Experiment
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Übersicht

In diesem Experiment wiegen Sie eine Probe Magnesiummetall genau ab und erhitzen die Probe dann an der Luft. Das Magnesiummetall reagiert mit dem Sauerstoff (O2) der Luft zu Magnesiumoxid. Mg + O2 ® Magnesiumoxid

Nachdem die Magnesiumprobe vollständig reagiert hat, bestimmen Sie die Masse des Produkts Magnesiumoxid. Aus diesen beiden Massen berechnen Sie die prozentuale Zusammensetzung des Magnesiumoxids.

Berechnungen

Angenommen, die folgenden Daten wurden für dieses Experiment aufgenommen (siehe Seite 33, Abschnitt I).

Beachten Sie, dass das Experiment Sie auffordert, in einem kleinen Becherglas die Anfangsmasse des entnommenen Magnesiummetalls zu bestimmen. Die für Seite 33, Abschnitt I, Teil (a) aufgezeichnete Masse des Magnesiums sollte nur die Masse des Magnesiummetalls selbst sein (ohne die Masse des Becherglases, in dem die Massenbestimmung durchgeführt wurde). Ihre Antwort sollte zwischen 0,3 und 0,4 g liegen (wenn Sie eine größere Zahl als diese haben, schließen Sie die Masse des Becherglases ein). Die auf Seite 33 in Abschnitt I, Teil (c) eingetragenen Massen beinhalten die Masse der Behälter (die Masse der leeren Behälter wird in Abschnitt I, Teil (b) eingetragen). Beachten Sie, dass alle Massen auf der elektronischen Waage auf vier Nachkommastellen bestimmt werden sollten: Dies ergibt typischerweise 6 signifikante Stellen, wenn die Massen der Gefäße einbezogen werden, wodurch die Massen von Magnesium und Magnesiumoxid auf vier signifikante Stellen bestimmt werden können.

Seite 33 Teil II

a. Masse des Produkts

Die Masse des Produkts, die in allen nachfolgenden Berechnungen zu verwenden ist, basiert auf der endgültigen Masse des Tiegels/Bechers und des Inhalts (nachdem alle Erhitzungen abgeschlossen sind) abzüglich der Masse des leeren Behälters (bevor das Magnesium hineingegeben wurde). Berechnen Sie für die oben aufgeführten Daten die Masse des Produkts und klicken Sie dann hier, um Ihre Antwort zu überprüfen.

b. Masse des umgesetzten Sauerstoffs

Da das Produkt Ihrer Reaktion reines Magnesiumoxid (mit Magnesium und Sauerstoff) sein soll und das Ausgangsmaterial reines elementares Magnesium war, sollte die Masse des umgesetzten Sauerstoffs nur die Differenz dieser beiden Massen sein. Berechnen Sie anhand der obigen Daten die Masse des mit der entnommenen Magnesiumprobe reagierten Sauerstoffs und klicken Sie anschließend hier, um Ihre Antwort zu überprüfen.

c. Molen des umgesetzten Magnesiums

Die Anzahl der Molen des umgesetzten Magnesiums ergibt sich aus der Masse des entnommenen Magnesiums und der molaren Masse des Magnesiums (24,31 g pro Mol Mg). Berechnen Sie für die obigen Daten die Molzahl des umgesetzten Magnesiums und klicken Sie dann hier, um Ihre Antwort zu überprüfen.

d. Mol umgesetzter Sauerstoff

Die Anzahl der Mole von Sauerstoffatomen, die in 0,2270 g Sauerstoff enthalten sind (oben berechnet), wird anhand der Atommasse von Sauerstoff (16,00 g pro Mol) berechnet. Beachten Sie, dass die Sauerstoffatome in MgO einzeln….nicht als O2-Moleküle vorkommen. Berechnen Sie die Anzahl der Mole von Sauerstoffatomen, die in 0,2270 g Sauerstoff enthalten sind, und klicken Sie dann hier, um Ihre Antwort zu überprüfen.

e. Verhältnis von Mol Mg-Atomen zu Mol O-Atomen

Die Summenformel stellt das kleinste ganzzahlige Verhältnis der Atomarten in einer Verbindung dar. Auf experimenteller Basis haben wir festgestellt, dass sich 0,01397 Mol Magnesium mit 0,01419 Mol Sauerstoff verbunden haben. Das bedeutet, dass die Anzahl der Sauerstoffatome, die sich pro Magnesiumatom verbunden haben, durch das Verhältnis gegeben ist

f. Empirische Formel (kleine ganze Zahlen)

