Инженерно-технических специальностей

 

Уфа 2007

Лабораторный практикум предназначен для студентов высших учебных заведений инженерных специальностей, изучающих курс общей химии, для очной, очно-заочной и заочной форм обучения.

В теоретическом материале каждого раздела рассматриваются основные законы и химические понятия, приводятся примеры химических реакций взаимодействия и решение задач.

Лабораторные работы разработаны на основе, имеющихся на кафедре химико-технологических процессов, приборов и реактивов и сопровождаются перечнем вопросов для подготовки к их защите.

 

Составители: Михольская И.Н., доц., канд. биол. наук

Лихачева Н.А., ассистент

Фомина В.В., ассистент

 

 

Рецензенты: Газиев Р.Р., доц., канд. техн. наук

Шеин В.П., инженер по подготовке производства II категориипроизводственного отдела ПДУ ОАО «Салаватнефтеоргсинтез», канд. техн. наук

 

 

Ó Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2007

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ КИСЛОРОДА

Теоретическая часть

Молекулярная масса вещества, число, которое показывает, во сколько раз молекула простого или сложного вещества тяжелее 1/12 части изотопа углерода 12, т.е.

М= , где

М - молекулярная масса вещества.

m_в - масса одной молекулы вещества.

m_o - масса одного атома углерода.

Молекулярная масса является важной характеристикой вещества.

Количество вещества в граммах, численно равное его молярной массе. называется молярной массой. В определении молекулярных и атомных масс большую роль сыграли газовые законы:

1. Закон Бойлля-Мариотта, который устанавливает зависимость объёма газа от давления при постоянной температуре:

РV = P₁V₁., где

V и V₁ - объёмы газов данной массы при давлениях Р и P₁.

2. Закон Гей-Люссака, устанавливающий зависимость объёма газа данной массы от температуры при постоянном давлении:

VТ₁= V₁Т, где

V_t и V - объёмы газов при температуре Т и Т₁:

3. Закон Шарля, который устанавливает зависимость давление газов данной массы от температуры, при постоянном объеме

РТ_1-= Р₁Т, где

Р и Р₁ – давления газов при температуре Т и Т₁

4. Закон объёмных отношений, устанавливающий, что при одинаковых условиях, объёмы реагирующих между собой газов, а так же объёмы газообразных продуктов реакции, относятся друг к другу, как небольшие целые числа.

5. Закон Авогадро, устанавливающий, что при нормальных условиях

(t=0°C, Р=101,31 кПа), молекула любого вещества содержит одно и тоже число структурных единиц равных 6,02*10²³ моль ¹, а молекула газообразного вещества занимает объём равный 22,4 л.

Отношение массы определённого объёма газа к массе такого же объёма водорода, представляет собой плотность этого газа по-водороду, т.е.

Mr = 2Д(H₂).

Молярную массу газа иногда вычисляют исходя из его плотности по воздуху, по формуле:

Mr = 29Д_возд, где 29 - средняя молярная масса газов воздуха, определяемая из плотности воздуха по водороду.

В соответствии с законом Авогадро, лишь газообразные вещества при н.у. занимают объём равный 22,4 л, его называют молярным объёмом Vm

Выше указанные методы расчёта молекулярных масс производят при н.у., т.е. t=0°C и Р=101,3 кПа. Если же условия отличаются от нормальных, то расчёт относительных молекулярных масс, производят по уравнению Клапейрона-Менделеева.

Уравнение Клапейрона-Менделеева

Р V = n R Т, где

n-число молей вещества; R-универсальная газовая постоянная, равная 8,314; Т-температура по абсолютной шкале; соответственно Р и V -давление и объём газа;

Так как n = ; то получим: Р V = R Т; отсюда М = .

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Определение молекулярной массы кислорода проводится на приборе, изображённом на рисунке:

5

1 4

6 3

 

1-колба с водой; 2-химический стакан; 3-сифон; 4-зажим; 5- стеклянная трубка; 6-тугоплавкая пробирка.

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

В сухую пробирку 6 насыпать около 1г перманганата калия. Пробирку с содержимым взвесить на 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.

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

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

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

Ход работы и наблюдения свести в таблицу.

Расчётная часть

1. Масса пробирки с содержимым до нагревания (г).

2. Масса пробирки с содержимым после нагревания (г).

3. Масса выделившегося кислорода (разность 1. и 2.) (г).

4. Объём воды в стакане после опыта (мл).

5. Объём воды в стакане до опыта (мл).

6. Объём вытесненной воды, равный объёму выделившегося кислорода в условиях опыта (разность 4. и 5.) (мл).

7. Объём кислорода приведённый к нормальным условиям (мл).

8. Температура воздуха в лаборатории (⁰С)

9. Атмосферное давление (кПа).

10. Давление водяных паров при температуре опыта (кПа) таблица 1.

11. Давление кислорода в колбе (разность 9. и 10.) (кПа). Объём кислорода, выделившегося во время опыта, определяется по формуле:

V= ;

Молекулярную массу определяем по формуле Клайперона-Менделеева.

PV= nRT; так как n= ;

Подставив в искомое уравнение получим:

PV= RT; отсюда M= ;

Вычислим процент ошибки по формуле:

%=

где Дт - теоретические данные газа, Д - опытные данные газа.

Таблица 1.

Давление насыщенного пара воды при различной температуре

Темп-ра °С	PВ, кПа	темп-ра °С	PВ, кПа
	1,70 1,81 1,93 2,06 2,20 2,34		2,49 2,64 2,81 2,99 3,17 101,325

 

Вопросы и задачи

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

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

Лабораторная работа № 2