EXPERIÊNCIA 06: DETERMINAÇÃO DA MASSA MOLAR DE UM GÁS

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Valdomiro Bacelar Guterres
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1 1 UFSC Departamento de Química QMC 5119 Introdução ao Laboratório de Química EXPERIÊNCIA 06: DETERMINAÇÃO DA MASSA MOLAR DE UM GÁS 1. Comportamento dos gases Ao se examinar o comportamento experimental de diversos parâmetros de diferentes gases, através das medidas de volume, pressão, temperatura e quantidade de matéria, observa-se um desvio do comportamento que seria esperado para um gás que é denominado de gás ideal. Neste último a relação pv/nrt deve ser igual a 1 (um). A Figura 1 ao lado mostra a razão (pv/nrt) em função da pressão para diferentes gases na temperatura de 200 K. O valor para um comportamento ideal, que obedece a equação pv = nrt, seria igual a unidade (Constante dos gases ideiais: R = 0,082 atm L mol -1 K -1 ). É importante notar que o comportamento de gás ideal restringese, como pode ser verificado na Figura 1, apenas para pressões muito baixas. Outra condição para tal comportamento é a de temperaturas altas. Localize na Figura 1 a linha reta que corresponderia ao comportamento de um gás ideal. No experimento a ser realizado, as condições de pressão e temperatura permitem considerar o comportanmento como o de um gás ideal. Figura. 1: pv/nrt em função da pressão para diferentes gases reais na temperatura de 200 K 2. Pré-laboratório 1) Veja um link na internet, com simulações em java, sobre gases ideais e procure no item Termodinâmica, o link Processos Especiais de um Gás Ideal. Faça um breve comentário. 2) Conforme o procedimento inicial descrito no item 3.1 (Determinação da massa molar de um gás), você considera que poderia determinar a massa molar de outros gases, por exemplo NH 3 e SO 2, utilizando água? Explique a sua resposta.

um desvio do comportamento que seria esperado para um gás que é denominado de gás ideal. Neste último a relação pv/nrt deve ser igual a 1 (um).

2 3. Procedimento experimental 3.1 Determinação da massa molar de um gás Pese um isqueiro. Antes disso, pense o porquê deste procedimento e escreva sua opinião para discutir com o professor. Massa do isqueiro: g Uma proveta deve ser totalmente preenchida com água e invertida numa bacia com água até 2/3 de seu volume. Segure a proveta com uma das mãos. Uma das extremidades de um tubo de borracha deve ser colocado no interior da proveta e a outra extremidade conectada a um isqueiro de gás, conforme ilustrado na figura ao lado. Atenção! Retire toda a água que possa estar contida no tubo de borracha. Peça ajuda ao monitor para isso. Quando a válvula do isqueiro for aberta, pressionando levemente o botão, gás butano (C 4 H 10 ) será liberado, deslocando a água do interior da proveta. Libere o gás vagarosamente, para evitar o congelamento do gás na saída do isqueiro. Figura 2. Esquema de coleta do gás butano Obs: Verifique se as janelas do laboratório estão abertas. Transfira uma quantidade de gás, suficiente para que os níveis de água dentro e fora da proveta fiquem iguais. Deste modo, as pressões interna (devido ao gás e à pressão de vapor da água) e externa (pressão atmosférica) serão iguais. Responda: por que a pressão interna e externa precisam ser iguais? Leia o volume do gás na proveta. Volume de gás: ml Nota: Se a conexão do tubo ao isqueiro apresentar vazamento, seus resultados apresentarão erros. Pese o isqueiro, após transferir uma massa de gás para o interior da proveta. Caso o isqueiro esteja molhado, use uma toalha de papel para secá-lo antes da pesagem. massa do isqueiro após transferir gás para o interior da proveta massa do gás transferido g g temperatura em que foi feito o experimento C Quanto ao valor da pressão atmosférica, será considerado o valor de 1,00 atm.

Uma das extremidades de um tubo de borracha deve ser colocado no interior da proveta e a outra extremidade conectada a um isqueiro de gás, conforme ilustrado na figura ao lado. Atenção!

3 Com a temperatura devidamente verificada, observe a Tabela 1 a seguir e verifique a pressão de vapor de água em função da temperatura observada. Anote o valor para o seu experimento. Tabela 1. Variação da pressão de vapor de água com temperatura (1 atm = 760 mmhg) Temperatura ( C) Pressão (mmhg) Temperatura ( C) Pressão (mmhg) 15 12, , , , , , , , , , , , , , , ,8 Pressão de vapor da água: atm A pressão medida em comparação com a atmosférica e considerada igual a 1 atm, deve ser as contribuições do gás e do vapor de água. Assim, calcule a pressão do gás no interior da proveta, que deve ser, com valores em atm: P (gás) = 1 - P (vapor de água) Utilizando a equação geral dos gases pv = nrt e lembrando que a quantidade de matéria (n) é igual a razão da massa pela massa molar, pode-se calcular a massa molar do gás. 3.2 Determinação do teor de carbonato (i) Curva padrão para determinação do teor de carbonato A determinação do teor de carbonato em uma amostra será feita através da reação dessa amostra com uma solução aquosa de ácido clorídrico (HCl (aq) ), de acordo com a seguinte equação: Na 2 CO 3(s) + 2 HCl (aq) 2NaCl (aq) + CO 2(g) + H 2 O (l) Monte o sistema como indicado na Figura 3 ao lado, sendo o isqueiro substituído por um kitassato, onde será feita a reação de uma determinada quantidade de carbonato de sódio sólido com solução de ácido clorídrico. Encha a proveta de 250 ml com água e mantenha-a de boca para baixo, de maneira a não entrar ar. Figura 3. Esquema de coleta do gás CO 2.

