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.

חוק הגז האידיאלי

מושגים הכנת המדריך נוהל לתלמידים

0 צפיות04:06 דק׳

גז הוא פשוט דגימה מפוזרת של חומר שהוא נוזל ומתפשט בחופשיות כדי לתפוס מקום פנוי. עם זאת, מספר מסוים של מולקולות גז תופסות נפח מסוים תחת טמפרטורה ולחץ מוגדרים. אנו יכולים לתאר את התנהגותו של גז תחת פרמטרים אלה באמצעות חוק הגז האידיאלי, המשתמש בקבוע הגז האוניברסלי, R, כדי לקשר בין כל המשתנים הללו.

קבוע הגז האוניברסלי שווה ל- 8.314 ג'אול לכל שומה קלווין. משוואה זו מאפשרת לנו להבין יחסי מצבים במערכת גזית. לדוגמה, במערכת של טמפרטורה ולחץ קבועים, אנו יודעים כי תוספת של יותר שומות של גז גורמת לעלייה בנפח. באופן דומה, אנו יכולים להסתכל על מערכת של טמפרטורה קבועה ושומות ולראות כי ירידה בנפח גורמת לעלייה בלחץ.

אתגר אחד הוא שחוק הגז האידיאלי מתאר גזים שמתנהגים בצורה אידיאלית. אז למה הכוונה? התנהגות אידיאלית מניחה כי ראשית, המולקולות עצמן קטנות באופן אינפיניטסימלי ולמעשה אין להן נפח, וכי המרחק בין המולקולות גדול משמעותית מגודלה של המולקולה הבודדת.

שנית, אנו מניחים שהמולקולות נמצאות בתנועה מתמדת. כל התנגשות המתרחשת בין המולקולות היא אלסטית, ותנועתן חסרת חיכוך, כלומר המולקולות אינן מאבדות אנרגיה. לבסוף, אנו מניחים שאין כוחות בין-מולקולריים הפועלים בין המולקולות לסביבתן.

למרבה הצער, רוב הגזים אינם מתנהגים באופן אידיאלי. בטמפרטורה נמוכה מאוד או בלחץ גבוה, מולקולות קרובות מאוד זו לזו ונעות לאט, ולכן

Print Procedure Steps

מקור: סמאא קורים באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, MD, ארה"ב

קביעת המסה של המחלקה הנוזלית הלא ידועה<כפתור="expand">הרחב
על פי חוק הגז האידיאלי עבור לחץ, טמפרטורה ונפח נתון, מספר השומות של גז באותו נפח הוא תמיד זהה. במעבדה זו תשתמשו בקשר הזה כדי לחשב את המסה המולרית של נוזל לא ידוע. תוכלו לטבול צינור דיומא המכיל את הנוזל הלא ידוע במים רותחים כדי לאדות את הממס. לאחר המתנה של מספר דקות עד שהאדים יתאזנו עם סביבתם, תתנו לאדים להתעבות ואז תמדדו את מסת הנוזל בצינור. המסה המולרית אינה משתנה עם הפאזה, ולכן מסת הנוזל המעובה זהה למסת האדים.

