В этой задаче нужно оценивать погрешности! Температуру воздуха можно узнать у ответственного по аудитории. Внимание! Запрещается вытаскивать иглы из пробок и пробовать кислоту или соль на вкус! Примечание. \(1~ мм.рт.ст. \simeq 133.3~Па\) В данной задаче Вами будет изучена химическая реакция, в которой будет взаимодействовать кислота с солью (см. рис. 1). Реакция будет происходить с выделением газа. Мольные соотношения всех компонент реакции – \(1:1\). Рис. 1. Вид изучаемой реакции Часть A. Когда соль в избытке... Насыпьте в колбу Бунзена соль так, чтобы он покрыл практически все дно колбы равномерным слоем. Подсоедините через трубку манометр к отходному каналу колбы. Наберите в шприц раствор кислоты. Заткните пробкой колбу с усилием, вставьте в иголку шприц. A1. Снимите зависимость избыточного давления \(\Delta P\) в колбе от объема \(V\) добавленного в колбу раствора кислоты. A2. Постройте график исследуемой зависимости. A3. Определите концентрацию \(n\) кислоты в единицах \(моль/л\)

A3: \[n=(1.25 \pm 0.04)~моль/л\] ; B3: \[\mu_с=(82 \pm 8)~г/моль\]

Шипучка — IEPhO 2016/17, 10 кл., задача 4

Шипучка
IEPhO 2016/17, 10 кл.
6/10
В этой задаче нужно оценивать погрешности!

Температуру воздуха можно узнать у ответственного по аудитории.

Внимание! Запрещается вытаскивать иглы из пробок и пробовать кислоту или соль на вкус!

Примечание. \(1~ мм.рт.ст. \simeq 133.3~Па\)

В данной задаче Вами будет изучена химическая реакция, в которой будет взаимодействовать кислота с солью (см. рис. 1). Реакция будет происходить с выделением газа. Мольные соотношения всех компонент реакции – \(1:1\).

Рис. 1. Вид изучаемой реакции

Часть A. Когда соль в избытке...

Насыпьте в колбу Бунзена соль так, чтобы он покрыл практически все дно колбы равномерным слоем. Подсоедините через трубку манометр к отходному каналу колбы. Наберите в шприц раствор кислоты. Заткните пробкой колбу с усилием, вставьте в иголку шприц.

A1. Снимите зависимость избыточного давления \(\Delta P\) в колбе от объема \(V\) добавленного в колбу раствора кислоты.

A2. Постройте график исследуемой зависимости.

A3. Определите концентрацию \(n\) кислоты в единицах \(моль/л\).

Часть B. Когда кислота в избытке...

B1. Помойте колбу. Поместите в колбу малое количества соли (не более чем \(0.12~г\)), предварительно измерив его массу.

B2. Проведите измерения аналогичные части A, взбалтывая колбу после добавления каждой порции раствора.

B3. Используя полученные данные, определите молярную массу соли.

Часть C. Отрицательная масса

Снимите с колбы манометр и пробку. Добавьте в колбу примерно \(50~мл\) раствора кислоты. Взвесьте колбу. Добавьте в колбу некоторое количество соли, предварительно взвесив её. Поболтайте колбу, добившись того, чтобы реакция полностью завершилась (все пузырики поднялись наверх). Взвесьте колбу. Добавьте в колбу следующую порцию соли и т.д.

C1. Снимите зависимость изменения массы колбы от массы засыпанной соли.

C2. Постройте график исследуемой зависимости.

C3. Используя полученные данные, определите молярную массу выделяемого в реакции газа.

Оборудование
1. Колба Бунзена (объем колбы, заткнутой пробкой, считать равным \(V_0=(300\pm 5)~мл\))
2. Манометр
3. Соединительная трубка
4. Шприц \(2~мл\)
5. Силиконовая пробка, проткнутая иглой
6. Соль (не \(\mathrm{NaCl}\))
7. Раствор кислоты
8. Весы
9. Ложечка
10. Промывалка
11. Лист бумаги А4
12. Ведро
▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ
A3: \[n=(1.25 \pm 0.04)~моль/л\]; B3: \[\mu_с=(82 \pm 8)~г/моль\]
Решение
A1. Соберём установку, как написано в условии. Снимем зависимость \(\Delta P\) от \(V\). Результаты измерений представлены ниже.

