименование параметра	Ед. измерения	Результат
	Масса пробирки с содержимым до нагревания	г	18,2
	Масса пробирки с содержимым после нагревания	г	18,0
	Масса выделившегося кислорода	г	0,2
	Объём воды в стакане после опыта	мл
	Объём воды в стакане до опыта	мл
	Объём вытесненной воды, равный объёму выделившегося кислорода в условиях опыта	мл
	Объём кислорода приведённый к нормальным условиям	мл	134,6
	Температура воздуха в лаборатории	0С
	Атмосферное давление	кПа	101,1
	Давление водяных паров при температуре опыта	кПа	3,17
	Давление кислорода в колбе	кПа	97,93

 

Объём кислорода приведенный к нормальным условиям, выделившегося во время опыта, находим по формуле:

м³

Молекулярную массу определяем по формуле Клайперона-Менделеева.

; так как ;

Подставим в искомое уравнение получим:

; отсюда ;

Вычислим процент ошибки по формуле:

где - теоретические данные газа,

- опытные данные газа.

%

 

Вопросы и задачи.

 

1 Методы расчёта молекулярных масс при н.у. и условиях отличных от нормальных.

 

Если вещество находится в газообразном состоянии, то его молекулярную массу можно найти с помощью закона Авогадро. По закону Авогадро равные объемы газов, взятых при одинаковой температуре и одинаковом давлении, содержат равное число молекул. Отсюда следует, что массы двух газов, взятых в одинаковых объемах, должны относится друг к другу, как их молекулярные массы.

где , - массы первого и второго газов,

, - молекулярные массы первого и второго газов.

Исходя из этой формулы находят молекулярную массу газа.

Часто молекулярная масса различных газов определяется по отношению к водороду, как самому легкому из всех газов.

или, если округлить молекулярную массу водорода до2:

где D – относительная плотность газа

Нередко также молекулярную массу газа вычисляют, исходя из его плотности по воздуху. Хотя воздух представляет собой смесь нескольких газов, все же можно говорить о средней молекулярной массе воздуха, определенной из плотности воздуха по водороду. Обозначим плотность исследуемого газа по воздуху через D_возд, получим следующее уравнение для вычисления мольных масс:

 

2 Вычислить какой объём (н.у.) займёт 1 г H₂, CH₄, NO₂, NO, NH₃, O₃.

 

Дано:	Решение:
Р=101,325∙103 Па Т=273 К m=0,001 кг μ(H2)=2∙10-3 μ(CH4)=16∙10-3 μ(NO2)=56∙10-3 μ(NO)=30∙10-3 μ(NH3)=17∙10-3	м3 м3 м3 м3 м3 м3
μ(O3)=48∙10-3
V -?

 

 

3 Вычислить массу 1 м³ газов (н.у.) N₂O, SiF₄, SO₂.

 

Дано:	Решение:
V=1 м3 Р=101,325∙103 Па Т=273 К μ(N2O)=44∙10-3 μ(SiF4)=104∙10-3 μ(SO2)=64∙10-3	кг кг кг
m -?

 

4 Масса 200 мл ацетилена (н.у.) равна 0,232 г. Вычислить молекулярную массу ацетилена.

 

Дано:	Решение:
V=200∙10-6 м3 m=0,232∙10-3 кг Р=101,325∙103 Па Т=273 К
μ -?

 

5 Вычислить массу азота, содержащегося в баллоне ёмкостью 20 л при Р=80 атм и t=25⁰С.

 

Дано:	Решение:
V=20∙10-3 м3 Р=8106∙103 Па Т=298 К μ=28∙10-3	кг
m -?

 

6 Масса 87 мл пара при t=62⁰C и Р=758 мм.рт.столба равна 0,24 г. Вычислить молекулярную массу азота.

 

Дано:	Решение:
V=87∙10-6 м3 m=0,24∙10-3 кг Р=101∙103 Па Т=335 К
μ -?

 

7 Вычислить массу 1 м³ воздуха при t=17⁰C, P=624 мм.рт.столба; массу 1 м³ СО₂ при t=27⁰C и Р=1 атм.

 

а)

Дано:	Решение:
V=1 м3 Р=83,19∙103 Па Т=290 К
μ=29∙10-3	кг
m -?

 

б)

Дано:	Решение:
V=1 м3 Р=101,325∙103 Па Т=300 К μ=44∙10-3	кг
m -?

 

8 Вычислить объём, который займёт при t=17⁰C и Р=1 атм. 1 кг воздуха.

 

Дано:	Решение:
Р=101,325∙103 Па Т=290 К m=1 кг μ=29∙10-3	м3
V -?

 

9 Масса 20 мл газа (н.у.) равна 0,0268 г. Вычислить молекулярную массу газа.

 

Дано:	Решение:
V=20∙10-6 м3 m=0,0268∙10-3 кг Р=101,325∙103 Па Т=273 К
μ -?

 

10 Вычислить, какие газы тяжелее или легче воздуха: NO₂; CO; Cl₂; NH₃; NO; F₂ и во сколько раз.

 

Дано:	Решение:
V=1 м3 Р=101,325∙103 Па
Т=273 К μ(NO2)=46∙10-3 μ(CO)=28∙10-3 μ(Cl2)=71∙10-3 μ(NH3)=17∙10-3 μ(NO)=30∙10-3 μ(F2)=38∙10-3	кг кг кг кг кг кг кг
m -?, n -?

 

Вывод: Определение молекулярной массы кислорода производится по формуле Клайперона-Менделеева, необходимыми параметрами для этого являются объем выделившегося в реакции кислорода, масса кислорода, температура и давление. Измеренные в результате опыта параметры приводим к нормальным условиям, точность метода зависит от точности измерения массы и объема.