理想気体の法則

出典:米国ジョンズ・ホプキンス大学(米国メリーランド州)のSmaa Koraym

1. 未知の液体の質量を決定するExpand

   特定の圧力、温度、および体積の理想気体の法則によれば、その体積に含まれるガスのモル数は常に同じです。このラボでは、その関係を使用して、未知の液体のモル質量を計算します。未知の液体が入ったデュマ管を沸騰したお湯に浸して、溶媒を気化させます。蒸気が周囲と平衡化するのを数分待った後、蒸気を凝縮させてから、チューブ内の液体の質量を測定します。モル質量は相によって変化しないため、凝縮した液体の質量は蒸気の質量と同じです。

   未知の液体は揮発性で有毒であり、可燃性である可能性があるため、ドラフト内で作業します。あなたのインストラクターは、あなたのためにあなたの割り当てられた未知のものをあなたのデュマチューブに分配します。デュマチューブは常に自分や他の人から遠ざけてください。ラボのこのセクションでは、ブンゼンバーナーを使用して水を沸騰させます。袖、髪の毛、未知の液体を炎から遠ざけるように注意し、高温の液体、ガラス、金属の周りで作業するときは注意してください。

   • ラボを開始する前に、白衣、安全メガネ、および2組のニトリル手袋を着用してください。手記：アセトンと未知の液体はニトリル手袋に急速に浸透するため、これらの液体のいずれかに触れた場合は新しい手袋を入手してください。古い手袋はフードで乾かしてから捨ててください。
   • ラテックスチューブの一端をブンゼンバーナーのとげのある入口に接続します。チューブのもう一方の端をフードのガスジェットに接続します。ブンゼンバーナーの基部にあるカラーが閉じていることを確認します。
   • ラボスタンドのベースにブンゼンバーナーを取り付け、ブンゼンバーナーの上のラボスタンドにリング固定具を取り付け、リングが炎から2インチ上になるように調整します。clを締めますamp リングを所定の位置に固定します。リングに正方形のワイヤーガーゼを置いてプラットフォームを作ります。
   • 次に、500mLの三角フラスコを3ピンクランプでプラットフォームに固定します。温度計clを固定しますamp 3極clagの上に、フラスコから離れるように回転させます。
   • クランプが所定の位置にあるとしたら、三角フラスコを取り外します。フラスコに沸騰チップを数個入れ、脱イオン水で500mLのマークまで満たします。
   • 400mLのビーカーに脱イオン水を入れます。clamp 充填されたフラスコをワイヤープラットフォームの所定の位置に戻します。
   • ペーパータオルを数枚用意します。1枚のペーパータオルを、デュマチューブの細長い首の長さとほぼ同じ幅のストリップに引き裂きます。手記：ブンゼンバーナーに火をつける前に、ペーパータオルを邪魔にならないように動かしてください。
   • あなたのファイヤーストライカーが簡単に手の届くところにあることを確認してください。次に、ガスジェットを開き、ストライクエンドをブンゼンバーナーの上部に近づけ、可動ハンドルをすばやく握って火花を散らし、ガスに点火します。
   • 炎に火をつけたら、バレルの基部にあるカラーを回して空気の流れを増やします。これにより、炎が熱くなります。ガスバルブを回して、炎の高さを約4〜6インチに上げます。手記： ブンゼンバーナーの使用中は、1人の学生がワークステーションに留まる必要があります。
   • Dumasチューブを清潔な100mLビーカーに入れ、分析天び
     んにします。
   • 250mLのプラスチックビーカーを風袋引きします。ラボラトリーワイプを使用して、チューブの表面全体からほこりや油の痕跡を取り除きます。
   • きれいなチューブを新しい実験室のワイプに保持し、プラスチックビーカーに慎重に移します。空のデュマチューブの質量をラボノートに記録します。

     表1:未知の液体のモル質量

     トライアル	マスデュマチューブ+不明	大量の空のデュマチューブ	質量不明
     1
     2
     3
     4
     平均質量不明
     標準偏差

     圧力(hPa)
     温度(°C)
     温度(K)
     水で満たされたマスチューブ(g)
     質量水(g)
     密度水(g / cm3)	1
     体積ガス(cm3)
     モルガス(n)
     モル質量不明 (g/mol)
     エラー率 (%)
     理論上のR (hPa・cm3/mol・K)	8.314 × 104
     計算値R(hPa・cm3/mol・K)
     理論値と計算値Rの違い

