이상 기체 법칙

출처: Smaa Koraym at Johns Hopkins University, MD, USA

1. 확장

   주어진 압력, 온도 및 부피에 대한 이상 기체 법칙에 따르면 해당 부피에서 기체의 몰 수는 항상 동일합니다. 이 실습에서는 이 관계를 사용하여 미확인 액체의 몰 질량을 계산합니다. 알 수 없는 액체가 들어 있는 Dumas 튜브를 끓는 물에 담가 용매를 기화시킵니다. 증기가 주변 환경과 평형을 이룰 때까지 몇 분 동안 기다린 후 증기를 응축시킨 다음 튜브에 있는 액체의 질량을 측정합니다. 몰 질량은 위상에 따라 변하지 않으므로 응축된 액체의 질량은 증기의 질량과 같습니다.

   알려지지 않은 액체는 휘발성, 독성 및 가연성일 수 있으므로 흄 후드에서 작업하게 됩니다. 강사가 할당된 미지수를 Dumas 튜브에 분배할 것입니다. 항상 Dumas 튜브를 자신과 다른 사람에게서 멀리 향하게 하십시오. 실험실의 이 섹션에서는 분젠 버너를 사용하여 물을 끓입니다. 소매, 머리카락 및 알 수 없는 액체를 화염에 가까이 두지 않도록 주의하고 뜨거운 액체, 유리 및 금속 주변에서 작업할 때 주의하십시오.

