Определение массы моля и плотности воздуха
Цель работы : экспериментальное определение массы моля и плотности воздуха при нормальных условиях.
Краткая теория.
В системе СИ моль является единицей измерения количества вещества, находящегося в любом состоянии (твердом, жидком, газообразном). В моле вещества содержится столько структурных единиц (атомов, молекул) , сколько имеется атомов в 0,012 кг изотопа углерода 6С12 . Это число атомов установленное опытным путем, называется числом Авогадро и равно 6,022∙1023 моль-1. Для однородных газов масса в килограммах численно равна молярному весу газа. Для воздуха, как смеси газов , главным образом азота и кислорода, масса моля будет определяться массой , выраженной в килограммах, заключенной в объеме 22,4 м3 при нормальных условиях ( Р0 = 1атм.= 1,013∙105 Па и Т0 = 273,16 К ). Определение массы моля производится с использованием уравнения Менделеева-Клайперона : , (7.1) где Р – давление , при котором находится газ (Па), V – объем, занимаемый газом (м3), М – масса газа в данном объеме (кг), R – универсальная газовая постоянная (R =8,31 Дж ´ моль/К), Т – абсолютная температура (К), при этом производится измерение физических величин , определяющих данное состояние, т.е. давления, температуры, объема и массы воздуха в этом объеме. Определение массы воздуха в колбе (М) возможно только при полной откачке его из сосуда, что практически сложно осуществить . Рассмотрим воздух в двух состояниях : при давлении Р1 (атмосферное) до откачки части воздуха и при давлении Р2 после откачки части воздуха из сосуда колбы с помощью форвакуумного насоса. Уравнения для этих состояний запишем в виде: , (7.2) , (7.3) где и - массы газа в сосуде до и после откачки воздуха, т.е. соответственно при давлениях Р1 и Р2. Объем колбы и температура среды в обоих случаях остаются постоянными. Вычитая из первого уравнения второе получим : . (7.4) Очевидно, что изменение массы газа ( ) равно разности (М1 – М2), где М1 и М2 массы колбы с газом до и после откачки воздуха. Исходя из этого уравнение ( 7.4 ) можно переписать : , (7.5) откуда , (7.6) где за (Р1 – Р2) принимают показание манометра в конце цикла откачки воздуха из колбы.
Выполнение работы
Приборы и материалы : технические весы, набор разновесов, колба с краном, форвакуумный насос, манометр, термометр. Порядок выполнения работы :
1. Определив точность технических весов, взвешиванием находят массу колбы М1 при открытом кране (заносим в таблицу 7.1). 2. Откачивают воздух из колбы до минимально возможного давления Р2 , записывают показание манометра в таблицу ( Рм ) и одновременно закрывают кран колбы. 3. Колбу с откаченным воздухом взвешивают и таким образом определяют М2 ( заносят в таблицу 7.1 ). 4. По комнатному термометру ( со шкалой Цельсия ) отсчитывают температуру. При проведении вычислений температура переводится в градусы Кельвина. 5. Объем V и относительная ошибка Δ V / V указаны на чехле колб.
Полученные значения заносят в таблицу 7.1:
Таблица 7.1 Результаты измерений
Расчет искомых величин
По полученным данным вычисляют массу моля воздуха по формуле ( 7.6 ). Определив массу моля , вычисляют плотность воздуха r применяя формулу : . (7.7) Подставляя вместо Р и Т величины соответствующие нормальным условиям , т.е. Р0 = 1 атм.=1,013∙105 Па и Т0 = 273,16 К находят плотность воздуха при нормальных условиях: . (7.8)
Вычисление погрешностей
Относительную погрешность при определении массы моля вычисляют по формуле : . (7.9) Погрешности ΔМ1 и ΔМ2 , получающиеся при взвешивании берутся равными половине цены наименьшего деления (точности) весов, а погрешности ΔТ и ΔР принимаются равными половине цены наименьшего деления термометра и манометра. Абсолютная погрешность определения массы моля : . (7.10) Относительную погрешность при определении плотности воздуха : . (7.11) Ввиду того, что Р0 и Т0 не измеряются, а заданы, то Δ Р0 = 0 и Δ Т0 = 0. Поэтому получаем , (7.12) отсюда . (7.13) Окончательный результат : , (7.14) . (7.15) Сравнивают полученные результаты с табличными значениями. Записывают выводы.
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (673)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |