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.

Закон идеального газа

Основные понятия Подготовка преподавателя Протокол для студентов

0 просмотров04:06 мин.

Газ — это просто дисперсный образец вещества, который является жидким и свободно расширяется, занимая доступное пространство. Однако определенное количество молекул газа занимает определенный объем при определенной температуре и давлении. Мы можем описать поведение газа при этих параметрах, используя закон идеального газа, который использует универсальную газовую постоянную R, чтобы связать все эти переменные.

Универсальная газовая постоянная равна 8,314 джоулей на моль Кельвина. Это уравнение позволяет нам понять соотношения состояний в газообразной системе. Например, в системе с постоянной температурой и давлением мы знаем, что добавление большего количества молей газа приводит к увеличению объема. Точно так же мы можем посмотреть на систему постоянной температуры и молей и увидеть, что уменьшение объема приводит к увеличению давления.

Одна из проблем заключается в том, что закон идеального газа описывает поведение газов идеально. Так что же мы имеем в виду? Идеальное поведение предполагает, что, во-первых, сами молекулы бесконечно малы и по существу не имеют объема, а расстояние между молекулами значительно больше, чем размер отдельной молекулы.

Во-вторых, мы предполагаем, что м

Print Procedure Steps

Источник: Смаа Корайм из Университета Джонса Хопкинса, доктор медицины, США

Определение массы неизвестной жидкости

Согласно закону идеального газа для данного давления, температуры и объема, количество молей газа в этом объеме всегда одинаково. В этой лабораторной работе вы будете использовать эту зависимость для вычисления молярной массы неизвестной жидкости. Вы погрузите трубку Дюма, содержащую неизвестную жидкость, в кипящую воду, чтобы испарить растворитель. Подождав несколько минут, пока пар уравновесится с окружающей средой, вы дадите пару конденсироваться, а затем измерите массу жидкости в трубке. Молярная масса не изменяется в зависимости от фазы, поэтому масса конденсированной жидкости такая же, как масса пара.

Неизвестные жидкости летучи, токсичны и могут быть легковоспламеняющимися, поэтому вы будете работать в вытяжном шкафу. Ваш инструктор выдаст вам назначенное неизвестное в пробирку Дюма. Всегда держите трубку Дюма направленной вдали от себя и окружающих. В этой части лаборатории для кипячения воды используется горелка Бунзена. Следите за тем, чтобы рукава, волосы и незнакомая жидкость находились подальше от пламени, и будьте осторожны при работе с горячими жидкостями, стеклом и металлом.

Перед началом лаборатории наденьте лабораторный халат, защитные очки и две пары нитриловых перчаток. заметка: Ацетон и неизвестные жидкости быстро проникают в нитриловые перчатки, поэтому приобретите новые перчатки, если вы прикоснетесь к любой из этих жидкостей. Дайте старым перчаткам высохнуть в капюшоне, прежде чем выбрасывать их.
Подсоедините один конец куска латексной трубки к зазубренному входу горелки Бунзена. Подсоедините другой конец трубки к газовой струе в вытяжке. Убедитесь, что воротник у основания горелки Бунзена закрыт.
Установив горелку Бунзена на основании лабораторной подставки, установите кольцевой приспособление на лабораторную стойку над горелкой Бунзена и отрегулируйте кольца так, чтобы она была по центру на 2 дюйма выше пламени. Затяните зажим, чтобы зафиксировать кольцо на месте. Положите квадрат из проволочной марли на кольцо, чтобы получилась платформа.
Затем зажмите колбу Эрленмейера объемом 500 мл на платформе с помощью 3-контактного зажима. Закрепите хомут термометра над трехконтактным хомутом и поверните в сторону от колбы.
Как только зажимы будут на месте, снимите колбу Эрленмейера. Поместите в колбу несколько кипящих чипсов и заполните ее до отметки 500 мл деионизированной водой.
Наполни стакан объемом 400 мл деионизированной водой. Зажмите наполненную колбу обратно на проволочную платформу.
Достаньте несколько бумажных полотенец. Разорвите одно бумажное полотенце на полоски шириной примерно равной длине удлиненной горловины трубки Дюма. заметка: Отодвиньте бумажные полотенца в сторону, прежде чем зажечь горелку Бунзена.
Убедитесь, что ваш огнеупор находится в пределах легкой досягаемости. Затем откройте газовую форсунку, прижмите ударный конец к верхней части горелки Бунзена и быстро сожмите подвижную ручку, чтобы ударить по искре, которая воспламенит газ.
Как только ты зажжешь пламя, поверни воротник у основания бочки, чтобы увеличить поток воздуха, который сделает пламя еще горячее. Поверните газовый клапан, чтобы увеличить высоту пламени примерно до 4-6 дюймов. заметка: Один ученик должен оставаться на рабочем месте во время работы горелки Бунзена.
Поместите пробирку Дюма в чистый стакан объемом 100 мл и доведите его до аналитических весов.
Это пластиковый стакан объемом 250 мл. С помощью лабораторной салфетки удалите следы пыли и масел со всей поверхности пробирки.