     表 1 をダウンロードするにはここをクリックしてください
   • ラボ用ワイプを使用して、チューブを100mLビーカーに戻します。
   • インストラクターから電話がかかってきたら、ビーカーに入ったデュマチューブを指定されたディスペンシングフードに持って行き、インストラクターがチューブに未知なるものを少量追加します。
   • デュマチューブの首をペーパータオルで包み、一定の温度を維持します。
   • 三角フラスコの水が沸騰したら、デュマ管を温度計クランプに固定します。チューブが三角フラスコネックと揃うようにクランプを慎重に回転させ、デュマチューブの本体が沸騰したお湯に完全に浸るまでクランプをゆっくりと下げます。手記：フラスコには触れないでください。
   • デュマ管が所定の位置に来たら、温度計クランプを所定の位置に固定し、時間をメモします。
   • さて、未知の液体が気化するのを待ちます。これには3〜5分かかります。手記：水位が下がるたびにフラスコで水を補充します。
   • チューブ内に液体が見えなくなったら、時間をメモし、さらに3分間待って蒸気の温度と圧力が周囲と平衡化するのを待ちます。
   • 温度計クランプを上げて、デュマ管を沸騰したお湯から持ち上げます。clを回転させますamp フラスコから離れて、チューブが周囲の空気で冷却されるようにします。
   • 2〜3分後、チューブの外側をペーパータオルで丁寧に乾かします。手記： 水滴はまだ熱いかもしれません。
   • チューブが室温まで冷えるのを待って、蒸気が完全に凝縮するのを待ちます。冷めたら、チューブをクランプから取り外し、チューブに残っている微量の水を乾かしてから、100 mLビーカーに入れます。手記： 残留水は質量を追加します。
   • ビーカーをバランスよく運び、実験室のワイプでチューブの外側を清掃します。質量を測定します。これを試験後の1つの塊としてラボノートに記録します。
   • 同じ方法でさらに3回の試行を実行します。各試行後に残りの不明の質量を見つけるには、各試行後の質量から空のデュマ管の質量を引きます。
   • 4回目の試行が終わったら、ガスを止めてブンゼンバーナーを消火してください。5分ほど待ってから、リングスタンドからリング、ガーゼ、ブンゼンバーナーを分解します。
2. デュマチューブの体積を決定するExpand
   • 400mLのビーカーに脱イオン水を入れ、ペーパータオルを数枚用意します。
   • 水の温度を測定し、その温度を実験ノートに記録します。
   • インストラクターのフードで、20mLの注射器にビーカーからの水を入れ、注射器に針を接続します。
   • 針をデュマのチューブに慎重に挿入し、チューブに水を押し込みます。手記：最終的にはすべての空気をチューブから排除する必要があるため、気泡の形成を避けてください。
   • 注射器が空になったら、針を取り外し、注射器に水を補充し、注射器を再接続し、チューブに水を追加します。デュマチューブがいっぱいになり、気泡が見えなくなるまで、このプロセスを繰り返します。
   • デュマチューブの外側を完全に乾かします。次に、水で満たされたチューブの重量を量り、空のチューブの質量を差し引いて、水の質量を求めます。
   • ラボバロメーターから部屋の空気圧を記録します。
   • ビュヒナーフラスコのとげのあるサイドアームをシリコンチューブを使用して真空ポンプまたはハウスバキュームに接続します。
   • フィルターフラスコをフードに直立させてクランプします。チューブアダプター付きの単一穴ストッパーをビュヒナーフラスコの口に挿入し、ラテックスチューブの一端をアダプターに取り付けます。ラテックスチューブのもう一方の端をデュマチューブの細長い端に取り付けます。
   • 温度計クランプを使用してデュマ管を逆さまに保持し、真空ラインを開いて水をフィルターフラスコに急速に排出します。デュマチューブが空になったら、バキュームラインを閉じ、フィルターフラスコとデュマチューブを空気に開きます。
   • デュマのチューブを100mLのビーカーに戻し、慎重にインストラクターに持って行きます。インストラクターは1mLのアセトンをチューブに分配します。
   • チューブ内のすべての水滴がアセトンと混ざり合い、チューブの内側が乾くまでチューブを振ってください。ドライチューブをインストラクターに戻します。 手記： チューブ内に液体がまだ見える場合は、アセトンが蒸発するかチューブから滴り落ちるまで、空のビーカーの上でチューブを逆さまに保持します。
   • 真空吸引装置を分解し、有機物および有機ハロゲン化物で汚染された廃棄物を適切な容器に捨てます。残った脱イオン水を排水溝に流し、ラボの標準的な手順に従ってガラス器具を洗います。
3. ResultsExpand
   • 未知の化合物のモル質量を決定します。理想気体の法則を使用して蒸気のモル数を決定することから始めます。注:チューブ内の蒸気が周囲と平衡状態にあるとき、それは部屋と同じ圧力と沸騰したお湯と同じ温度を持ちます。
   • 容量については、デュマ管を満たした水の質量を決定します。手記：水の密度は約1g / cm³です。
   • 使用した単位に最も近い単位の理想気体定数の値を選択し、温度などの不一致の単位を変換します。
   • これらの条件下でのガスのモル数を取得するために解決します。
   • 4回の試行から未知数の平均質量を求めます。
   • 標準偏差を計算して、結果がどの程度一貫していたかを確認します。平均質量を計算されたモル数で割って、未知数のおおよそのモル質量を求めます。
   • その値を、未知の3つの候補(トリクロロエチレン、1,2-ジクロロエタン、2-ブロモプロパン)のモル質量と比較してください。
   • 最も近い分子量を持つ候補を特定し、誤差の割合を計算します。手記：ガスは大気圧での理想的な動作を模倣する傾向があるため、文献値の 10% 以内に収まる必要があります。
   • 化合物の実際のモル質量がわかったので、平均質量からモル数を再計算します。前と同じ圧力、体積、温度を使用して、ガス定数を解きます。計算された定数とユニバーサル定数の差は、理想気体の挙動からの偏差を表します。