Речовини

Методичні вказівки

Для підготовки до лабораторних робіт

З курсу хімії

Частина 1

Миколаїв 2000

УДК 041

Камінська Є.Г., Кельїна С.Ю.Методичні вказівки для підготовки до лабораторних робіт з курсу хімії. Частина 1. - Миколаїв: УДМТУ, 2000. – 48 с.

Кафедра хімії

Ці вказівки містять короткі довідки, необхідні для виконання лабораторних робіт. Окрім того, розібрані методи розв’язку задач з відповідних тем та запропоновані вправи і задачі для самостійної підготовки та самоконтролю знань.

Вказівки призначені для студентів усіх спеціальностей.

Спис.літ. – 5 назв.

Рецензент канд.техн.наук., доц. Матвієнко В.М.

Ó Український державний морський

технічнийуніверситет, 2000

Лабораторна робота № 1

ГАЗОВІ ЗАКОНИ І МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ МОЛЯРНОЇ МАСИ

РЕЧОВИНИ

Багато хімічних процесів відбуваються в газовій фазі, тому більшість методів визначення молярних мас сполук засновані на використанні газових законів.

Моль – кількість речовини, яка містить стільки атомів, молекул, іонів, електронів або інших структурних одиниць, скільки атомів міститься в 12 г ізотопу ¹²C. Число структурних одиниць, яке міститься в 1 молі речовини (стала Авогадро), дорівнює 6,02^.10²³ моль^-1.

Масу 1 моля речовини називають молярною або мольною масою; вона виражається в г/моль і чисельно дорівнює відносній молекулярній або атомній масі речовини. Кількість молей n розраховується за формулою n = m/M, де m - маса речовини, М - молярна маса. Наприклад, в 1 молі речовини кисню O₂ і елемента Оксигену міститься одна і та ж кількість структурних одиниць – в першому випадку 6,02^.10²³ молекул O₂ , в другому - 6,02^.10²³ атомів O. Але мольна маса O₂ дорівнює 32 г/моль, а маса 1 моля атомів O - 16 г/моль. Наведемо ще приклади: 2 моля CaSO₄ містять 2^.6,02^.10²³ молекул, їх маса - m (CaSO₄) = 2^.136 = 272 г; 2 моля атомів S містять 2^.6,02^.10²³ атомів і мають масу 64 г.

Стан газу характеризується його тиском, температурою і об’ємом. Зв’язок між ними встановлюють закони ідеальних газів.

Закон Бойля–Маріотта: PV = const(m = const, T = const).

Закон Гей-Люсака–Шарля: V/T = const (m = const, P = const).

Закон Гей-Люссака: P/T = const (m = const, V = const).

Закон Дальтона: при однаковій температурі компонентів газової суміші загальний тиск газової суміші (Р) дорівнює сумі парціальних тисків окремих газів (р_і): Р = р₁ + р₂ + … .

Закон Авогадро: в рівних об’ємах різних газів за однакових умов (тиску і температурі) міститься однакова кількість молекул.

Закон Авогадро має два наслідки:

1. Молярна маса газу або пари дорівнює добутку відносної густини даного газу за іншим та молярної маси іншого газу. Відносною густиною першого газу за другим (D₂) називається відношення мас однакових об’ємів першого газу і другого газу за однакових умов, тобто

D₂ = m₁/m₂ = nМ₁/ nМ₂ = M₁/M₂; M₁ = D₂/M₂.

Найчастіше відносна густина визначається за воднем або за повітрям:

М₁ =DН₂^. М(Н₂) = 2DН₂; М₁ = D_пов^. M(пов) = 29D_пов; ( М(пов) = 29 г/моль).

2. Один моль будь-якого газу за нормальних умов займає об’єм 22,416 л. Цей об’єм називають молярним об’ємом газу.

Нормальні умови ( ^о ) – це Т°= 273 К, Р° = 101325 Па.

Параметри стану газу Р, V, Т пов’язані з його масою m і молярною масою М рівнянням стану ідеального газу Менделєєва-Клапейрона:

РV = (m/M) RT ,

де R - універсальна газова стала, яка визначається для 1 моля газу з виразу :

R = P°V°/T°

В залежності від використаних одиниць R має різні чисельні значення:

R = 8,31 Дж/(моль^.К) (Система Інтернаціональна - СІ) = 0,0821 л ^. атм/(моль^.К) = =62360 мл ^. мм рт.ст./(моль^. К) = 1,987 кал/(моль^. К).

