How does the ideal gas law help determine the molar mass of an unknown liquid?

The ideal gas law states that for a given pressure, temperature, and volume, the number of moles of gas is always the same. By vaporizing an unknown liquid in a Dumas tube, measuring its mass after condensation, and using the ideal gas law to calculate moles, you can divide the mass by moles to find molar mass. Since molar mass doesn't change with phase, the condensed liquid mass equals the vapor mass.

What is the purpose of immersing the Dumas tube in boiling water during this experiment?

Immersing the Dumas tube in boiling water vaporizes the unknown liquid inside. The vapor then equilibrates with its surroundings at the boiling water temperature and room pressure. After waiting 3–5 minutes for complete vaporization and an additional 3 minutes for equilibration, you remove the tube and allow it to cool so the vapor condenses back into liquid for mass measurement.

Why is it important to cool the Dumas tube to room temperature before measuring its final mass?

Cooling the tube to room temperature ensures the vapor fully condenses into liquid. If measured while still warm, residual heat could cause incomplete condensation or water droplets on the exterior to remain, adding unwanted mass. Allowing 2–3 minutes of cooling in ambient air and drying the outside with paper towels ensures an accurate mass measurement of only the condensed unknown liquid.

How do you determine the volume of the Dumas tube in this experiment?

You fill the Dumas tube completely with deionized water using a syringe, ensuring no air bubbles remain. After drying the outside, you weigh the water-filled tube and subtract the empty tube mass to find the water mass. Since water density is approximately 1 g/cm³, the mass in grams equals the volume in cubic centimeters, giving you the tube's volume for ideal gas law calculations.

What does the difference between calculated and theoretical gas constant values indicate?

After determining the actual molar mass of your unknown compound, you can recalculate the number of moles and solve for the gas constant using your experimental pressure, volume, and temperature. The difference between your calculated gas constant and the universal constant (8.314 × 10⁴ hPa·cm³/mol·K) represents the deviation from ideal gas behavior, showing how closely your unknown behaved as an ideal gas under the experimental conditions.

Why are multiple trials performed when measuring the mass of the unknown liquid?

Performing four trials allows you to calculate an average mass and standard deviation, which indicate the consistency and reliability of your results. By comparing individual trial masses and calculating standard deviation, you can assess measurement precision. The average mass is then used with the calculated moles to determine molar mass, and percent error is calculated by comparing your result to the literature value.

What safety precautions are necessary when working with the unknown liquid in this experiment?

The unknown liquids are volatile, toxic, and potentially flammable, so you must work in a fume hood and wear a lab coat, safety glasses, and two pairs of nitrile gloves. Keep the Dumas tube pointed away from yourself and others. Since acetone and unknowns rapidly permeate nitrile gloves, replace gloves if contaminated. Additionally, exercise caution around the Bunsen burner flame and hot water to prevent burns.

قانون الغاز المثالي

المفاهيم تحضير المدرّس بروتوكول الطالب

0 مشاهدة04:06 دقيقة

الغاز هو ببساطة عينة مشتتة من المادة السائلة وتتوسع بحرية لتحتل المساحة المتاحة. ومع ذلك ، فإن عددا معينا من جزيئات الغاز يشغل حجما معينا تحت درجة حرارة وضغط محددين. يمكننا وصف سلوك الغاز تحت هذه المعلمات باستخدام قانون الغاز المثالي، الذي يستخدم ثابت الغاز الشامل، R، لربط كل هذه المتغيرات.

ثابت الغاز الكوني يساوي 8.314 جول لكل مول كلفن. تمكننا هذه المعادلة من فهم علاقات الحالة في النظام الغازي. على سبيل المثال، في نظام درجة حرارة وضغط ثابتين، نعلم أن إضافة المزيد من مولات الغاز تؤدي إلى زيادة في الحجم. وبالمثل، يمكننا أن ننظر إلى نظام درجة حرارة ثابتة ومولات ونلاحظ أن انخفاض الحجم يؤدي إلى زيادة الضغط.

يتمثل أحد التحديات في أن قانون الغاز المثالي يصف الغازات التي تتصرف بشكل مثالي. إذن ماذا نعني بذلك؟ يفترض السلوك المثالي أنه أولا ، الجزيئات نفسها صغيرة بشكل لا نهائي وليس لها حجم وأن المسافة بين الجزيئات أكبر بكثير من حجم الجزيء الفردي.

ثانيا ، نفترض أن الجزيئات تتحرك باستمرار. أي تصادمات تحدث بين الجزيئات مرنة ، وحركتها خالية من الاحتكاك ، مما يعني أن الجزيئات لا تفقد الطاقة. أخيرا ، نفترض أنه لا توجد قوى بين الجزيئات تعمل بين الجزيئات ومحيطها.

