Лабораторная работа 3 ИЗМЕРЕНИЕ МОЛЯРНОЙ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ МЕТОДОМ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМА И ДАВЛЕНИЯ ПАРОВ ЖИДКОСТИ

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:  

Отсюда молярная газовая постоянная

                                                                 (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.

     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 ρ_А = 790 кг/м³, масса m= p_AV_A, где V_A — объем введенного в со­суд ацетона.

     Так как парциальное давление паров ацетона р измеряется водяным манометром по разности уровней воды в его коленах, то

                                                                (3)

 где р_в – плотность воды, g – ускорение свободного падения, h_в – разность уровней воды в коленах манометра.

    Учитывая равенство (3), формулу (2) можно записать так:

                                                        (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:

Контрольные вопросы

1) Каков  физический  смысл  молярной газовой постоянной?

2) Какая из величин измеряется в опыте с наибольшей погрешностью?