Experimentuppställning
En experimentuppställning som kan användas för bestämning av molmassan för Mg.
När magnesium reagerar med saltsyra bildas vätgas enligt nedanstående reaktionsformel:
Mg(s) + 2HCl(aq) → Mg2+(aq) + H2(g) + 2Cl–(aq)
Vätgasen bubblar upp genom glasröret i det graderade provröret, och volymen total gas (H2(g) + H2O(g)) kan mätas. Med hjälp av allmänna gaslagen \(pV=nRT\), reaktionsformeln och massan på magnesiumet som reagerar kan molmassan för magnesium beräknas.
Exempel
0,0309 g magnesium får reagera med saltsyra. Det bildas 32,1 ml gas. Lufttrycket var 101,3 kPa och temperaturen 25,0 °C. Beräkna molmassan för magnesium!
Lösning
Molmassan för magnesium ges av \(M_\text{Mg} = \frac {m_\text{Mg}}{n_\text{Mg}}\).
I reaktionsformeln kan vi se att \(n_\text{Mg}:n_{\text{H}_2} = 1:1\). Därför blir \(n_\text{Mg} = n_{\text{H}_2}\).
Allmänna gaslagen ger:
\[n_\mathrm{H_2} = \frac {p_\mathrm{H_2} \cdot V}{RT} \hspace{100cm}\]
Daltons lag ger att \(p_\text{tot} = p_{\text{H}_2} + p_{\text{H}_2\text{O}}\).
\[p_{\mathrm{H_2}} = p_\mathrm{tot} - p_\mathrm{H_2O} \hspace{100cm}\]
\(p_\text{tot} = 101,3\text{kPa}\) (ur uppgiften)
\(p_{\text{H}_2\text{O}} = 3,17\text{kPa}\) (ur tabell)
\[p_{\text{H}_2} = (101,3-3,17)\text{kPa} = 98,13\text{kPa} = 98130\frac {\text{N}}{\text{m}^2} \hspace{100cm}\]
\[V = 32,1\text{ml} = \frac {32,1}{1000000}\text{m}^3 = 0,0000321\text{m}^3 \hspace{100cm}\]
\[R = 8,314\frac {\text{Nm}}{\text{mol}\cdot \text{K}} \hspace{100cm}\]
\[T = (25,0+273,15)\text{K} = 298,15\text{K} \hspace{100cm}\]
\[n_{\text{H}_2} = \frac {98130\frac {\text{N}}{\text{m}^2}\cdot 0,0000321\text{m}^3}{8,314\frac {\text{Nm}}{\text{mol}\cdot \text{K}}\cdot 298,15\text{K}} = 0,001270755498\text{mol} \hspace{100cm}\]
\[n_\text{Mg} = n_{\text{H}_2} = 0,001270755498\text{mol} \hspace{100cm}\]
\[M_\text{Mg} = \frac {m_\text{Mg}}{n_\text{Mg}} = \frac {0,0309\text{g}}{0,001270755498\text{mol}} = 24,3162434069\text{g/mol} \approx 24,3\text{g/mol} \hspace{100cm}\]
Stämmer beräkningen? Kolla mot någon källa! 😉