Variação da pressão de vapor de água com temperatura (1 atm = 760 mmhg) Temperatura ( C) Pressão (mmhg) Temperatura ( C) Pressão (mmhg) 15 12,8 23 21,1 16 13,16 24 22,4 17 14,5 25 23,8 18 15,5 26

4 Transfira, com cuidado, 20,0 ml de solução aquosa 6 mol L -1 de HCl para o kitassato e tampe-o com a rolha de borracha. Atenção! Tenha cuidado ao trabalhar com a solução de ácido clorídrico, evitando que ela seja derramada nas bordas do kitassato Para a construção da curva de calibração, siga as orientações do professor, de acordo com a seguinte tabela: Responsáveis pela medida Dupla 1 Dupla 2 Dupla 3 Dupla 4 Dupla 5 Dupla 6 Dupla 7 Dupla 8 Dupla 9 Dupla 10 Dupla 11 Dupla 12 Massa de Na 2 CO 3 (g) 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Massa pesada de Na 2 CO 3 (g) Média das massas pesadas (g) Volume de CO 2 (ml) Média dos volumes de CO 2 (ml) Pese a quantidade de amostra de carbonato de sódio (indicada pelo professor, seguindo as orientações da Tabela 2), num pedaço de papel fornecido pelo monitor, embrulhe-o e transfira o conjunto para o interior do kitassato. Verifique se a outra extremidade da mangueira está dentro da proveta de 250 ml. Gentilmente coloque a bolinha de papel com o carbonato de sódio dentro do kitassato. Feche rapidamente o kitassato com a rolha de maneira que o gás desprendido seja transferido para o interior da proveta. Esta operação deve ser efetuada com muito cuidado para evitar a perda do gás produzido durante a reação. Anote a temperatura da água e leia o volume do gás carbônico contido no interior da proveta. temperatura: volume de gás no interior da proveta: o C ml Atenção: descarte o resíduo da reação no local indicado no laboratório e lave todo o material utilizado nesta etapa. Com as médias das massas pesadas e as médias dos volumes obtidos, construa no papel milimetrado a curva de calibração, que servirá como base para a determinação do teor de carbonato na amostra desconhecida.

acordo com a seguinte tabela: Responsáveis pela medida Dupla 1 Dupla 2 Dupla 3 Dupla 4 Dupla 5 Dupla 6 Dupla 7 Dupla 8 Dupla 9 Dupla 10 Dupla 11 Dupla 12 Massa de Na 2 CO 3 (g) 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8

5 (ii) Determinação do teor de carbonato em amostra desconhecida Obtenha a amostra desconhecida com o monitor/professor. Essa amostra consiste em uma mistura de carbonato de sódio e areia. Repita o procedimento realizado, agora utilizando uma massa de 0,50 g da amostra com teor de carbonato desconhecido. Anote o volume de CO 2 produzido. volume de gás no interior da proveta: ml 1. Considerando o gráfico obtido na etapa anterior, determine a quantidade de carbonato presente na amostra desconhecida. 2. Considerando a contribuição da pressão de vapor da água e utilizando a equação dos gases ideais, calcule a quantidade de matéria (n) de CO 2 formado na reação. 4. Observações para o relatório: 1. Calcule a massa molar do butano, a partir dos dados experimentais que você obteve e compare esse valor experimental com o valor calculado a partir das massas atômicas de cada componente da molécula e determine o erro relativo. 2. Calcule a quantidade de matéria (n) de carbonato de sódio contido nas amostras adicionadas no kitassato, a partir da leitura do volume do gás produzido, da temperatura do experimento, da pressão do gás e da massa da amostra utilizada. 3. Comente sobre possíveis erros (considere a possivel reação entre o gás liberado com a água) nos procedimentos (i) e (ii).

Considerando o gráfico obtido na etapa anterior, determine a quantidade de carbonato presente na amostra desconhecida. 2.

6 Atenção: Você deve estudar desde a Experiência 01 até a Experiência 06 para realizar a primeira prova. Pergunte ao seu professor onde será a sala para esta prova. Boa prova. Questões a serem consideradas: 1. Na primeira parte do experimento você teve que deixar os níveis de água dentro e fora da proveta iguais. Pergunta-se: a) Por que você teve que efetura este procedimento? b) A unidade de pressão no SI (Sistema Internacional) é Pascal, equivalente a N/m 2. Dessa forma, como você explica utilizar a relação de pressão de 1 atm como 760 mm de Hg, já que mm é unidade para comprimento. 2. Por que você deve subtrair a pressão de vapor água nos dois sistemas estudados? O erro experimental é relevante ou não se você considerar a pressão dentro da proveta como sendo apenas devido à presença do gás? Explique.

Pergunta-se: a) Por que você teve que efetura este procedimento? b) A unidade de pressão no SI (Sistema Internacional) é Pascal, equivalente a N/m 2.

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