Загальна інформація
Опис
Експериментальна установка
Важливим застосуванням закону ідеального газу є визначення молярної маси.
У методі Віктора Майєра змінні , і задані, а об'єм визначається в експерименті.
Загальне газове рівняння або закон ідеального газу (рівняння стану ідеального газу) встановлює не тільки взаємозв'язок між трьома змінними - тиском, об'ємом і температурою, але також і для кількості речовини ().
Додаткова інформація (1/2)
Попередні знання
Учні та студенти повинні знати закон ідеального газу та теорію визначення молярних мас металів. Вони також повинні знати, як поводитися з кислотами.
Науковий принцип
Молярну масу цинку можна визначити на основі виміряних значень, закону ідеального газу і співвідношення (де молярна маса, маса і кількість речовини).
Додаткова інформація (2/2)
Мета навчання
Учні та студенти вчаться визначати молярні маси металів, використовуючи закон ідеального газу, виміряні значення та співвідношення .
Завдання
Визначте молярну масу цинку.
Інструкції з техніки безпеки
- Використовуйте захисні окуляри!
- Використовуйте захисні рукавички!
- Концентрована соляна кислота - це прозора, безбарвна, не змішується з водою рідина, яка димить при контакті з повітрям. Вона викликає корозію, а її пари подразнюють органи дихання.
- Правила роботи з небезпечними речовинами наведено у відповідних паспортах безпеки.
- До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук
Теорія (1/2)
Рівняння стану ідеального газу або закон ідеального газу встановлює не тільки взаємозв'язок між трьома змінними - тиском, об'ємом і температурою, але також і для кількості речовини ().
У методі Віктора Майєра змінні , і задані, а об'єм визначається в експерименті.
Для визначення молярної маси необхідно виміряти чотири змінні , , і , які можна легко записати, якщо правильно підібрати умови експерименту.
Теорія (2/2)
Для металів справедливе наступне загальне рівняння:
Для цинку, 2, і тому рівняння набуває вигляду:
З одного моля цинку утворюється еквімолярна (однакова) кількість молекул водню.
Тому кількість речовини, визначена за об'ємом водню, безпосередньо відповідає використаному цинку.
Для інших металів з 3 наведено наступне рівняння (приклад для алюмінію):
Це означає: з одного моля алюмінію утворюється 1,5 моля молекул водню.
Кількість речовини для алюмінію таким чином відповідає 2/3 кількості речовини зібраного водню.
Обладнання
Підготовка та виконання роботи
Підготовка
- Розташуйте затискачі на панелі для проведення експерименту так, як показано на рис. праворуч, а потім закріпіть на ній прилад, як показано на експериментальній установці.
- Налийте в мензурку 50 мл дистильованої води і близько 50 мл концентрованої соляної кислоти (працюйте у витяжній шафі).
- Додайте цю розведену на 50% кислоту в реакційний циліндр за допомогою рівневої кулястої воронки.
- Наповніть пробірку водою приблизно на 2 см нижче бокового патрубка. Це слугує значенням надлишкового тиску.
Розмістіть затискачі на панелі для проведення комплексних експериментів.
Виконання роботи (1/2)
- Точно зважте гранулу цинку і помістіть її в скляну посудину, закріплену на висувному стрижні.
- Помістіть цей стрижень в реакційний циліндр і закрутіть з'єднувальну кришку, щоб зробити циліндр герметичним.
- Опустіть гранулу цинку в кислоту, поки вона не зануриться приблизно на 1 см.
- Приблизно через 10 хвилин підніміть гранулу з кислоти (не відкриваючи прилад!) і дочекайтеся закінчення реакції.
- Вирівняйте тиск, змінюючи висоту рівневої кулястої воронки, доки рівень рідини в циліндрі не буде знову на початковій, позначеній висоті.
Експериментальна установка
Виконання роботи (2/2)
- Зрівноважте тиск у газовому шприці, відрегулювавши плунжер так, щоб рівень рідини в скляній трубці, яка знаходиться всередині пробірки, був на тій самій висоті, що й рівень води в пробірці.
- Тепер виміряйте об'єм газу в газовому шприці.
- Вийміть гранулу з посудини, висушіть її паперовою серветкою або спиртом чи ацетоном і знову зважте.
- Запишіть навколишній атмосферний тиск і температуру.
- Повторіть експеримент з невеликим шматочком алюмінію, скрученим у кульку.
Тут важливі дві речі: Алюмінієва кулька не повинна важити більше 0,05 г, а висувний стрижень не повинен бути занурений занадто глибоко - лише загалом приблизно на 1 см.
Оцінка
Оцінка (1/6)
Спостереження
Спочатку гранула цинку реагує лише незначною мірою з утворенням газу, але з часом це відбувається більш інтенсивно. За 15 хвилин занурення гранула втрачає від 0,10 г до 0,25 г маси, і збирається від 25 до 80 мл газу.
Алюмінієва кулька, з іншого боку, спочатку здається, що вона взагалі не реагує. Приблизно через 30 секунд утворюються перші бульбашки, і протягом короткого часу реакція відбувається дуже інтенсивно, поки не закінчується приблизно через 3 хвилини - кулька повністю прореагувала.
Оцінка (2/6)
Молярна маса цинку визначається за законом ідеального газу і співвідношенням (де молярна маса, маса і кількість речовини).
Було проведено експеримент з 4 гранулами цинку. Середня втрата маси цинку склала 0,148 г, а середній об'єм газу - 56,75 мл. Температура навколишнього середовища становила 24,8°C, а атмосферний тиск - 996 гПа.
На основі цих значень і закону ідеального газу можна обчислити кількість водню:
де:
p = 99600 Па (тиск)
V = 56,75 мл = 0,057 л (об'єм газу)
R = 8314,4 (універсальна газова стала)
T = 24,8°C = 297,8 K (температура)
m = 0,148 г (маса металу)
Оцінка (3/6)
Виміряні значення дають моль для кількості газоподібного водню. Щодо цинку:
з цього випливає:
і так, щоб
Для молярної маси цинку експериментально знайдено значення M = 65,56 г/моль. Значення, наведене в довідниках, становить 65,39 г/моль.
У трьох визначеннях з алюмінієвими кульками в середньому з 0,031 г алюмінію утворився об'єм газу 43,33 мл. Тиск становив 995 гПа, а температура - 23,7°C.
Ці значення дають молярну масу алюмінію M = 26,4 г/моль (табличне значення: 26,982 г/моль).
Оцінка (4/6)
Питання
Оцінка (5/6)
Вставте слова у тексті! Цинкова гранула спочатку реагує лише ____ з утворенням деякого ____, але з часом реакція стає більш активною. За 15 хвилин занурення гранула втрачає від ____ г маси, і збирається від ____ мл газу. Алюмінієва кулька, з іншого боку, спочатку взагалі не реагує. Приблизно через 30 секунд утворюються перші бульбашки, і протягом короткого часу реакція відбувається дуже інтенсивно, поки не закінчується приблизно через 3 хвилини - кулька прореагувала ____.
Оцінка (6/6)
Питання