لسوء الحظ ، لا تتصرف معظم الغازات بشكل مثالي. عند درجة حرارة منخفضة جدا أو ضغط مرتفع ، تكون الجزيئات قريبة جدا من بعضها البعض وبطيئة الحرك

Print Procedure Steps

المصدر: سماء قريم من جامعة جونز هوبكنز ، دكتوراه في الطب ، الولايات المتحدة الأمريكية

تحديد كتلة السائل المجهول

وفقا لقانون الغاز المثالي لضغط ودرجة حرارة وحجم معينين ، فإن عدد مولات الغاز في هذا الحجم هو نفسه دائما. في هذا المختبر ، ستستخدم هذه العلاقة لحساب الكتلة المولية لسائل غير معروف. سوف تغمر أنبوب دوما يحتوي على السائل غير المعروف في الماء المغلي لتبخير المذيب. بعد الانتظار بضع دقائق حتى يتوازن البخار مع محيطه ، ستترك البخار يتكثف ثم تقيس كتلة السائل في الأنبوب. لا تتغير الكتلة المولية مع الطور ، لذا فإن كتلة السائل المكثف هي نفس كتلة البخار.

السوائل غير المعروفة متطايرة وسامة وقد تكون قابلة للاشتعال ، لذلك ستعمل في غطاء الدخان. سيقوم مدربك بتوزيع المجهول المعين لك في أنبوب Dumas الخاص بك. احتفظ دائما بأنبوب دوما بعيدا عن نفسك والآخرين. يستخدم هذا القسم من المختبر موقد بنسن لغلي الماء. احرص على إبقاء أكمامك وشعرك والسائل المجهول بعيدا عن اللهب وتوخي الحذر عند العمل حول السوائل الساخنة والزجاج والمعدن.

قبل البدء في المختبر ، ارتد معطفا مختبريا ونظارات أمان وزوجين من قفازات النتريل. ملاحظة: يتخلل الأسيتون والسوائل غير المعروفة قفازات النتريل بسرعة ، لذا احصل على قفازات جديدة إذا لمست أيا من هذه السوائل. دع القفازات القديمة تجف في غطاء المحرك قبل التخلص منها.
قم بتوصيل أحد طرفي قطعة من أنابيب اللاتكس بالمدخل الشائك لموقد بنسن. قم بتوصيل الطرف الآخر من الأنبوب بنفاثة الغاز في غطاء المحرك. تأكد من إغلاق الطوق الموجود في قاعدة موقد بنسن.
مع وجود موقد Bunsen على قاعدة حامل المختبر ، قم بتركيب حلقة مثبتة على حامل المختبر فوق موقد Bunsen واضبط الحلقات بحيث تكون في المنتصف 2 بوصة فوق اللهب. شد المشبك لتثبيت الحلقة في موضعها. ضع مربعا من الشاش السلكي على الحلقة لعمل منصة.
بعد ذلك ، قم بتثبيت قارورة Erlenmeyer سعة 500 مل على المنصة بمشبك 3 شوكات. قم بتثبيت مشبك مقياس الحرارة فوق المشبك ثلاثي الشقوق وقم بتدويره بعيدا عن القارورة.
بمجرد أن تصبح المشابك في موضعها ، قم بإزالة قارورة Erlenmeyer. ضع عدة رقائق مغلية في القارورة واملأها حتى علامة 500 مل بالماء منزوع الأيونات.
املأ دورق سعة 400 مل بالماء منزوع الأيونات. قم بتثبيت القارورة المملوءة مرة أخرى في مكانها على منصة السلك.
احصل على عدة مناشف ورقية. قم بتمزيق منشفة ورقية واحدة إلى شرائح بعرض طول العنق الممدود لأنبوب دوما. ملاحظة: حرك المناشف الورقية بعيدا عن الطريق قبل إضاءة موقد بنسن.
تأكد من أن مهاجم النار الخاص بك في متناول اليد. بعد ذلك ، افتح نفاثة الغاز ، وأمسك الطرف المذهل بالقرب من الجزء العلوي من موقد بنسن ، واضغط بسرعة على المقبض المتحرك لضرب شرارة ، مما يؤدي إلى إشعال الغاز.
بمجرد إشعال اللهب ، أدر الطوق الموجود في قاعدة البرميل لزيادة تدفق الهواء ، مما يجعل اللهب أكثر سخونة. أدر صمام الغاز لزيادة ارتفاع اللهب إلى حوالي 4-6 بوصات. ملاحظة: يجب أن يبقى طالب واحد في محطة العمل أثناء استخدام موقد Bunsen.
ضع أنبوب دوما في دورق نظيف سعة 100 مل واجعله في ميزان تحليلي.
الفارغة دورق بلاستيكي سعة 250 مل. استخدم مناديل مختبرية لإزالة آثار الغبار والزيوت من كامل سطح الأنبوب.