Ответ:

\(\Delta P,~мм.рт.ст.\) 0 18 32 51 67 82 95 112 126 139 158
\(V,~мл\) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

A2. Построим график полученной зависимости и посчитаем его угловой коэффициент \(A=(76 \pm 1)~мм.рт.ст./мл\)

Ответ:

График зависимости \(\Delta P\) от \(V\) в случае, когда соль в избытке

A3. Изменение давления связано с выделением в ходе реакции газа, количество которого совпадает с количеством добавленной чистой кислоты. Таким образом, связь между угловым коэффициентом графика и молярной концентрацией кислоты в растворе можно выразить как:

\[A V=nRT\]откуда\[n=\frac{A V}{R T}=(1.25 \pm 0.04)~моль/л \qquad(1)\]

Ответ:

\[n=(1.25 \pm 0.04)~моль/л\]

B1. Поместим в колбу \(m_с=(0.11 \pm 0.1)~г\) соли. Для этого из выданного листа А4 скрутим маленький конус, с помощью которого будем высыпать соль на весы и в колбу.

B2. Проведем измерения избыточного давления в колбе от объема добавленного раствора кислоты. Результаты представлены ниже.

Ответ:

\(\Delta P,~мм.рт.ст.\) 0 15 32 50 66 80 84 86 88 89 90
\(V,~мл\) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

Построим график полученной зависимости.

Ответ:

График зависимости \(\Delta P\) от \(V\) в случае, когда кислота в избытке

B3. На графике видно, что при больших объёмах кислоты разность давлений перестаёт измеряться в пределах погрешности манометра (\(\sigma_{\Delta P}=2~мм.рт.ст.\)). С физической точки зрения это значит, что вся масса добавленной в колбу соли прореагировала с кислотой. Следовательно, количество выделившегося газа определяется лишь количеством соли. Количество газа легко определить по установившемуся давлению \(P_{уст}=(89 \pm 2)~мм.рт.ст.\). Дальнейшее вычисление молярной массы соли не представляет больших проблем:\[\mu_с=\frac{m_сRT}{P_{уст} V}=(82 \pm 8)~г/моль \qquad(2)\]

Ответ:

\[\mu_с=(82 \pm 8)~г/моль\]

C1. Проведем описанные в условии измерения.

Ответ:

\(\Delta m_с,~г\) \(m_к,~г\) \(m_с,~г\) \(\Delta m_к,~г\)
0 248.95 0 0
1 249.58 1 0.63
1 250.07 2 1.12
1.39 250.78 3.39 1.83
0.98 251.27 4.37 2.32
1.2 251.84 5.57 2.89
1.43 252.56 7 3.61
1.25 253.12 8.25 4.17

C2. Построим график зависимости изменения массы колбы от массы добавленной соли (приведен ниже).

Ответ:

График зависимости \(\Delta m_к\) от \(m_с\)

C3. Найдем угловой коэффициент графика:

\[B=(0.50 \pm 0.01) \qquad(3)\]Из полученного углового коэффициента и равенства количеств добавленной соли и газа легко оценить молярную массу газа:\[\mu_г=\mu_с(1-B)=(41 \pm 5)~г/моль \qquad(4)\]

Ответ:

\[\mu_г=(41 \pm 5)~г/моль\]

Источник: pho.rs/p/4123.
Вся олимпиада на сайте
в вариантСтраница задачи Ошибка в задаче?

\(\Delta P,~мм.рт.ст.\)	0	18	32	51	67	82	95	112	126	139	158
\(V,~мл\)	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1	1.2	1.4	1.6	1.8	2

\(\Delta m_с,~г\)	\(m_к,~г\)	\(m_с,~г\)	\(\Delta m_к,~г\)
0	248.95	0	0
1	249.58	1	0.63
1	250.07	2	1.12
1.39	250.78	3.39	1.83
0.98	251.27	4.37	2.32
1.2	251.84	5.57	2.89
1.43	252.56	7	3.61
1.25	253.12	8.25	4.17

Шипучка

Шипучка

Похожие задачи