Подержите чистую пробирку в свежей лабораторной салфетке и осторожно переложите ее в пластиковый стакан. Запишите массу пустой пробирки Дюма в лабораторный блокнот.

Таблица 1: Молярная масса неизвестной жидкости

Trial	Массовая_{трубка Дюма} _{+ неизвестно}	Масса_{пустой трубки Дюма}	Масса_{неизвестна}
1
2
3
4
Средняя масса_{неизвестна}
стандартное отклонение

Давление (гПа)
Температура (ºC)
Температура (К)
Массовая_{трубка заполнена водой} (г)
Масса_воды (г)
Плотность_воды(г/^см3)	1
Объем_газа (см³)
_Газ для кротов (n)
Молярная масса_{неизвестна}(г/моль)
Процент погрешности (%)
Теоретическая R (гПа·см³/моль·K)	8.314 × 10⁴
Расчетное R (гПа·см³/моль·K)
Разница между теоретическим и расчетным R

Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу 1

Используйте лабораторную салфетку, чтобы перенести пробирку обратно в стакан объемом 100 мл.
Когда ваш инструктор звонит вам, поднесите трубку Дюма в стакане к назначенному дозатору, где ваш инструктор добавит небольшой объем неизвестного в трубку.
Оберните горлышко трубки Дюма бумажными полотенцами, чтобы поддерживать постоянную температуру.
Как только вода в колбе Эрленмейера закипит, закрепите трубку Дюма в зажиме термометра. Осторожно поверните хомут так, чтобы трубка оказалась на одной линии с горлышком колбы Эрленмейера и медленно опустите хомут до полного погружения корпуса пробирки Дюма в кипящую воду. заметка: Не прикасайтесь к колбе.
Как только трубка Дюма будет на месте, закрепите зажим термометра на месте и запишите время.
Теперь подожди, пока твоя неизвестная жидкость испарится, что должно занять 3-5 минут. заметка: Доливайте воду в колбу всякий раз, когда уровень воды падает.
Как только вы не увидите жидкости в пробирке, запишите время и подождите еще 3 минуты, чтобы температура и давление пара уравновесились с окружающей средой.
Поднимите зажим термометра, чтобы поднять трубку Дюма из кипящей воды. Поверните зажим в сторону от колбы, чтобы трубка могла охлаждаться на окружающем воздухе.
Через 2-3 минуты тщательно высушите пробирку снаружи бумажными полотенцами. заметка: Капли воды могут быть еще горячими.
Подождите, пока трубка остынет до комнатной температуры, чтобы пар полностью конденсировался. После охлаждения извлеките трубку из зажима и высушите все оставшиеся на ней следы воды, прежде чем поместить ее в стакан объемом 100 мл. заметка: Остаточная вода добавит массы.
Поднесите стакан на весы и очистите пробирку снаружи лабораторной салфеткой. Измерьте массу. Запишите это в свой лабораторный блокнот как массу после испытания.
Проведи еще три испытания таким же образом. Чтобы найти массу оставшейся неизвестной после каждой попытки, вычтите массу пустой трубки Дюма из каждой массы после испытания.
Когда ты закончишь 4-е испытание, выключи газ, чтобы погасить горелку Бунзена. Подождите 5 минут, прежде чем демонтировать кольцо, марлю и горелку Бунзена с подставки для колец.

