Лабораторная работа 3
ИЗМЕРЕНИЕ МОЛЯРНОЙ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ МЕТОДОМ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА И ДАВЛЕНИЯ ПАРОВ ЖИДКОСТИ
Оборудование: 1) манометр водяной с подвижным правым коленом; 2) сосуд стеклянный объемом 1 л; 3) микробюретка; 4) пробка резиновая; 5) тройник с краном; 6) термометр лабораторный от 0 до 100 °С 7) зажим винтовой; 8) трубки резиновые — 2 шт.; 9) ацетон.
Содержание и метод выполнения работы
Известно, что состояние идеального газа описывается уравнением Менделеева- Клапейрона: [pic]
Отсюда молярная газовая постоянная
[pic] (2)
где р - давление газа, V - объем газа, Т - абсолютная температура газа, m - масса газа, М - молярная масса газа.
Если в сосуд известного объема ввести определенную массу легко испаряющейся жидкости, а после того, как она полностью испарится, измерить, на сколько увеличилось давление внутри сосуда, то, зная молярную массу жидкости и температуру, можно, пользуясь формулой (2), вычислить числовое значение молярной газовой постоянной.
Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке 1. Она состоит из стеклянного сосуда 1, закрытого резиновой пробкой 3 с двумя отверстиями, в одно из которых вставлена стеклянная трубка 2, а в другое — микробюретка 4 с ацетоном. На верхний конец микробюретки надета резиновая трубка 5 с винтовым зажимом 6. Конец трубки закрыт пробкой 7.
[pic]
Сосуд 1 соединен с левым коленом водяного манометра 10 с помощью резиновой трубки 8 и стеклянного тройника с краном 9. Правое колено манометра подвижно, его положение фиксируется зажимом 11.
В данной работе в сосуд вводится ацетон из микробюретки.
Молярная масса ацетона М=0,058 кг/моль, плотность ρА = 790 кг/м3, масса m= pAVA, где VA — объем введенного в сосуд ацетона.
Так как парциальное давление паров ацетона р измеряется водяным манометром по разности уровней воды в его коленах, то
[pic] (3)
где рв – плотность воды, g – ускорение свободного падения, hв – разность уровней воды в коленах манометра.
Учитывая равенство (3), формулу (2) можно записать так:
[pic] (4)
Первый сомножитель в выражении (4) является величиной постоянной, второй - постоянен для конкретных условий проведения опыта (постоянные температура, объем сосуда). Таким образом, измерение молярной газовой постоянной сводится к измерению объема жидкого ацетона, введенного в сосуд, и разности уровней воды в коленах манометра, обусловленной давлением паров ацетона.
Порядок выполнения работы
1) Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:
V, м3
VA, м3
Т, К
hв, м
R,
2) Ознакомьтесь с установкой по рисунку 1.
3) Измерьте объем ацетона в микробюретке.
4) Откройте кран у тройника 9 и, перемещая правое колено манометра, установите уровень воды на нулевую отметку шкалы. После этого закройте кран 9.
5) Сжимая резиновую трубку на микробюретке зажимом 6, вылейте весь ацетон в сосуд. Наблюдайте за изменением показаний манометра. После того как весь ацетон испарится, показания манометра перестанут изменяться.
6) Передвигая правое колено манометра, установите уровень воды в левом колене на нулевую отметку. Это необходимо сделать для сохранения объема воздуха в сосуде и трубках (резиновой и стеклянной) таким же, как и в начале опыта. Тогда манометр покажет только парциальное давление паров ацетона, так как температура не изменилась.
7) Отсчитайте по шкале манометра разность уровней воды в его коленах и откройте сосуд 1.
8) Вычислите молярную газовую постоянную по формуле (4).
9) Вычислите относительную и абсолютную погрешности измерений:
[pic]
[pic]
Контрольные вопросы
1) Каков физический смысл молярной газовой постоянной?
2) Какая из величин измеряется в опыте с наибольшей погрешностью?
