Визначення молярної маси і щільності повітря, контент-платформа

Мета роботи: ознайомлення з одним з методів визначення молярної маси і щільності газу.

Завдання: визначення молярної маси і щільності повітря.

Прилади й приналежності: установка ФПТ1-12, скляна колба, електронні ваги А250, барометр. термометр.

Молярної масою назву маса одного моля речовини. В одиницях СІ ця величина вимірюється в. Молем певної речовини називається кількість цієї речовини, що містить стільки ж структурних елементів (молекул, атомів і т. Д.), Скільки атомів міститься в 0,012 кг ізотопу вуглецю 12С.

Один моль будь-якого газу містить однакове число молекул, зване кількістю Авогадро NА. З дослідів знайдено, що NА = 6,02 × 1023. Молярну масу газу можна визначити з рівняння газового стану.

При не дуже високих тисках, але досить високих температурах газ можна сНовомосковскть ідеальним. Молекули такого газу мають пренебрежимо малий власний обсяг і взаємодіють один з одним на відстані. Зіткнення молекул між собою і зі стінками посудини абсолютно пружні. Стан ідеального газу описується рівнянням Клапейрона-Менделєєва (рівняннястану):

де Р - тиск газу; V - обсяг газу; m - маса газу; # 956; - молярна безліч газу; R = 8,31 Дж / (моль × К) - універсальна газова постійна; Т - абсолютна температура газу.

З рівняння (1) можна отримати формулу для молярної маси газу:

Якщо вимірювання тиску Р, обсягу V, температури Т газу, т. Е. Термодинамічних параметрів стану газу, що входять в формулу (2), не викликає особливих труднощів, то визначення маси виконати практично неможливо, так як зважування газу можливо тільки разом з колбою, в якій він знаходиться. Тому для визначення # 956; необхідно виключити масу посудини. Це можна зробити, розглянувши рівняння стану двох мас m1 і m2 одного і того ж газу при незмінних температурі Т і обсязі V.

Нехай в колбі об'ємом V знаходиться газ масою m1 при тиску Р1 і температурі Т. Рівняння стану (1) для цього газу має вигляд

Відкачаємо частина газу з колби, не змінюючи його температури. Після відкачування маса газу, що залишився в колбі, і його тиск зменшилися. Позначимо їх відповідно m2 і Р2 і знову запишемо рівняння стану

З рівнянь (3) і (4) отримаємо

Отримана формула (5) дає можливість визначити # 956 ;, якщо відома зміна маси газу (але не сама маса), а також зміна тиску, температура і об'єм газу.

У даній роботі досліджуваним газом є повітря, термодинамічні параметри якого такі, що його можна сНовомосковскть ідеальним газом. Повітря являє собою суміш азоту. кисню, вуглекислого газу, аргону та інших газів.

Формула (5) придатна і для визначення # 956; суміші газів. Знайдене в цьому випадку значення # 956; являє собою деяку ефективну молярну масу суміші газів. Молярна маса суміші газів # 956; з може бути рассНовомосковскна і теоретично:

де mi і # 956; i - маса і молярна маса i-го компонента суміші; k - число компонентів суміші; - маса всій суміші.

Якщо відома молярна маса газу, то можна легко визначити ще одну важливу характеристику газу - його щільність # 961 ;. Щільність газу - це маса одиниці об'єму газу:

Визначивши з рівняння Клапейрона-Менделєєва (3), отримаємо

Це щільність повітря в початковому стані.

Щільність суміші газів можна обчислити за формулою (8), маючи на увазі під # 956; ефективний молярну масу суміші.

Для визначення молярної маси повітря призначена експериментальна установка ФПТ1-12, загальний вигляд якої показаний на малюнку.

Загальний вигляд експериментальної установки ФПТ1-12:

1 - корпус вимірювального блоку; 2 - компресор; 3 - ваги; 4 - колба; 5 - стійка; 6 - вакуумметр. 7 - кран

Робочим елементом установки є скляна колба 4, поєднана зі стрілочним вакуумметром 6, показання якого (Р1-Р2) є різниця між атмосферним тиском в лабораторії Р1 і тиском газу в колбі Р2. Колба має відросток з краном, який за допомогою гумової трубки з'єднується з вхідним патрубком компресора 2 Компресор має додатковий вхідний патрубок, який закривається краном 7. Колба встановлена ​​на тарілки електронних ваг. Значення обсягу V колби вказано на робочому місці.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Ознайомитися з приладами, що входять в установку ФПТ1-12. Метрологічні характеристики приладів занести в табл. 1 (див. Додаток).

