5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА
Лабораторная работа № 2
5.1 Цель лабораторной работы.
Определение молярной массы диоксида углерода по плотности газа и на основе уравнения Клайперона –Менделеева.
5.2 Теоретическая часть
Молярная масса - это масса одного моля вещества. Моль – количество вещества, которое содержит столько определенных структурных единиц (молекул, атомов, ионов и т. д.), сколько атомов содержится в 12 г (0,012 кг) углерода – 12.
Определение молярной масс газа может быть выполнено несколькими способами.
Определение молярной массы по плотности газа.Плотностью одного газа по другому называется отношение масс равных объемов двух газов, измеренных при одинаковых условиях, т. е.
d = 
, (5.1)
где d – плотность одного газа по другому;
m1 и m2 – массы равных объемов двух газов.
Поскольку в соответствии с законом Авогадро в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул, то
=
, (5.2)
где М1 и М2 – молярные массы двух газов.
Сравнивая соотношения (5.1) и (5.2), получим:
d = 
(5.3)
Это соотношение используется для определения молярной масс газа, если известна плотность данного газа по другому (если есть возможность ее определить) и молярная масса другого газа.
Чаще всего пользуются плотностью по водороду (
) или по воздуху (dвозд.):
= 
, (5.4)
= 
, (5.5)
где М – молярная масса исследуемого газа,
М(Н2) – молярная масса водорода, равная 2 г/моль,
М(возд.) – молярная масс воздуха, равная 29 г/моль.
Определение молярной массы газа по молярному объему.
При нормальных условиях (Т=273 К, Р= 101,3 кПа) один моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л. Поэтому, замерив массу определенного исследуемого газа при н. у. и пересчитав на 22,4 л, получим тем самым значение его молярной массы.
Пример. Вычислить молярную массу газа, если при н. у. 0,312 г его занимают объем 0,25 л.
Решение: 0,312 г газа -------------- 0,25 л
Х -------------- 22,4 л.
Х = 28,0 г.
Ответ. Молярная масса газа равна 28,0 г/моль
5.2.3 Определение молярной массы по уравнению Клайперона - Менделеева.
= 
, или 
= 
, (5.6)
где Р – давление газа, кПа;
V – объем газа, л;
T – температура, К;
M – молярная масса, г/моль;
m – масса газа, г;
R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 
.
5.3 Экспериментальная часть
5.3.1 Опыт 1.Определение молярной массы диоксида углерода
Диоксид углерода порлучается в аппарате Киппа при взаимодействии мрамора (карбонат кальция) и соляной кислоты. Написать уравнение реакции.
Чистую и сухую колбу емкостью 300-350 мл закрыть резиновой пробкой. Карандашом по стеклу отметить уровень, до которого доходит пробка в горло колбы. Колбу с пробкой взвесить на технохимических весах с точностью до 0,01 г. Записать массу колбы с воздухом (m1).
Наполнить колбу диоксидом углерода, для чего опустить в колбу до дна газоотводную трубку от аппарата Киппа и пропускать газ в течение 3-4 минут, затем, не закрывая крана, осторожно вынуть стеклянную трубку, закрыть колбу пробкой (она должна входить до метки). После этого закрыть кран аппарата Киппа (или зажим на газоотводной трубке).
Взвесить колбу с диоксидом углерода с точностью до 0,01 г, записать массу m2.
Вторично пропустить газ из аппарата Киппа в течение 2-3 минут и снова взвесить колбу. Если разница в массе при двух последних взвешиваниях не превышает 0,01 г, колба считается заполненной.
Записать температуру и атмосферное давление по барометру-анероиду (t и Р).
Измерить объем колбы, наполнив ее водой до метки. Воду из колбы вылить в мерный цилиндр, объем воды равен объему диоксида углерода. Записать эту величину (V).
Вычисления
А) Масса диоксида углерода в колбе (
) равна:
= m2 – (m1 – mв) = m2 – m1 + mв,
где mв – масса воздуха, которым была заполнена колба.
Величины m1 и m2 определены экспериментально. Массу воздуха (mв) нужно подсчитать по уравнению Клайперона-Менделеева:
= 
= 
,
где 29 - средняя молекулярная масса воздуха.
Вычислить массу диоксида углерода (
).
В) Вычислить мольную массу диоксида углерода по уравнению Клайперона-Менделеева:
= 
С) Подсчитать относительную ошибку опыта:
П =
5.4 Контрольные вопросы и задачи
1 Что называется относительной молекулярной массой вещества? В каких единицах она измеряется?
2 Что такое моль?
3 Что называется молярной массой вещества? В каких единицах она измеряется?
4 Что называется относительной плотностью одного газа по другому?
5 Методы определения молярной массы газов и паров.
6 Плотность газа по кислороду равна 2. Вычислить молярную массу этого газа.
7 Масса 0,5 л газа при н. у. равна 1,58 г. Вычислить плотность этого газа по водороду.
8 Какой объем при н. у. займут: а) 17 г аммиака; б) 17 г сероводорода.
9 2 г диоксида серы при 230С занимают объем 500 мл. Под каким давлением находится газ?