Определение объема трубки Дюма<кнопка class="expand">Expand
- Наполните стакан объемом 400 мл деионизированной водой и возьмите несколько бумажных полотенец.
- Измерьте температуру воды и запишите температуру в свой лабораторный блокнот.
- На капюшоне инструктора наполните шприц объемом 20 мл водой из стакана и подсоедините иглу к шприцу.
- Осторожно вставьте иглу в трубку Дюма и протолкните воду в трубку. заметка: Избегайте образования пузырьков воздуха, так как весь воздух в конечном итоге должен быть удален из трубки.
- Как только шприц опустеет, извлеките иглу, наполните шприц водой, снова подсоедините шприц и добавьте воду в трубку. Повторяйте этот процесс до тех пор, пока трубка Дюма не заполнится, и не останется видимых пузырьков воздуха.
- Тщательно высушите пробирку Дюма снаружи. Затем взвесьте наполненную водой трубку и вычтите массу пустой трубки, чтобы найти массу воды.
- Запишите давление воздуха в комнате с помощью лабораторного барометра.
- Подключите колбу Бюхнера с зазубренными краями к вакуумному насосу или домашнему пылесосу с помощью силиконовой трубки.
- Зажмите колбу с фильтром вертикально в колпаке. Вставьте пробку с одним отверстием с адаптером для трубки в горлышко колбы Büchner и наденьте один конец куска латексной трубки на адаптер. Наденьте другой конец латексной трубки на удлиненный конец трубки Дюма.
- Используйте зажим для термометра, чтобы удерживать трубку Дюма вверх ногами, затем откройте вакуумную линию, чтобы быстро слить воду в фильтрующую колбу. Как только трубка Дюма опустеет, закройте вакуумную линию и откройте колбу фильтра и трубку Дюма для подачи воздуха.
- Поместите пробирку Дюма обратно в стакан объемом 100 мл и осторожно поднесите его своему инструктору, который выдаст 1 мл ацетона в пробирку.
- Встряхните пробирку, пока все капли воды в пробирке не смешаются с ацетоном и внутренняя часть пробирки не станет сухой. Верните сухую трубку инструктору. заметка: Если в пробирке все еще видна жидкость, держите пробирку вверх дном над пустым стаканом, пока ацетон не испарится или не вытечет из пробирки.
- Разберите вакуумный всасывающий аппарат и утилизируйте органические и загрязненные органогалидами отходы в соответствующем контейнере. Слейте остатки деионизированной воды в канализацию и вымойте стеклянную посуду в соответствии со стандартными лабораторными процедурами.
Результаты<кнопка class="развернуть">Развернуть
- Определи молярную массу вашего неизвестного соединения. Начните с определения молей пара с помощью закона идеального газа. Примечание: Когда пар в трубке находится в равновесии с окружающей средой, он имеет то же давление, что и помещение, и ту же температуру, что и кипящая вода.
- Для объема определите массу воды, заполнившей трубку Дюма. заметка: Плотность воды составляет около 1 г/см³ .
- Выберите значение идеальной газовой постоянной с наиболее близкими единицами измерения к тем, которые вы использовали, и преобразуйте любые несовпадающие единицы, такие как температура.
- Решите, чтобы получить количество молей газа в этих условиях.
- Найдите среднюю массу неизвестного из четырех испытаний.
- Рассчитайте стандартное отклонение, чтобы увидеть, насколько последовательными были ваши результаты. Разделите среднюю массу на вычисленное количество моль, чтобы найти приблизительную молярную массу вашего неизвестного имени.
- Сравните это значение с молярными массами трех кандидатов на ваше неизвестное - трихлорэтилена, 1,2-дихлорэтана и 2-бромпропана.
- Определите кандидата с ближайшей молярной массой и рассчитайте процент погрешности. заметка: Газы имеют тенденцию имитировать идеальное поведение при атмосферном давлении, поэтому вы должны быть в пределах 10% от литературного значения.
- Теперь, когда вы знаете фактическую молярную массу вашего соединения, пересчитайте количество молей от вашей средней массы. Используя те же давление, объем и температуру, что и раньше, решите для газовой постоянной. Разница между расчетной константой и универсальной константой представляет собой отклонение от идеального поведения газа.