Ermitteln der Molaren Masse über die Messung der Gasdichte B V E

Ermitteln der Molaren Masse über die
Messung der Gasdichte
Klasse
5
8
9
NTG
x
SG, …
x
Schülerübung geeignet
10
11
ja
Quantitative Aspekte
12
nein
Chemikalien
verschiedene Gase aus Druckgasflaschen (O2, N2,
H2) oder Gasdruck-Korkenziehern (siehe links, mit
Kartuschen für CO2, N2O)
Geräte
100 mL-Spritze mit dichtem Verschluss und
Arretiernagel
(Hinweis: Das notwendige Loch im Spritzenstempel
wird zuvor mithilfe eines erhitzten Eisennagels
durchgeschmolzen, so dass der Stempel genau bei
100 mL arretiert werden kann)
Waage mit Milligramm-Wägebereich
Barometer
Thermometer
Sicherheitshinweise: Da hier mit Gasen unter Druck, bzw. mit evakuierten Apparaturen gearbeitet wird ist die Benutzung einer Schutzbrille obligatorisch!
V
Ziehen Sie den Kolben der verschlossenen 100 mL-Spritze heraus und arretieren
Sie bei 100 mL mit dem Nagel (siehe Abbildung oben).
Legen Sie die Spritze auf die Waage und drücken Sie auf Tara, so dass die Waage
nun 0,000 g anzeigt.
Befüllen Sie die Spritze nun mit Luft bzw. den verschiedenen Gasen und wiegen
Sie jeweils erneut (wieder inkl. Nagel, Verschluss).
B
Die gasgefüllte Spritze wiegt mehr als die evakuierte; auf der Waage wird daher ein
positiver Wert angezeigt. Diese Massendifferenz Δm wird für jedes Gas notiert.
E
Zunächst erfolgt die Umrechnung des Spritzenvolumens auf Normbedingungen. Dieser Schritt muss pro Unterrichtsstunde nur einmal erfolgen, da der Wert unabhängig
vom gemessenen Gas ist. Natürlich muss diese Berechnung aber zu einem anderen
Zeitpunkt (anderer Luftdruck, andere Temperatur!) erneut angestellt werden.
Vn = (p V Tn) / (pn T)
[hier für p und T die aktuellen Luftdruck- und Temperaturdaten einsetzen]
Berechnung der Gasdichte:
φ = Δm / Vn
[Massendifferenz zwischen evakuierter und gasgefüllter
Spritze eintragen]
Theoriewerte:
[zum Vergleich; falls Ihre Messung total andere Werte
ergibt, lieber nochmal wiederholen]
φ Luft = 1,29 g/L
φ Stickstoff = 1,25 g/L
φ Sauerstoff = 1,43 g/L
φ Kohlenstoffdioxid = 1,98 g/L
10_Quan_Molare_Masse_über_die_Messung_der_Gasdichte_BC-korr.doc
Berechnung der molaren Masse M über die Gasdichte
M = φ Vmn = φ 22,4 L/mol
Beispiel: Bestimmung der Molaren Masse von Kohlenstoffdioxid über die Gasdichte
Geg: Temperatur T = 21 °C = 294,15 K
(Tn = 0 °C = 273,15 K)
Luftdruck p = 962 mbar = 962 hPa
(pn = 1013 hPa)
Masse von Kohlenstoffdioxid: m(gefüllt) – m(evakuiert) = Δm(CO2)
Δm(CO2) = 0,173 g
V(CO2) = 0,1 L
(Vmn = 22,4 L/mol)
Ges: M(CO2)
Umrechnung des Spritzenvolumens auf Normalbedingungen:
Vn = (p V Tn) / (pn T) = 0,0882 mL
Berechnung der Gasdichte:
φ = Δm / Vn
φ = 1,96 g/L
Berechnung der Molaren Masse:
M = φ Vmn M(CO2)
= 1,96 g/L 22,4 L/mol
= 43,94 g/mol
Ergebnis: Die Molare Masse von Kohlenstoffdioxid beträgt 43,94 g/mol
Tipps und Tricks
Beim Wiegen der evakuierten Spritze ist zu thematisieren, warum die Spritze
so leichter ist, als die „leere“ Spritze (mit eingeschobenem Stempel). Dabei
kann der Vergleich mit einem heliumgefüllten Luftballon helfen, der nach
oben steigt, da Helium eine geringere Dichte hat als Luft und dem Luftballon
so Auftrieb verleiht.
Außerdem muss auf die Notwendigkeit eingegangen werden die Umrechnung auf Vn durchzuführen. Man errechnet hier quasi ein „virtuelles Volumen“, also das Volumen, welches das Gas in der gefüllten 100 mL Spritze
bei Normalbedingungen einnehmen würde.
Falls Ihnen das Füllen der Spritzen mit Gasen aus Druckflaschen nicht leicht
gelingt, so können Sie diese Gase auch erst in einen Luftballon umfüllen
(siehe im Kapitel „Arbeitstechniken“).
Entsorgung
Bei der Bestimmung der molaren Masse von Wasserstoff ergibt sich ein größerer Messfehler, so dass man mit einem größeren Volumen arbeiten sollte.
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Literatur
Praktikumsskript Studienseminar Holbein-Gymnasium Augsburg
10_Quan_Molare_Masse_über_die_Messung_der_Gasdichte_BC-korr.doc