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