Ideales Gasgesetz

Quelle: Smaa Koraym von der Johns Hopkins University, MD, USA

1. Bestimmen der Masse der unbekannten FlüssigkeitErweitern

   Gemäß dem idealen Gasgesetz für einen gegebenen Druck, eine gegebene Temperatur und ein gegebenes Volumen ist die Anzahl der Mol Gas in diesem Volumen immer gleich. In dieser Übung verwenden Sie diese Beziehung, um die Molmasse einer unbekannten Flüssigkeit zu berechnen. Sie tauchen ein Dumas-Rohr mit der unbekannten Flüssigkeit in kochendes Wasser, um das Lösungsmittel zu verdampfen. Nachdem Sie einige Minuten gewartet haben, bis sich der Dampf mit seiner Umgebung ausgeglichen hat, lassen Sie den Dampf kondensieren und messen dann die Masse der Flüssigkeit im Rohr. Die molare Masse ändert sich nicht mit der Phase, so dass die Masse der kondensierten Flüssigkeit die gleiche ist wie die Masse des Dampfes.

   Die unbekannten Flüssigkeiten sind flüchtig, giftig und können brennbar sein, daher arbeiten Sie in einem Abzug. Ihr Instruktor wird das Ihnen zugewiesene Unbekannte für Sie in Ihre Dumas-Röhre ausgeben. Halten Sie die Dumas-Röhre immer von sich und anderen weg. In diesem Bereich des Labors wird ein Bunsenbrenner zum Kochen von Wasser verwendet. Achten Sie darauf, Ihre Ärmel, Haare und die unbekannte Flüssigkeit von der Flamme fernzuhalten, und seien Sie vorsichtig, wenn Sie mit heißen Flüssigkeiten, Glas und Metall arbeiten.

   • Bevor Sie das Labor starten, ziehen Sie einen Laborkittel, eine Schutzbrille und zwei Paar Nitrilhandschuhe an. Anmerkung: Aceton und die unbekannten Flüssigkeiten dringen schnell in Nitrilhandschuhe ein, also besorgen Sie sich neue Handschuhe, wenn Sie eine dieser Flüssigkeiten berühren. Lass die alten Handschuhe in der Kapuze trocknen, bevor du sie wegwirfst.
   • Verbinden Sie ein Ende eines Stücks Latexschlauch mit dem Stacheleinlass eines Bunsenbrenners. Verbinden Sie das andere Ende des Schlauchs mit dem Gasstrahl in Ihrer Dunstabzugshaube. Vergewissern Sie sich, dass der Kragen an der Basis des Bunsenbrenners geschlossen ist.
   • Mit dem Bunsenbrenner auf der Basis des Laborständers, setzen Sie eine Ringhalterung auf den Laborständer über dem Bunsenbrenner und stellen Sie die Ringe so ein, dass er 2 Zoll über der Flamme zentriert ist. Ziehen Sie die Klemme fest, um den Ring in Position zu halten. Lege ein Quadrat Drahtgaze auf den Ring, um eine Plattform zu bilden.
   • Dann klemmen Sie einen 500-ml-Erlenmeyerkolben mit einer 3-poligen Klemme auf die Plattform. Befestigen Sie eine Thermometerklemme über der dreizackigen Klemme und drehen Sie sie vom Kolben weg.
   • Sobald die Klemmen in Position sind, entfernen Sie den Erlenmeyerkolben. Geben Sie mehrere kochende Chips in den Kolben und füllen Sie ihn bis zur 500-ml-Markierung mit entionisiertem Wasser.
   • Füllen Sie ein 400-ml-Becherglas mit deionisiertem Wasser. Klemmen Sie den gefüllten Kolben wieder auf die Drahtplattform.
   • Besorgen Sie sich mehrere Papiertücher. Reißen Sie ein Papiertuch in Streifen, die etwa so breit sind wie die Länge des länglichen Halses der Dumas-Röhre. Anmerkung: Schiebe die Papiertücher aus dem Weg, bevor du den Bunsenbrenner anzündest.
   • Stellen Sie sicher, dass Ihr Feuerschlagwerk in Reichweite ist. Öffnen Sie dann den Gasstrahl, halten Sie das Schlagende nahe an die Oberseite des Bunsenbrenners und drücken Sie schnell auf den beweglichen Griff, um einen Funken zu zünden, der das Gas entzündet.
   • Sobald Sie die Flamme angezündet haben, drehen Sie den Kragen an der Basis des Laufs, um den Luftstrom zu erhöhen, wodurch die Flamme heißer wird. Drehen Sie das Gasventil, um die Höhe der Flamme auf etwa 4 – 6 Zoll zu erhöhen. Anmerkung: Ein Schüler muss während des Betriebs des Bunsenbrenners am Arbeitsplatz bleiben.
   • Setzen Sie das Dumas-Röhrchen in ein sauberes 100-ml-Becherglas und bringen Sie es zu einer Analysenwaage.
   • Tarieren Sie den 250-ml-Kunststoffbecher. Verwenden Sie ein Labortuch, um Spuren von Staub und Ölen von der gesamten Oberfläche des Rohrs zu entfernen.
   • Halten Sie das saubere Röhrchen in ein frisches Labortuch und legen Sie es vorsichtig in das Plastikbecherglas. Notieren Sie die Masse der leeren Dumas-Röhre in Ihrem Labornotizbuch.