Da wir nicht „1,016“ Sauerstoffatome haben können und da es bei jedem Versuch experimentelle Fehler gibt, runden wir dieses Verhältnis auf die ganze Zahl eins ab. Diese Verbindung enthält für jedes Magnesiumatom ein Sauerstoffatom, und so lautet die Summenformel einfach MgO.

g. Experimenteller Massenanteil Mg im Produkt

Der prozentuale Massenanteil von Magnesium ergibt sich aus der Masse des entnommenen Magnesiums und der Masse des entstandenen Produkts. Berechnen Sie für die obigen Daten den im Experiment ermittelten prozentualen Anteil des Magnesiums (nach Masse) und klicken Sie anschließend hier, um Ihre Antwort zu überprüfen.

h. Tatsächliche Formel von Magnesiumoxid (basierend auf Oxidationszahlen)

Im „Nomenklatur-Workshop“ haben Sie geübt, die Formeln für Verbindungen zu schreiben, und in vielen Fällen waren Sie in der Lage, die Position eines bestimmten repräsentativen Elements im Periodensystem zu verwenden, um die Ladung des Ions zu bestimmen, das das Element in Verbindungen bilden würde. Da Magnesium ein Element der Gruppe 2A ist, bildet es +2-Ionen: Mg2+. Da Sauerstoff ein Element der Gruppe 6A ist, bildet es -2 Ionen: O2-. Basierend auf diesen Ladungen würden wir also vorhersagen, dass die Formel von Magnesiumoxid MgO sein sollte (ein +2 Ion kombiniert mit einem -2 Ion).

i. Theoretischer Massenanteil von Mg

Ausgehend von der vorhergesagten Formel von Magnesiumoxid (Teil h oben), können wir den „theoretischen“ Massenanteil von Magnesium in Magnesiumoxid berechnen.

j. %-Fehler in Prozent Magnesium

Dies vergleicht Ihren experimentellen Wert für das %Mg mit dem theoretischen % Mg basierend auf der wahren Formel . Wenn Sie Ihr Experiment sehr sorgfältig durchgeführt haben, sollte diese Zahl weniger als 1% betragen. Für die obigen Daten

Das Minuszeichen in der Fehlermeldung zeigt, dass mein Ergebnis etwas niedriger als der wahre Wert war.

Fragen

Wir können Ihnen die Antworten nicht liefern, aber hier sind einige „hilfreiche Hinweise“.

1. Wenn in der Frage von „elementarem“ Sauerstoff die Rede ist, bezieht sich das auf die Form, in der Sauerstoff in der Atmosphäre vorkommt.
2. Wenn in der Frage von „elementarem“ Stickstoff die Rede ist, ist damit die Form gemeint, in der Stickstoff in der Atmosphäre vorkommt.
3. Diese Gleichung wird auf der Grundlage dessen, was Sie in den Schritten 7 und 8 der Prozedur getan haben (was haben Sie zu diesem Zeitpunkt in den Tiegel gegeben??) und der in der Frage selbst angegebenen Informationen geschrieben.
4. Betrachten Sie bei dieser Art von Frage die extremste Situation. Angenommen, Sie hätten drei 1.000-g-Proben Magnesium. Angenommen, Sie erhitzen eine Probe Magnesium in reinem Sauerstoff, so dass sie vollständig in Magnesiumoxid umgewandelt wird (ohne dass Sie sich Gedanken über das Vorhandensein von Magnesiumnitrid machen müssen. Wie hoch ist der Mg-Anteil in diesem Produkt? Angenommen, Sie erhitzen eine weitere Probe Magnesium in reinem Stickstoff, um sie vollständig in Magnesiumnitrid umzuwandeln. Wie hoch wäre der % Mg in diesem Produkt? Angenommen, Sie erhitzen die dritte Probe in Luft, die ein Gemisch aus Magnesium und Sauerstoff ist, und stellen fest, dass das Produkt hauptsächlich aus Magnesiumoxid besteht, aber mit einer kleinen Menge Magnesiumnitrid verunreinigt ist? Wie würde der % Mg dieser Mischung aus Magnesiumoxid und Magnesiumnitrid im Vergleich zu dem % Mg in reinem MgO und dem % Mg in reinem Mg3N2 aussehen?