הנוזלים הלא ידועים הם נדיפים, רעילים ועלולים להיות דליקים, כך שתעבדו במכסה אדים. המדריך שלך יחלק את הלא ידוע שהוקצה לך לצינור Dumas שלך בשבילך. שמור תמיד את צינור הדיומא מכוון הרחק מעצמך ומאחרים. חלק זה של המעבדה משתמש במבער Bunsen להרתיח מים. הקפידו להרחיק את השרוולים, השיער והנוזל הלא מוכר מהלהבה ונקטו משנה זהירות בעבודה סביב נוזלים חמים, זכוכית ומתכת.
- לפני תחילת המעבדה, לבשו חלוק מעבדה, משקפי בטיחות ושני זוגות כפפות ניטריל. הערה: אצטון והנוזלים הלא ידועים חודרים במהירות לכפפות ניטריל, אז קבלו כפפות חדשות אם אתם נוגעים באחד מהנוזלים האלה. תנו לכפפות הישנות להתייבש במכסה המנוע לפני שתזרקו אותן.
- חבר קצה אחד של חתיכת צינור לטקס לכניסה הדוקרנית של מבער Bunsen. חברו את הקצה השני של הצינור לסילון הגז שבמכסה המנוע. ודא שהצווארון בבסיס מבער הבונזן סגור.
- עם מבער Bunsen בבסיס מעמד המעבדה, התאימו מתקן טבעת למעמד המעבדה מעל מבער Bunsen וכווננו את הטבעות כך שהוא יהיה ממורכז 2 אינץ' מעל הלהבה. הדקו את המהדק כדי לקבע את הטבעת במקומה. מניחים ריבוע של גזה תיל על הטבעת כדי ליצור פלטפורמה.
- לאחר מכן, הדקו בקבוק Erlenmeyer של 500 מ"ל על הרציף עם מהדק בעל 3 שיניים. תקן מהדק מדחום מעל מהדק שלוש שיניים וסובב הרחק מן הצלוחית.
- ברגע שהמלחציים נמצאים במקומם, הסירו את בקבוק Erlenmeyer. מניחים כמה שבבים רותחים בבקבוק וממלאים אותו לסימן 500 מ"ל במים נטולי יונים.
- מלאו של 400 מ"ל במים נטולי יונים. הדקו את הבקבוק המלא בחזרה למקומו על משטח התיל.
- השג מספר מגבות נייר. קרעו מגבת נייר אחת לרצועות שרוחבן כאורך הצוואר המוארך של צינור הדיומא. הערה: הזיזו את מגבות הנייר מהדרך לפני שתדליקו את מבער הבונזן.
- ודא שחלוץ האש שלך נמצא בהישג יד. לאחר מכן, פתח את סילון הגז, החזק את הקצה המכה קרוב לחלק העליון של מבער הבונזן, וסחט במהירות את הידית הניידת כדי להכות ניצוץ, אשר יצית את הגז.
- לאחר שהדלקתם את הלהבה, סובבו את הצווארון בבסיס החבית כדי להגביר את זרימת האוויר, מה שיהפוך את הלהבה לחמה יותר. סובב את שסתום הגז כדי להגדיל את גובה הלהבה לכ 4 – 6 אינץ '. הערה: תלמיד אחד חייב להישאר בתחנת העבודה בזמן שמבער הבונזן נמצא בשימוש.
- הניחו את צינור הדומה בכד נקי של 100 מ"ל והביאו אותו לאיזון אנליטי.
- Tare את כד הפלסטיק בנפח 250 מ"ל. השתמש במגבון מעבדה כדי להסיר עקבות אבק ושמנים מכל פני השטח של הצינור.
- החזיקו את הצינורית הנקייה במגבון מעבדה טרי והעבירו אותה בזהירות לכד הפלסטיק. רשום את המסה של שפופרת דיומא הריקה במחברת המעבדה שלך.
  טבלה 1: מסה מולרית של נוזל לא ידוע
  
