Теория метода. Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Филиал «Севмашвтуз» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт – Петербургский государственный морской технический университет»

В г. Северодвинске

Факультет: № 4

Кафедра: № 12

Лабораторная работа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ И ПЛОТНОСТИ ГАЗА

МЕТОДОМ ОТКАЧКИ

Северодвинск

Лабораторная работа ФПТ 1-12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ И ПЛОТНОСТИ ГАЗА

МЕТОДОМ ОТКАЧКИ

ЦЕЛЬ И МЕТОД РАБОТЫ

С помощью метода взвешивания колбы, наполненной воздухом под разными давлениями, при неизменных температуре и объеме определить молекулярную массу и плотность газа.

ТЕОРИЯ МЕТОДА

Молекулярной (молярной) массой называется масса одного моля вещества. В единицах СИ эта величина измеряется в килограммах на моль. Молем какого-либо вещества называется количество этого вещества, содержащее столько же структурных элементов (молекул, атомов и т.д.), сколько атомов содержится в 0, 012 кг изотопа углерода ¹²С. Молекулярную массу газа можно определить из уравнения газового состояния.

При не очень высоких давлениях, но достаточно высоких температурах газ можно считать идеальным. Состояние такого газа описывается уравнением Менделеева-Клаперона:

(1)

где Р - давление газа; V - объем газа, m - масса газа; - молярная масса газа, R = 8, 31 Дж/(мольК) — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура газа.

Из уравнения (1) можно получить формулу для молярной массы газа:

(2)

Если измерение давления Р, объема V, температуры Т газа, то есть параметров газа, входящих в формулу (2) не вызывает особенных трудностей, то определение массы газа выполнить практически невозможно, так как взвешивание газа возможно только вместе с колбой. в которой он находится. Поэтому для определения необходимо исключить массу сосуда. Это можно сделать, рассмотрев уравнение состояния двух масс m₁ и m₂ одного и того же газа при неизменных температуре Т и объеме V.

Пусть в колбе объемом V находится газ массой m₁ при давлении Р, и температуре Т. Уравнение состояния (1) для этого газа имеет вид

(3)

Откачаем часть газа из колбы, не изменяя его температуры. После откачки масса газа, что оставалась в колбе, и его давление уменьшились. Обозначим их соответственно m₁ и Р и снова запишем уравнение состояния

(4)

Из уравнений (12.3) и (12.4) получим:

(5)

Полученная формула (12.5) дает возможность определить , если известно изменение массы газа (но не сама масса), а также изменение давления, температура и объем газа.

В данной работе исследуемым газом является воздух, который представляет собой смесь азота, кислорода, аргона и других газов.

Формула (5) пригодна и для определения смеси газов. Найденное в этом случае значение и представляет собой некоторую среднюю или эффективную молярную массу смеси газов. Молярная масса смеси газов может быть рас считана и теоретически, если известно процентное содержание и молярная масса каждого из газов, входящих в состав смеси, по формуле

(6)

где - относительное содержание каждого газа: - молекулярные массы газов.

Если известна молярная масса газа, то можно легко определить еще одну важную характеристику газа - его плотность . Плотность газа - это масса единицы объема газа:

(7)

Определив из уравнения Менделеева-Клаперона, получим

(8)

Плотность смеси газов можно вычислить по формуле (8), подразумевая под эффективную молярную массу смеси.