امسك الأنبوب النظيف في منديل مختبري جديد وانقله بعناية إلى الدورق البلاستيكي. سجل كتلة أنبوب دوماس الفارغ في دفتر المختبر الخاص بك.

الجدول 1: الكتلة المولية للسائل المجهول

محاكمة	Mass_{Dumas Tube} _{+ Unknown}	Mass_{أنبوب الدوماس الفارغ}	قداس_{غير معروف}
1
2
3
4
متوسط الكتلة_{غير معروف}
الانحراف المعياري

الضغط (hPa)
درجة الحرارة (ºC)
درجة الحرارة (K)
كتلة _{أنبوب مملوء بالماء} (ز)
كتلة_ماء (ز)
الكثافة_الماء(g/cm³)	1
المجلد_gas (cm³)
Moles_gas (n)
الكتلة المولية_{غير معروف}(g/mol)
النسبة المئوية للخطأ (٪)
النظري R (hPa·cm³/mol·K)	8.314 × 10⁴
محسوبة R (hPa·cm³/mol·K)
الفرق بين R النظري والمحسوب

انقر هنا لتنزيل الجدول 1

استخدم منديل مختبري لنقل الأنبوب مرة أخرى في دورق سعة 100 مل.
عندما يتصل بك مدربك ، أحضر أنبوب Dumas في الدورق إلى غطاء التوزيع المخصص حيث سيضيف مدربك حجما صغيرا من المجهول إلى الأنبوب.
لف عنق أنبوب دوما بمناشف ورقية للمساعدة في الحفاظ على درجة حرارة ثابتة.
بمجرد غليان الماء في قارورة Erlenmeyer ، قم بتأمين أنبوب Dumas في مشبك مقياس الحرارة. قم بتدوير المشبك بعناية بحيث يصطف الأنبوب مع رقبة قارورة Erlenmeyer وقم بخفض المشبك ببطء حتى يتم غمر جسم أنبوب Dumas بالكامل في الماء المغلي. ملاحظة: لا تلمس القارورة.
بمجرد أن يصبح أنبوب Dumas في موضعه ، قم بتثبيت مشبك مقياس الحرارة في مكانه ولاحظ الوقت.
الآن ، انتظر حتى يتبخر السائل المجهول ، والذي يجب أن يستغرق من 3 إلى 5 دقائق. ملاحظة: قم بإزالة الماء في القارورة كلما انخفض مستوى الماء.
بمجرد عدم رؤية أي سائل في الأنبوب ، لاحظ الوقت وانتظر 3 دقائق أخرى للسماح لدرجة حرارة البخار والضغط بالتوازن مع محيطه.
ارفع مشبك مقياس الحرارة لرفع أنبوب دوما من الماء المغلي. قم بتدوير المشبك بعيدا عن القارورة حتى يبرد الأنبوب في الهواء المحيط.
بعد 2-3 دقائق ، جفف الجزء الخارجي من الأنبوب بعناية باستخدام مناشف ورقية. ملاحظة: قد تظل قطرات الماء ساخنة.
انتظر حتى يبرد الأنبوب إلى درجة حرارة الغرفة حتى يتكثف البخار تماما. بمجرد أن يبرد ، قم بإزالة الأنبوب من المشبك وجفف أي آثار متبقية من الماء على الأنبوب قبل وضعه في دورق سعة 100 مل. ملاحظة: الماء المتبقي سيضيف كتلة.
احمل الدورق إلى الميزان ونظف الجزء الخارجي من الأنبوب بمنديل مختبري. قياس الكتلة. سجل هذا في دفتر المختبر الخاص بك ككتلة واحدة بعد التجربة.
قم بإجراء ثلاث تجارب أخرى بنفس الطريقة. للعثور على كتلة المجهول المتبقي بعد كل تجربة ، اطرح كتلة أنبوب الدوما الفارغ من كل كتلة ما بعد التجربة.
عند الانتهاء من التجربة الرابعة ، قم بإيقاف تشغيل الغاز لإطفاء موقد بنسن. انتظر 5 دقائق قبل تفكيك الحلقة والشاش وموقد بنسن من حامل الحلقة.