Молярну масу газоподібних речовин можна визначити наступними способами:

а) Визначення молярної маси за відносною густиною.

Приклад 1. Визначити молярну масу газу, якщо 1,5 г цього газу за однакових Р і Т займають той самий об’єм, що й 0,1 г водню.

Розв’язок:

1. DН₂- ? DН₂= m (газ)/m(H₂) = 1,5/0,1 = 15.

2. М (газ) - ? Використовуючи наслідок з закону Авогадро, запишемо:

М (газ) = 2 DН₂= 2^.15 = 30 г/моль.

Відповідь: молярна маса газу дорівнює 30 г/моль.

Приклад 2. Визначити густину за воднем газової суміші, яка складається з 50 % кисню та 50 % водню за об’ємом.

Розв’язок:

1. М(суміші) - ?

Об’ємна доля дорівнює мольній долі, тому молярну масу суміші можна розрахувати за формулою:

М(суміші) = М₁N₁ + М₂N₂ = М(О₂)^.N(О₂) + М(Н₂) ^.N(Н₂), де N(H₂) i N(O₂) – мольні долі газів у суміші; М(суміші) = 32^.0,5 + 2^.0,5 =17(г/моль).

2. D Н₂- ?

DН₂=М(суміші)/М(Н₂) =17/2 = 8,5

Відповідь: густина суміші за воднем дорівнює 8,5.

б) Визначення молярної маси за мольним об’ємом.

Приклад 3. Визначити молярну масу газу, якщо маса 600 мл його дорівнює 1,714 г за н.у.

Розв’язок:

1. М(газ) - ? Використовуючи наслідок з закону Авогадро, складаємо пропорцію:

1,714 г газу займають 600 мл;

х г газу займають 22400 мл;

х = (22400 ^. 1,714)/600 = 63,9 г.

Оскільки 22400 мл це – мольний об’єм газу, М(газ) = 63,9 г/моль.

Відповідь: М(газ) = 63,9 г/моль.

в) Визначення молярної маси газу за законом Менделєєва-Клапейрона.

Приклад 4. Визначити молярну масу бензолу, якщо маса 600 мл його пари при 87°С і тиску 83,2 кПа дорівнює 1,30 г.

Розв’язок:

Виразимо всі дані в одиницях СІ:

Р = 8,32 104 Па; Т = 273 + 87 = 300 К; V = 6 10^-4 м³; m = 1,3 10^-3 кг.

1. М(С₆Н₆) - ?

Використовуємо закон Менделєєва-Клапейрона: РV = (m/M)^.RT, звідки

Відповідь: молярна маса бензолу дорівнює 78 г/моль.

Питання і задачі

1. Дати визначення "моль речовини".

2. Сформулювати закон Авогадро та наслідки з нього.

3. Дати визначення "відносна густина одного газу за другим".

4. Записати рівняння стану ідеального газу і розрахувати значення R у різних одиницях.

5. Записати способи визначення молярної маси газу.

6. Визначити кількість молей і кількість атомів, які містяться у: 32 г кисню, 14 г азоту, 8 г кисню, 10 г водню.

7. Скільки молей атомів Нітрогену містять 1 моль нітратної кислоти; 2 моля амоніаку; 2 моль амоній нітрату?

8. Які необхідні експериментальні дані, щоб визначити молярну масу газу всіма відомими вам способами?

9. Визначити густину за воднем газової суміші, яка складається з 70 % карбон (ІІ) оксиду та 30 % карбон (ІV) оксиду за об’ємом.

10. За нормальних умов 500 мл газу мають масу 1,806 г. Визначити його відносну густину за повітрям і молярну масу.

11. Визначити масу 1м³ сульфур (ІV) оксиду при температурі 27 °С і тиску 3 атм.

12. В закритій посудині знаходиться 200 г кисню під тиском 3,5 атм і при

температурі 7°С. Визначити масу СО₂ в цьому об’ємі при температурі 27°С під тиском 2,8 атм.