Загальна інформація
Опис
Експериментальна установка
У цьому експерименті учні навчаться визначати молярну масу, використовуючи закон ідеальних газів. Вони визначать молярні маси газів гелію, азоту, вуглекислого газу та метану.
Закон ідеального газу описує стан газу з точки зору тиску, об'єму, температури і кількості речовини (або кількості частинок чи маси).
Додаткова інформація (1/2)
Попередні знання
Студенти та учні повинні знати молярну та відносну молярну масу, властивості газів, ідеальні та реальні гази, рівняння стану.
Науковий принцип
Використовуючи закон ідеального газу, можна визначити молярну масу.
Додаткова інформація (2/2)
Мета навчання
Учні та студенти зможуть визначити молярну масу, використовуючи закон ідеального газу.
Завдання
Визначте молярні маси газів гелію, азоту, вуглекислого газу та метану.
Інструкції з техніки безпеки
- 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
У першому наближенні можна вважати, що всі гази підпорядковуються рівнянню ідеального газу, яке пов'язує тиск , об'єм , температуру і кількість речовини газу.
Кількість газу виражається числом молей і дорівнює , де маса наявного газу, а маса одного моля газу.
Потрібно виміряти об'єм, який займає відома маса газу при заданих температурі і тиску, щоб за допомогою рівняння ідеального газу можна було обчислити молярну масу газу.
Обладнання
Підготовка та виконання роботи
Підготовка
- Ретельно очистіть і висушіть шприц і скляну колбу, злегка змастіть триходовий запірний кран (не змащуйте плунжер (поршень) шприца!).
- Зберіть експериментальну установку, як показано на рис. праворуч. Переконайтеся, що обмежувач поршня розташований таким чином, щоб запобігти повному витягуванню його з шприца, але в той же час дозволяє наповнити шприц до максимального об'єму 100 мл.
- Далі це триходовий запірний кран на газовому шприці, тефлоновий запірний кран між і скляною колбою, а тефлоновий запірний кран між скляною колбою і насосом.
Експериментальна установка
Виконання роботи
- Щоб визначити масу скляної колби закрийте , відкрийте і вакуумуйте скляну колбу насосом протягом 10 хвилин, закрийте , від'єднайте колбу від системи вакуумування і зважте її.
- Після цього знову підключіть колбу до системи вакуумування і відкрийте і .
- Поверніть , щоб з'єднати шприц і колбу з газовим балоном, і вакуумуйте всю системи вакуумування протягом наступних 5-10 хвилин.
- Закрийте і і обережно відкрийте регулятор голчастого клапана на газовому балоні, щоб наповнити шприц газом.
- Запишіть об'єм газу, введеного в шприц (від 95 мл до 100 мл), з точністю до 0,5 мл. Наповніть колбу газом, повернувши на 180°, і повільно відкрийте . Після закриття вийміть колбу з системи вакуумування і знову зважте її.
- Обчисліть масу газу в колбі і запишіть її разом з тиском і температурою навколишнього середовища. Замініть колбу і повторіть процедуру двічі перед вимірюванням наступного газу.
Оцінка
Оцінка (1/6)
Теорія та оцінка
Молекули гіпотетичного ідеального газу не взаємодіють (не притягуються і не відштовхуються), тому рівняння ідеального газу виконується точно.
де = газова стала
Для реальних газів (частинки яких взаємодіють) рівняння (1) є граничним законом. При зменшенні густини газ все більше і більше нагадує ідеальний газ, оскільки при низькій густині міжмолекулярна відстань настільки велика, що взаємодія між молекулами газу стає незначною.
Теорія та оцінка
Навіть при нормальних температурі і тиску ( 298 K, 1 бар) багато газів дуже добре відповідають рівнянню (1), і його можна використовувати для визначення молярних мас газів у простий спосіб. Перестановка рівняння (1) дає:
Оцінка (2/6)
Дані та результати
Результати типового експерименту наведені в таблиці 1 (наступний слайд). Враховуючи просту природу визначення, збіг є дуже задовільним. Однак учні повинні знати про можливі джерела випадкових і систематичних похибок у цьому експерименті, такі як об'єм між кінцем шприца і колбою, яким тут нехтують, точність вимірювання об'єму газу в шприці і флуктуації температури.
Розмір і значимість цих та інших похибок слід критично обговорювати.
Оцінка (3/6)
Оцінка (4/6)
Питання
Оцінка (5/6)
Питання
Оцінка (6/6)
Вставте слова в тексті в потрібне місце! У першому наближенні можна вважати, що всі ____ відповідають рівнянню ідеального газу, яке пов'язує ____ p, ____ V, ____T і кількість речовини n газу. Кількість газу n виражається як ____ і дорівнює m/M, де m - маса газу, а M - маса одного моля газу. Для визначення молярної маси газу за допомогою ____ необхідно виміряти ____, який займає відома ____газу при заданих температурі і тиску.