   • 실험실을 시작하기 전에 실험복, 보안경, 니트릴 장갑 두 켤레를 착용하십시오. 메모: 아세톤과 알 수 없는 액체는 니트릴 장갑에 빠르게 침투하므로 이러한 액체에 닿을 경우 새 장갑을 구입하십시오. 낡은 장갑을 버리기 전에 후드에서 말리십시오.
   • 라텍스 튜빙 조각의 한쪽 끝을 분젠 버너의 미늘 입구에 연결합니다. 튜브의 다른 쪽 끝을 후드의 가스 제트에 연결합니다. Bunsen 버너 바닥의 칼라가 닫혀 있는지 확인합니다.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "1-5">
   실험실 스탠드 바닥에 Bunsen 버너를 놓고 Bunsen 버너 위의 실험실 스탠드에 링 고정 장치를 끼우고 불꽃에서 2인치 위 중앙에 오도록 링을 조정합니다. 클램프를 조여 링을 제자리에 고정합니다. 반지에 사각형의 철사 거즈를 놓아 플랫폼을 만듭니다.
   • 그런 다음 500구 클램프로 플랫폼에 3mL Erlenmeyer 플라스크를 고정합니다. 온도계 cl을 고정하십시오.amp 세 갈래 cl 위에 clamp 플라스크에서 멀리 회전합니다.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "1-7">
   클램프가 제자리에 고정되면 삼각 플라스크를 제거합니다. 플라스크에 끓는 칩 여러 개를 넣고 탈이온수로 500mL 표시까지 채웁니다.
   < 데이터 - 하위 메모 - 항목 = "1-8">
   400mL 비커에 탈이온수를 채웁니다. 채워진 플라스크를 와이어 플랫폼의 제자리에 다시 고정합니다.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "1-9">
   종이 타월 여러 장을 구하십시오. 종이 타월 하나를 Dumas 튜브의 길쭉한 목 길이만큼 넓게 찢습니다. 메모: 분젠 버너에 불을 붙이기 전에 종이 타월을 치우십시오.
   • 파이어 스트라이커가 쉽게 닿을 수 있는 곳에 있는지 확인하십시오. 그런 다음 가스 제트를 열고 타격 끝을 분젠 버너 상단 가까이에 잡고 이동식 핸들을 빠르게 쥐어 스파크를 일으키면 가스가 점화됩니다.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "1-11">
   불꽃을 켠 후 배럴 바닥의 칼라를 돌려 공기 흐름을 증가시켜 불꽃을 더 뜨겁게 만듭니다. 가스 밸브를 돌려 화염의 높이를 약 4 – 6인치로 높입니다. 메모: 한 명의 학생은 Bunsen 버너가 사용되는 동안 워크스테이션에 남아 있어야 합니다.
   < 데이터 - 하위 메모 - 항목 = "1-12">
   Dumas 튜브를 깨끗한 100mL 비커에 넣고 분석 저울에 넣습니다.
   < 데이터 하위 메모 항목 = "1-13">
   250mL 플라스틱 비커의 무게를 싣습니다. 실험실용 물티슈를 사용하여 튜브 전체 표면에서 먼지와 기름의 흔적을 제거합니다.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "1-14">
   깨끗한 튜브를 새 실험실 물티슈에 넣고 플라스틱 비커에 조심스럽게 옮깁니다. 빈 Dumas 튜브의 질량을 실험실 노트에 기록하십시오.
   표 1: 알 수 없는 액체의 몰 질량
   시험판	MassDumas 튜브 + 알 수 없음	질량 빈 Dumas 튜브	질량알 수 없음
   1
   2
   3
   4
   평균 질량알 수 없음
   표준 편차
   <표 테두리 ="1" cellpadding ="1" cellspacing="1" 높이 ="356" 너비 ="546"> 압력 (hPa) 온도(ºC) 온도 (K) _{물로 채워진 질량 튜브} (g) 질량_물 (g) 조밀도_물 (g/cm³) 1 부피_가스 (cm³) 두더지_가스 (n) 몰 질량_불명(g/mol) 백분율 오류(%) 이론적 R (hPa·cm³/mol·K) 8.314 × 10⁴ 계산된 R (hPa·cm³/mol·K) 이론적 R과 계산된 R의 차이점 표 1을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오
   . < 데이터 하위 노트 항목 = "1-15">
   실험실 와이프를 사용하여 튜브를 100mL 비커에 다시 넣습니다.
   • 강사가 전화를 걸면 비커에 있는 Dumas 튜브를 지정된 디스펜싱 후드로 가져와 강사가 튜브에 소량의 미지의 것을 추가합니다.
   < 데이터 하위 메모 항목 = "1-17">
   Dumas 튜브의 목을 종이 타월로 감싸서 일정한 온도를 유지하십시오.
   • 삼각 플라스크의 물이 끓으면 Dumas 튜브를 온도계 클램프에 고정합니다. cl을 조심스럽게 회전amp 튜브가 삼각 플라스크 넥과 정렬되도록 하고 cl을 천천히 내립니다.amp Dumas 튜브의 몸체가 끓는 물에 완전히 잠길 때까지. 메모: 플라스크를 만지지 마십시오.
   • Dumas 튜브가 제자리에 고정되면 온도계 클램프를 제자리에 고정하고 시간을 기록하십시오.
   • 이제 알 수 없는 액체가 기화될 때까지 기다리며 3-5분 정도 걸립니다. 메모: 수위가 내려갈 때마다 플라스크에 물을 붓습니다.
   < 데이터 하위 메모 항목 = "1-21">
   튜브에서 액체가 보이지 않으면 시간을 기록하고 증기 온도와 압력이 주변 환경과 평형을 이룰 때까지 3분 더 기다립니다.
   • 온도계 클램프를 올려 끓는 물에서 Dumas 튜브를 들어 올립니다. cl을 회전amp 튜브가 주변 공기에서 식을 수 있도록 플라스크에서 멀리 떨어뜨립니다.
