Теоретические сведения

Молекулярная масса является основной характеристикой любого вещества, простого или сложного.

Основные понятия химии, необходимые для выполнения данной работы: относительная молекулярная масса (М_r), молярная масса (М, г/моль), количество вещества (ν, моль), молярный объем (V_m = 22, 4 л /моль), число Авогадро N_А= 6,02·10²³ моль‾¹ приведены в работе 1.

В этой же работе рассмотрены основные законы химии, в том числе закон Авогадро и следствия этого закона, позволяющие проводить химические расчеты.

Экспериментальное определение молекулярной (молярной) массы газообразных веществ основано на применении закона Авогадро и его следствий.

1. Молярная масса газа определяется на основании молярного объема (V_m). Один моль любого газа при нормальных условиях (н.у.) (р =1,013·10⁵ Па, Т = 273 К) занимает объем, равный 22,4 л:

V_m = 22,4 л/моль.

Зная массу газа в определенном объеме, можно вычислить его молярную массу:

(2.1)

где М – молярная масса газа, г/моль;

m – масса газа, г;

V⁰ – объем газа (н.у.), л;

V_m – молярный объем.

Выражение m:V⁰ представляет собой массу единицы объема газа (н.у.), т.е. его абсолютную плотность ρ (г/л; кг/м³).

Молярная масса газа (из 2.1.) равна

. (2.2)

Если объем газа измерен при температуре и давлении, отличных от нормальных (p, T), то для вычисления абсолютной плотности ρ объем газа необходимо привести к нормальным условиям (р⁰, Т⁰), используя формулу, объединяющую законы Бойля–Мариотта и Гей-Люссака:

, тогда (2.3)

2. Молекулярная масса (молярная масса) газа может быть определена через его относительную плотность по другому газу, молекулярная масса которого известна.

Относительной плотностью газа (D₂(1)) называется отношение массы определенного объема одного газа (m₁) к массе такого же объема другого газа (m₂), взятых при одних и тех же условиях, а значит, и отношение молярных масс этих газов (М₁ и М₂):

; (2.4)

. (2.5)

Отношение m₁/m₂ и М₁/М₂ показывает, во сколько раз один газ тяжелее или легче другого газа. Если плотность исследуемого газа определяется, по воздуху, средняя молярная масса которого ~ 29 г /моль, то молярная масса газа равна

М = 29 г /моль ∙D _{воздуха}(1) . (2.6)

3. Определение молекулярной массы с помощью уравнения Менделеева – Клапейрона:

р∙V = ν∙R∙Т или , (2.7)

где ν – количество (моль) газа,

m – масса газа, г;

М – молярная масса газа, г/моль;

R – универсальная газовая постоянная.

Подготовка к работе Изучите теоретические вопросы и пример решения типовой задачи:

▪ сущность понятий: относительная атомная и молекулярная масса, моль,

молярная масса атомов, молекул;

▪ абсолютная и относительная плотность газа, молярный объём, число

Авогадро;

▪ основные стехиометрические законы: сохранение массы вещества,

постоянства состава, объёмных отношений, объединённый закон

Гей-Люссака и Бойля – Мариотта, закон Авогадро и его следствия.

Типовая задача

Какую массу СаСО₃ надо взять, чтобы получить при прокаливании оксид углерода (IV), занимающий объем 25·10‾ ² м³ при 15 °С и давлении 104000 Па? Какова абсолютная плотность СО₂ и его относительная плотность по водороду?

Решение.

1. Запишем уравнение реакции разложения карбоната кальция

СаСО₃ = СаО + СО₂

По уравнению Менделеева-Клапейрона определим количество моль оксида углерода (СО₂):

, (R=8, 31 Дж/моль·К); (моль).

Согласно уравнению реакции из одного моль СаСО₃ (М = 100г/моль) образуется один моль СО₂ (М = 44 г/моль), поэтому, для получения 10,86 моль СО₂, потребуется 10,86 моль СаСО₃. Этому количеству СаСО₃ (моль) отвечает масса

m(CaCO₃) = ν ∙ M(CaCО₃) = 10,86 · 100 = 1086 г = 1,086 кг.

2. Абсолютная плотность равна отношению молярной массы газа к молярному объему:

3. Относительная плотность одного газа по другому (D₂(1)) равна отношению их молярных масс