     Tabelle 1: Molmasse einer unbekannten Flüssigkeit

     Versuch	MasseDumas-Röhre + Unbekannt	Massenleere Dumas-Röhre	Masseunbekannt
     1
     2
     3
     4
     Durchschnittliche Masseunbekannt
     Standardabweichung

     Druck (hPa)
     Temperatur (ºC)
     Temperatur (K)
     MitWasser gefülltes Massenrohr (g)
     MasseWasser (g)
     DichteWasser (g/cm 3)	1
     VolumenGas (cm3)
     Molgas (n)
     Molmasseunbekannt (g/mol)
     Fehler in Prozent (%)
     Theoretisches R (hPa·cm3/mol·K)	8.314 × 104
     Berechnet R (hPa·cm3/mol·K)
     Differenz zwischen theoretischem und berechnetem R

     Klicken Sie hier, um Tabelle 1 herunterzuladen
   • Verwenden Sie ein Labortuch, um das Röhrchen zurück in Ihr 100-ml-Becherglas zu übertragen.
   • Wenn Ihr Lehrer Sie anruft, bringen Sie die Dumas-Röhre im Becherglas zur dafür vorgesehenen Abgabehaube, wo Ihr Lehrer ein kleines Volumen des Unbekannten zur Röhre hinzufügt.
   • Wickeln Sie den Hals der Dumas-Röhre mit Papiertüchern ein, um eine konstante Temperatur zu halten.
   • Sobald das Wasser im Erlenmeyerkolben kocht, befestigen Sie das Dumas-Rohr in der Thermometerklemme. Drehen Sie die Klemme vorsichtig so, dass das Röhrchen mit dem Erlenmeyerkolbenhals ausgerichtet ist, und senken Sie die Klemme langsam ab, bis der Körper des Dumas-Röhrchens vollständig in das kochende Wasser eingetaucht ist. Anmerkung: Berühren Sie nicht den Kolben.
   • Sobald das Dumas-Rohr in Position ist, befestigen Sie die Thermometerklemme und notieren Sie die Uhrzeit.
   • Warten Sie nun, bis Ihre unbekannte Flüssigkeit verdampft ist, was 3 – 5 Minuten dauern sollte. Anmerkung: Füllen Sie das Wasser in den Kolben auf, wenn der Wasserstand sinkt.
   • Sobald Sie keine Flüssigkeit im Rohr sehen können, notieren Sie sich die Uhrzeit und warten Sie weitere 3 Minuten, um die Dampftemperatur und den Dampfdruck mit der Umgebung ausgleichen zu lassen.
   • Heben Sie die Thermometerklemme an, um das Dumas-Rohr aus dem kochenden Wasser zu heben. Drehen Sie die Klemme vom Kolben weg, damit das Röhrchen an der Umgebungsluft abkühlen kann.
   • Nach 2 – 3 Minuten trocknen Sie die Außenseite des Röhrchens vorsichtig mit Papiertüchern ab. Anmerkung: Die Wassertropfen können noch heiß sein.
   • Warten Sie, bis die Röhre auf Raumtemperatur abgekühlt ist, damit der Dampf vollständig kondensiert. Nehmen Sie nach dem Abkühlen das Röhrchen aus der Klemme und trocknen Sie alle verbleibenden Wasserspuren auf dem Röhrchen, bevor Sie es in das 100-ml-Becherglas legen. Anmerkung: Restwasser sorgt für zusätzliche Masse.
   • Tragen Sie das Becherglas zu einer Waage und reinigen Sie die Außenseite des Röhrchens mit einem Labortuch. Messen Sie die Masse. Notieren Sie dies in Ihrem Labornotizbuch als die Masse nach dem Versuch.
   • Führen Sie drei weitere Versuche auf die gleiche Weise durch. Um die Masse der verbleibenden Unbekannten nach jedem Versuch zu ermitteln, subtrahieren Sie die Masse der leeren Dumas-Röhre von jeder Nachversuchsmasse.
   • Wenn Sie den 4. Versuch beendet haben, schalten Sie das Gas aus, um den Bunsenbrenner zu löschen. Warten Sie 5 Minuten, bevor Sie den Ring, die Gaze und den Bunsenbrenner vom Ringständer demontieren.
2. Bestimmen der Lautstärke der Dumas-RöhreErweitern
   • Füllen Sie ein 400-ml-Becherglas mit entionisiertem Wasser und besorgen Sie sich ein paar Papiertücher.
   • Messen Sie die Temperatur des Wassers und notieren Sie die Temperatur in Ihrem Labornotizbuch.
   • Füllen Sie an der Haube des Ausbilders eine 20-ml-Spritze mit Wasser aus dem Becherglas und verbinden Sie eine Nadel mit der Spritze.
   • Führen Sie die Nadel vorsichtig in das Dumas-Rohr ein und drücken Sie das Wasser in das Rohr. Anmerkung: Vermeiden Sie die Bildung von Luftblasen, da schließlich die gesamte Luft aus dem Rohr entfernt werden muss.
   • Sobald die Spritze leer ist, entfernen Sie die Nadel, füllen Sie die Spritze wieder mit Wasser, schließen Sie die Spritze wieder an und geben Sie das Wasser in den Schlauch. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis die Dumas-Tube voll ist und keine Luftblasen mehr sichtbar sind.
   • Trocknen Sie die Außenseite des Dumas-Rohres gründlich. Wiegen Sie dann das mit Wasser gefüllte Rohr und ziehen Sie die Masse des leeren Rohrs ab, um die Masse des Wassers zu ermitteln.
   • Zeichnet den Luftdruck im Raum aus dem Laborbarometer auf.
   • Verbinden Sie den Stachelarm des Büchner-Kolbens mit Silikonschlauch mit der Vakuumpumpe oder dem Hausvakuum.
   • Klemmen Sie den Filterkolben aufrecht in die Haube. Stecken Sie einen Einlochstopfen mit einem Schlauchadapter in die Öffnung des Büchnerkolbens und stecken Sie ein Ende eines Stücks Latexschlauch über den Adapter. Stecken Sie das andere Ende des Latexschlauchs über das längliche Ende des Dumas-Schlauchs.
   • Verwenden Sie die Thermometerklemme, um das Dumas-Rohr auf den Kopf zu stellen, und öffnen Sie dann die Vakuumleitung, um das Wasser schnell in den Filterkolben abzulassen. Sobald der Dumas-Schlauch leer ist, schließen Sie die Vakuumleitung und öffnen Sie den Filterkolben und den Dumas-Schlauch, um Luft zu erhalten.
   • Setzen Sie das Dumas-Röhrchen wieder in das 100-ml-Becherglas ein und bringen Sie es vorsichtig zu Ihrem Dozenten, der 1 ml Aceton in das Röhrchen abgeben wird.
   • Schütteln Sie das Röhrchen, bis sich alle Wassertröpfchen im Röhrchen mit dem Aceton vermischt haben und das Innere des Röhrchens trocken erscheint. Geben Sie den Trockenschlauch an Ihren Lehrer zurück. Anmerkung: Wenn noch Flüssigkeit in der Tube sichtbar ist, halten Sie die Tube kopfüber über ein leeres Becherglas, bis das Aceton verdampft oder aus der Tube tropft.
   • Zerlegen Sie das Vakuumsauggerät und entsorgen Sie organische und mit Organohalogeniden kontaminierte Abfälle in dem entsprechenden Behälter. Gießen Sie übrig gebliebenes entionisiertes Wasser in den Abfluss und waschen Sie Ihre Glaswaren gemäß den Standardverfahren Ihres Labors.
3. ResultsErweitern
   • Bestimmen Sie die Molmasse Ihrer unbekannten Verbindung. Beginnen Sie mit der Bestimmung der Dampfmole unter Verwendung des idealen Gasgesetzes. Hinweis: Wenn sich der Dampf in der Röhre im Gleichgewicht mit seiner Umgebung befindet, hat er den gleichen Druck wie der Raum und die gleiche Temperatur wie das kochende Wasser.
   • Bestimmen Sie für das Volumen die Masse des Wassers, das die Dumas-Röhre gefüllt hat. Anmerkung: Die Dichte des Wassers beträgt ca. 1 g/cm³.
   • Wählen Sie den Wert der idealen Gaskonstante mit den Einheiten, die den von Ihnen verwendeten Einheiten am nächsten kommen, und konvertieren Sie alle nicht übereinstimmenden Einheiten, wie z.B. die Temperatur.
   • Lösen, um die Anzahl der Mol Gas unter diesen Bedingungen zu ermitteln.
   • Ermitteln Sie die durchschnittliche Masse des Unbekannten aus den vier Versuchen.
   • Berechnen Sie die Standardabweichung, um zu sehen, wie konsistent Ihre Ergebnisse waren. Teilen Sie die durchschnittliche Masse durch die berechnete Anzahl der Mole, um die ungefähre Molmasse Ihrer Unbekannten zu ermitteln.
   • Vergleichen Sie diesen Wert mit den Molmassen der drei Kandidaten für Ihre Unbekannte - Trichlorethylen, 1,2-Dichlorethan und 2-Brompropan.
   • Identifizieren Sie den Kandidaten mit der nächstgelegenen Molmasse und berechnen Sie den prozentualen Fehler. Anmerkung: Gase neigen dazu, das ideale Verhalten bei Atmosphärendruck nachzuahmen, daher sollten Sie innerhalb von 10 % des Literaturwerts liegen.
   • Jetzt, da Sie die tatsächliche Molmasse Ihrer Verbindung kennen, berechnen Sie die Anzahl der Mol aus Ihrer durchschnittlichen Masse neu. Lösen Sie mit dem gleichen Druck, Volumen und der gleichen Temperatur wie zuvor die Gaskonstante auf. Die Differenz zwischen der berechneten Konstante und der universellen Konstante stellt die Abweichung vom idealen Gasverhalten dar.