  גירסת ניסיון Mass _{Dumas Tube} _{+ Unknown} Mass_{Empty Dumas Tube} Mass_Unknown
  1
  2
  3
  4
  מסה ממוצעת_{לא ידועה}
  סטיית תקן
  <גבול טבלה="1" cellpadding="1" cellspacing="1" height="356" width="546"> לחץ (hPa) טמפרטורה (ºC) טמפרטורה (K) _{צינור מסה מלא במים} (גרם) _מים המוניים (גרם) _{צפיפות מים}(גר'/ס"מ³) 1 _{נפח גז} (ס"^{מ 3}) _גז שומות (n) מסה מולרית_{לא ידועה}(g/mol) אחוז שגיאה (%) R תיאורטי (hPa·cm³/mol·K) 8.314 × 10⁴ R מחושב (hPa·cm³/mol·K) ההבדל בין R תיאורטי למחושב לחץ כאן להורדת טבלה 1
- השתמש במגבון מעבדה כדי להעביר את הצינור בחזרה בכד 100 מ"ל שלך.
- כאשר המדריך שלך קורא לך, הבא את צינור Dumas בכוס למכסה המנוע הייעודי שבו המדריך שלך יוסיף נפח קטן של הלא ידוע לצינור.
- עטפו את צוואר צינור Dumas במגבות נייר כדי לסייע בשמירה על טמפרטורה קבועה.
- ברגע שהמים בבקבוק Erlenmeyer רותחים, אבטחו את צינור Dumas במהדק המדחום. בזהירות לסובב את המהדק כך הצינור הוא בשורה עם צוואר בקבוק Erlenmeyer ולאט לאט להוריד את המהדק עד הגוף של צינור Dumas הוא שקוע לחלוטין במים רותחים. הערה: אין לגעת בצלוחית.
- ברגע שצינור Dumas נמצא במקומו, תקן את מהדק המדחום במקומו וציין את השעה.
- עכשיו, המתן עד שהנוזל הלא ידוע שלך יתאדה, וזה אמור לקחת 3 – 5 דקות. הערה: מעל המים בבקבוק בכל פעם שמפלס המים יורד.
- ברגע שאינכם יכולים לראות נוזל בצינור, שימו לב לזמן והמתינו 3 דקות נוספות כדי לאפשר לטמפרטורת האדים וללחץ להתאזן עם סביבתם.
- הרימו את מהדק המדחום כדי להרים את צינור הדומה מהמים הרותחים. סובב את המהדק הרחק מהבקבוק כך שהצינור יוכל להתקרר באוויר הסביבה.
- לאחר 2 – 3 דקות, יבשו בזהירות את החלק החיצוני של הצינור עם מגבות נייר. הערה: טיפות המים עדיין עשויות להיות חמות.
- המתן עד שהצינור יתקרר לטמפרטורת החדר כדי שהאדים יתעבו במלואם. לאחר הקירור, הסר את הצינור מהמהדק וייבש את כל שאריות המים שנותרו על הצינור לפני הצבתו בכד 100 מ"ל. הערה: מים שיוריים יוסיפו מסה.
- נשא את הכד לאיזון ונקה את החלק החיצוני של הצינור עם מגבון מעבדה. למדוד את המסה. רשום זאת במחברת המעבדה שלך כמסה אחת לאחר המשפט.
- בצע שלושה ניסויים נוספים באותו אופן. כדי למצוא את המסה של הלא ידוע שנותר לאחר כל משפט, הפחיתו את המסה של צינור דיומא הריק מכל מסה שלאחר המשפט.
- כשתסיימו את הניסוי הרביעי, כבו את הגז כדי לכבות את מבער הבונזן. יש להמתין 5 דקות לפני פירוק הטבעת, הגזה ומבער הבונזן ממעמד הטבעת.
קביעת עוצמת הקול של שפופרת דומא<לחצן class="expand">הרחב
- מלאו של 400 מ"ל במים נטולי יונים, והצטיידו בכמה מגבות נייר.
- מדוד את טמפרטורת המים ורשום את הטמפרטורה במחשב הנייד של המעבדה.
- במכסה המנוע של המדריך, ממלאים מזרק של 20 מ"ל במים מהכוס ומחברים מחט למזרק.
- הכניסו בזהירות את המחט לצינור Dumas ודחפו את המים לתוך הצינור. הערה: הימנעו מיצירת בועות אוויר מכיוון שבסופו של דבר יש לסלק את כל האוויר מהצינור.
- ברגע שהמזרק מתרוקן, מוציאים את המחט, ממלאים את המזרק במים, מחברים מחדש את המזרק ומוסיפים את המים לצינור. חזור על תהליך זה עד שצינור הדומה מלא, ללא בועות אוויר נראות לעין.