تحديد حجم أنبوب الدوما
- املأ دورق سعة 400 مل بالماء منزوع الأيونات واحصل على بعض المناشف الورقية.
- قم بقياس درجة حرارة الماء وتسجيل درجة الحرارة في دفتر المختبر الخاص بك.
- عند غطاء المدرب ، املأ حقنة سعة 20 مل بالماء من الدورق وقم بتوصيل إبرة بالمحقنة.
- أدخل الإبرة بحذر في أنبوب دوما وادفع الماء إلى الأنبوب. ملاحظة: تجنب تكوين فقاعات الهواء حيث يجب في النهاية التخلص من كل الهواء من الأنبوب.
- بمجرد أن تصبح المحقنة فارغة ، قم بإزالة الإبرة ، وأعد ملء المحقنة بالماء ، وأعد توصيل المحقنة ، وأضف الماء إلى الأنبوب. كرر هذه العملية حتى يمتلئ أنبوب دوما ، مع عدم وجود فقاعات هواء مرئية.
- جفف الجزء الخارجي من أنبوب دوما تماما. بعد ذلك ، قم بوزن الأنبوب المملوء بالماء واطرح كتلة الأنبوب الفارغ لإيجاد كتلة الماء.
- سجل ضغط الهواء في الغرفة من مقياس المختبر.
- قم بتوصيل الذراع الجانبي الشائك لقارورة Büchner بمضخة التفريغ أو المكنسة الكهربائية المنزلية باستخدام أنابيب السيليكون.
- قم بتثبيت قارورة الفلتر في وضع مستقيم في الغطاء. أدخل سدادة ثقب واحدة مع محول أنبوب في فوهة قارورة Büchner وقم بتركيب أحد طرفي قطعة من أنابيب اللاتكس فوق المحول. ضع الطرف الآخر من أنبوب اللاتكس فوق الطرف الممدود لأنبوب Dumas.
- استخدم مشبك مقياس الحرارة لتثبيت أنبوب Dumas رأسا على عقب ، ثم افتح خط التفريغ لتصريف المياه بسرعة في قارورة المرشح. بمجرد أن يصبح أنبوب Dumas فارغا ، أغلق خط التفريغ وافتح قارورة المرشح وأنبوب Dumas في الهواء.
- ضع أنبوب دوما مرة أخرى في دورق سعة 100 مل وأحضره بعناية إلى مدربك ، الذي سيوزع 1 مل من الأسيتون في الأنبوب.
- هز الأنبوب حتى تختلط جميع قطرات الماء في الأنبوب مع الأسيتون ويبدو الجزء الداخلي من الأنبوب جافا. أعد الأنبوب الجاف إلى مدربك. ملاحظة: إذا كان أي سائل لا يزال مرئيا في الأنبوب ، فأمسك الأنبوب رأسا على عقب فوق دورق فارغ حتى يتبخر الأسيتون أو يتساقط من الأنبوب.
- قم بتفكيك جهاز الشفط بالتفريغ وتخلص من النفايات العضوية والملوثة بالأعضاء في الحاوية المناسبة. صب الماء المتبقي منزوع الأيونات في البالوعة واغسل الأواني الزجاجية وفقا لإجراءات المختبر القياسية.
النتائج
- حدد الكتلة المولية للمركب المجهول. ابدأ بتحديد مولات البخار باستخدام قانون الغاز المثالي. ملاحظة : عندما يكون البخار الموجود في الأنبوب في حالة توازن مع محيطه ، يكون له نفس ضغط الغرفة ونفس درجة حرارة الماء المغلي.
- بالنسبة للحجم ، حدد كتلة الماء التي ملأت أنبوب دوما. ملاحظة: كثافة الماء حوالي 1 جم / سم ³.
- حدد قيمة ثابت الغاز المثالي مع أقرب الوحدات إلى تلك التي استخدمتها وقم بتحويل أي وحدات غير متطابقة ، مثل درجة الحرارة.
- حل للحصول على عدد مولات الغاز في ظل هذه الظروف.
- أوجد متوسط كتلة المجهول من التجارب الأربع.
- احسب الانحراف المعياري لمعرفة مدى اتساق نتائجك. اقسم متوسط الكتلة على العدد المحسوب للمولات لإيجاد الكتلة المولية التقريبية للمجهول.
- قارن هذه القيمة بالكتل المولية للمرشحين الثلاثة المجهولين - ثلاثي كلورو إيثيلين ، 1،2-ثنائي كلورو الإيثان ، و 2-بروموبروبان.
- حدد المرشح الذي لديه أقرب كتلة مولية واحسب النسبة المئوية للخطأ. ملاحظة: تميل الغازات إلى تقليد السلوك المثالي عند الضغط الجوي ، لذلك يجب أن تكون في حدود 10٪ من قيمة الأدبيات.
- الآن بعد أن عرفت الكتلة المولية الفعلية للمركب ، أعد حساب عدد المولات من متوسط كتلتك. باستخدام نفس الضغط والحجم ودرجة الحرارة كما كان من قبل ، قم بحل ثابت الغاز. يمثل الفرق بين الثابت المحسوب والثابت العالمي الانحراف عن سلوك الغاز المثالي.