   • 2-3분 후 튜브 바깥쪽을 종이 타월로 조심스럽게 말리십시오. 메모: 물방울은 여전히 뜨거울 수 있습니다.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "1-24">
   증기가 완전히 응축되도록 튜브가 실온으로 냉각될 때까지 기다립니다. 냉각되면 클램프에서 튜브를 제거하고 100mL 비커에 넣기 전에 튜브에 남아 있는 물 흔적을 건조시킵니다. 메모: 잔여 물은 질량을 추가합니다.
   < 데이터 하위 메모 항목 = "1-25">
   비커를 저울에 올려놓고 실험실 물티슈로 튜브 외부를 청소합니다. 질량을 측정합니다. 이를 실험 후 1 질량으로 실험실 노트에 기록하십시오.
   < 데이터 하위 메모 항목 = "1-26">
   같은 방법으로 세 번 더 시도를 수행합니다. 각 시도 후 나머지 미지의 질량을 찾으려면 각 실험 후 질량에서 빈 Dumas 튜브의 질량을 뺍니다.
   < 데이터 하위 메모 항목 = "1-27">
   4번째 시도를 마치면 가스를 꺼서 분젠 버너를 끄십시오. 링 스탠드에서 링, 거즈, 분젠 버너를 분해하기 전에 5분 정도 기다리십시오.
2. 확장
   < 데이터 하위 메모 항목 = "2-1">
   400mL 비커에 탈이온수를 채우고 종이 타월 몇 장을 구합니다.
   • 물의 온도를 측정하고 실험실 노트에 온도를 기록합니다.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "2-3">
   강사 후드에서 비커의 물을 20mL 주사기에 채우고 주사기에 바늘을 연결합니다.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "2-4">
   바늘을 Dumas 튜브에 조심스럽게 삽입하고 튜브에 물을 밀어 넣습니다. 메모: 튜브에서 모든 공기는 결국 제거되어야 하므로 기포를 형성하지 마십시오.
   < 데이터 하위 메모 항목 = "2-5">
   주사기가 비면 바늘을 제거하고 주사기에 물을 다시 채우고 주사기를 다시 연결한 다음 튜브에 물을 추가합니다. Dumas 튜브가 가득 차고 기포가 보이지 않을 때까지 이 과정을 반복합니다.
   • Dumas 튜브 외부를 완전히 건조시킵니다. 그런 다음 물이 채워진 튜브의 무게를 측정하고 빈 튜브의 질량을 빼서 물의 질량을 구합니다.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "2-7">
   실험실 기압계에서 실내 기압을 기록합니다.
   • 실리콘 튜브를 사용하여 Büchner 플라스크의 가시가 있는 측면 암을 진공 펌프 또는 가정용 진공 청소기에 연결합니다.
   < 데이터 하위 메모 항목 = "2-9">
   필터 플라스크를 후드에 똑바로 세웁니다. 튜빙 어댑터가 있는 단일 구멍 스토퍼를 Büchner 플라스크 입구에 삽입하고 라텍스 튜브 조각의 한쪽 끝을 어댑터 위에 끼웁니다. 라텍스 튜브의 다른 쪽 끝을 Dumas 튜브의 길쭉한 끝 부분에 맞춥니다.
   • 온도계 클램프를 사용하여 Dumas 튜브를 거꾸로 잡은 다음 진공 라인을 열어 필터 플라스크로 물을 빠르게 배출합니다. Dumas 튜브가 비워지면 진공 라인을 닫고 필터 플라스크와 Dumas 튜브를 열어 공기를 주입합니다.
   • Dumas 튜브를 100mL 비커에 다시 넣고 강사에게 조심스럽게 가져가면 강사가 튜브에 1mL의 아세톤을 분배합니다.
   • 튜브의 모든 물방울이 아세톤과 혼합되고 튜브 내부가 건조해질 때까지 튜브를 흔듭니다. 드라이 튜브를 강사에게 반환하십시오. 메모: 튜브에 액체가 여전히 보이면 아세톤이 증발하거나 튜브 밖으로 떨어질 때까지 빈 비커 위에 튜브를 거꾸로 잡습니다.
   • 진공 흡입 장치를 분해하고 유기 할로겐화물로 오염된 폐기물을 적절한 용기에 폐기합니다. 남은 탈이온수를 배수구에 붓고 실험실 표준 절차에 따라 유리 제품을 세척하십시오.
3. 확장
   • 알 수 없는 화합물의 몰 질량을 결정합니다. 이상 기체 법칙을 사용하여 증기의 몰을 결정하는 것으로 시작합니다. 참고 : 튜브의 증기가 주변 환경과 평형을 이루면 실내와 동일한 압력과 끓는 물과 동일한 온도를 갖습니다.
   • 부피의 경우 Dumas 튜브를 채운 물의 질량을 결정하십시오. 메모: 물의 밀도는 약 1g/cm입니다³.
   < 데이터 하위 메모 항목 = "3-3">
   사용한 단위와 가장 가까운 단위로 이상 기체 상수의 값을 선택하고 온도와 같은 일치하지 않는 단위를 변환합니다.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "3-4">
   해당 조건에서 가스의 몰 수를 구하기 위해 풉니다.
   • 4번의 시행에서 미지의 평균 질량을 구합니다.
   < 데이터 하위 메모 항목 = "3-6">
   표준 편차를 계산하여 결과가 얼마나 일관성이 있는지 확인하십시오. 평균 질량을 계산된 몰 수로 나누어 알 수 없는 몰 질량의 대략적인 몰 질량을 찾으십시오.
   < 데이터 하위 노트 항목 = "3-7">
   이 값을 트리클로로에틸렌, 1,2-디클로로에탄 및 2-브로모프로판의 세 가지 후보의 몰 질량과 비교하십시오.
   • 몰 질량이 가장 가까운 후보를 식별하고 백분율 오류를 계산합니다. 메모: 가스는 대기압에서 이상적인 동작을 모방하는 경향이 있으므로 문헌 값의 10% 이내여야 합니다.
   • 이제 화합물의 실제 몰 질량을 알았으므로 평균 질량에서 몰 수를 다시 계산하십시오. 이전과 동일한 압력, 부피 및 온도를 사용하여 기체 상수를 풉니다. 계산된 상수와 범용 상수의 차이는 이상 기체 거동으로부터의 편차를 나타냅니다.