- יבשו היטב את החלק החיצוני של צינור הדיומא. לאחר מכן, שקלו את הצינור המלא במים והפחיתו את מסת הצינור הריק כדי למצוא את מסת המים.
- הקלט את לחץ האוויר בחדר מהברומטר של המעבדה.
- חבר את הזרוע הצדדית של בקבוק Büchner למשאבת הוואקום או לשואב האבק הביתי באמצעות צינורות סיליקון.
- מהדקים את בקבוק המסנן זקוף במכסה המנוע. הכנס פקק חור יחיד עם מתאם צינורות לפיו של בקבוק ביכנר והכנס קצה אחד של חתיכת צינור לטקס מעל המתאם. התאימו את הקצה השני של צינור הלטקס מעל הקצה המוארך של צינור הדומה.
- השתמש במהדק המדחום כדי להחזיק את צינור Dumas הפוך, ולאחר מכן פתח את קו הוואקום כדי לנקז במהירות את המים לתוך בקבוק המסנן. ברגע שצינור הדיומא מתרוקן, סגור את קו הוואקום ופתח את בקבוק המסנן ואת צינור דומא לאוויר.
- החזירו את צינור Dumas לכוס של 100 מ"ל והביאו אותה בזהירות למדריך שלכם, אשר יפזר 1 מ"ל אצטון לתוך הצינור.
- נערו את הצינור עד שכל טיפות המים בצינור התערבבו עם האצטון והחלק הפנימי של הצינור נראה יבש. החזירו את הצינור היבש למדריך. הערה: אם נוזל כלשהו עדיין נראה בצינור, החזיקו את הצינור הפוך מעל ריקה עד שהאצטון יתאדה או יטפטף מהשפופרת.
- יש לפרק את מנגנון יניקת הוואקום ולהשליך פסולת אורגנית ומזוהמת אורגנוהלידים במיכל המתאים. שפכו את שאריות המים שעברו דה-יוניזציה במורד הניקוז ושטפו את כלי הזכוכית בהתאם לנהלי המעבדה הסטנדרטיים שלכם.
Results
- קבע את המסה המולרית של התרכובת הלא ידועה שלך. התחל בקביעת שומות האדים באמצעות חוק הגז האידיאלי. הערה: כאשר האדים בצינור נמצאים בשיווי משקל עם סביבתם, יש להם את אותו לחץ כמו החדר ואת אותה טמפרטורה כמו המים הרותחים.
- עבור הנפח, קבע את מסת המים שמילאה את צינור דיומא. הערה: צפיפות המים היא כ-1 גרם/ס"מ³.
- בחר את הערך של קבוע הגז האידיאלי עם היחידות הקרובות ביותר לאלה שבהן השתמשת והמר יחידות שאינן תואמות, כגון טמפרטורה.
- פתור כדי לקבל את מספר השומות של גז בתנאים אלה.
- מצא את המסה הממוצעת של הלא ידוע מארבעת הניסויים.
- חשב את סטיית התקן כדי לראות עד כמה התוצאות שלך היו עקביות. חלק את המסה הממוצעת במספר השומות המחושב כדי למצוא את המסה המולרית המשוערת של הלא נודע שלך.
- השוו ערך זה למסות המולריות של שלושת המועמדים עבור הלא ידוע שלכם - טריכלורואתילן, 1,2-דיכלורואתאן ו-2-ברומופרופאן.
- זהה את המועמד עם המסה המולרית הקרובה ביותר וחשב את אחוז השגיאה. הערה: גזים נוטים לחקות התנהגות אידיאלית בלחץ אטמוספרי, ולכן אתה צריך להיות בטווח של 10% מערך הספרות.
- עכשיו שאתם יודעים את המסה המולרית האמיתית של התרכובת שלכם, חשבו מחדש את מספר השומות מהמסה הממוצעת שלכם. באמצעות אותו לחץ, נפח וטמפרטורה כמו קודם, לפתור עבור קבוע הגז. ההבדל בין הקבוע המחושב לקבוע האוניברסלי מייצג את הסטייה מהתנהגות הגז האידיאלית.

Browse More Videos

צינור דומאס

חישוב מסה מולרית

התאיידות ועיבוי

מבער בנזן

גירסת ניסיון	Mass _{Dumas Tube} _{+ Unknown}	Mass_{Empty Dumas Tube}	Mass_Unknown
1
2
3
4
מסה ממוצעת_{לא ידועה}
סטיית תקן

חוק הגז האידיאלי

טבלה 1: מסה מולרית של נוזל לא ידוע

Browse More Videos