2. Включити установку в мережу і тумблер «Мережа», що знаходиться на компресорі.

3. Підключіть за допомогою мережевого адаптера ваги до розетки. Натиснути кнопку ; при цьому ваги піддаються Автотест протягом 30 секунд, після чого табло з'являються нульові значення.

В процесі роботи ваги не вимикати.

4. Перевірити, чи відкритий кран 7, що сполучає колбу з вхідним патрубком компресора. Обережно, за допомогою підйомного механізму, поставити колбу на середину тарілки ваг і через 30 - 40 секунд визначити масу колби з повітрям (m0 + m1) при тиску Р1.

5. Закрити кран 7. Включити компресор тумблером «Пуск», відкачати повітря з колби. Вимкнути компресор, через 30 - 40 секунд визначити за допомогою ваг масу колби з повітрям (m0 + m2) при тиску Р2. За допомогою вакуумметра визначити різницю тисків (Р1 - Р2). Різниця тисків повинна бути в межах від 0,4 до 0,8 г / см2.

6. Дані занести в табл. 2 (див. Додаток).

7. Відкрити кран 7. При цьому тиск в колбі знову приймає значення Р1.

8. Не знімаючи колбу з ваг, повторити вимірювання згідно пп. 4, 7 не менше 3 разів.

9. Виміряти за допомогою барометра і термометра тиск Р1 і температуру Т повітря в лабораторії.

10. Всі результати вимірювань занести в табл. 2 (див. Додаток).

11. Підняти колбу. Вимкнути тумблер «Мережа» компресора і натиснути кнопку на вагах.

ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ

1. Для кожного проведеного вимірювання визначити масу откачанного повітря (m1 - m2).

2. Перевести всі виміряні величини в одиниць СІ.

3. За формулою (5) обчислити для кожного вимірювання значення молярної маси повітря # 956; і знайти середнє значення.

4. За формулою (8) обчислити для кожного вимірювання щільність повітря # 961; і знайти середнє значення.

5. Порівняти отримані результати з табличними значеннями.

1. Що таке молярна маса речовини і в яких одиницях вона вимірюється?

2. Який газ називається ідеальним?

3. Запишіть і поясніть рівняння Клапейрона-Менделєєва. В яких випадках його можна використовувати для практичних обчислень?

4. Що таке щільність газу і як її можна визначити експериментально?

5. У чому полягає метод відкачування для визначення молярної маси газу?

6. Поясніть фізичний зміст числа Авогадро.

7. Що таке термодинамічні параметри?

8. Чому молярну масу газу можна визначити безпосередньо, використовуючи рівняння Клапейрона-Менделєєва?

9. Як теоретично рассНовомосковскть молярну масу суміші газів?

10. Назвіть основні джерела похибок даного методу вимірювання.

11. За яких умов реальні гази можна сНовомосковскть ідеальними? Чому?

12. Що таке внутрішні і зовнішні термодинамічні параметри?

13. Виведіть розрахункову формулу для визначення молярної маси, яка використовується в даній роботі.

14. Сухе повітря містить 23% кисню і 77% азоту (якщо знехтувати іншими складовими частинами повітря). Визначте молярну масу повітря.

1. Лабораторний практикум з фізики / під ред. М. Вища школа, 19с.

3. Курс фізики /. М. Висш. шк. I9с.

Зразок оформлення звіту

Лабораторна робота № 98

Визначення молярної маси і щільності газу методом відкачування

Прилади й приналежності:

Основні метрологічні характеристики приладів

Схожі статті

  • Розрахунок маси і об'єму тіла

    Розрахунок маси і об'єму тіла Для того щоб визначити щільність речовини. треба масу тіла розділити на його обсяг: Масу тіла можна визначити за допомогою ваг. А як знайти об'єм тіла? якщо тіло