Doświadczenie
7
Przegląd
W tym doświadczeniu dokładnie ważysz próbkę metalu magnezu, a następnie ogrzewasz próbkę w powietrzu. Magnez metaliczny reaguje z tlenem (O2) z powietrza, tworząc tlenek magnezu. Mg + O2 ® tlenek magnezu
Po całkowitym przereagowaniu próbki magnezu określamy masę produktu – tlenku magnezu. Na podstawie tych dwóch mas oblicza się skład procentowy tlenku magnezu.
Obliczenia
Załóżmy, że poniższe dane zostały zarejestrowane dla tego doświadczenia (patrz strona 33, sekcja I).
|
Masa magnezu |
0.3397 g |
|
Masa tygla, pokrywy, zlewki |
45.7324 g |
|
Masa tygla, pokrywy, zlewki, produktu |
|
|
po pierwszym ogrzaniu |
46.3105 g |
|
po drugim ogrzewaniu |
46.2995 g |
|
po trzecim ogrzewaniu (jeśli wykonano) |
46.2991 g |
Zauważ, że doświadczenie wymaga określenia w małej zlewce początkowej masy pobranego metalu magnezu. Masa magnezu zapisana na stronie 33, sekcja I, część (a) powinna być tylko masą samego metalu magnezu (nie licząc masy zlewki, w której dokonano oznaczenia masy). Twoja odpowiedź powinna mieścić się w przedziale od 0,3 do 0,4 g (jeżeli masz większą liczbę niż ta, to znaczy, że wliczasz masę zlewki). Masy zapisane na stronie 33 w sekcji I, część (c) zawierają masę pojemników (masa pustych pojemników jest zapisana w sekcji I, część (b)). Zwróć uwagę, że wszystkie masy powinny być określone z dokładnością do czterech miejsc po przecinku na wadze elektronicznej: daje to zazwyczaj 6 cyfr znaczących, gdy uwzględnione są masy pojemników, co pozwala na określenie mas magnezu i tlenku magnezu z dokładnością do czterech cyfr znaczących.
Strona 33 Część II
a. Masa produktu
Masa produktu, którą należy stosować we wszystkich następnych obliczeniach, jest oparta na końcowej masie tygla/zlewki wraz z zawartością (po zakończeniu wszystkich ogrzewań) minus masa pustego pojemnika (przed włożeniem do niego magnezu). Dla podanych powyżej danych oblicz masę produktu, a następnie kliknij tutaj, aby sprawdzić swoją odpowiedź.
b. Mass of Oxygen Reacted
Ponieważ produktem Twojej reakcji powinien być czysty tlenek magnezu (zawierający magnez i tlen), a pobrany materiał wyjściowy był czystym magnezem elementarnym, masa przereagowanego tlenu powinna być po prostu różnicą tych dwóch mas. Korzystając z powyższych danych, oblicz masę tlenu przereagowanego z pobraną próbką magnezu, a następnie kliknij tutaj, aby sprawdzić swoją odpowiedź.
c. Mole przereagowanego magnezu
Liczba moli przereagowanego magnezu wynika z masy pobranego magnezu i masy molowej magnezu (24,31 g na mol Mg). Dla powyższych danych oblicz liczbę moli przereagowanego magnezu, a następnie kliknij tutaj, aby sprawdzić swoją odpowiedź.
d. Mole przereagowanego tlenu
Liczba moli atomów tlenu zawartych w 0,2270 g tlenu (obliczona powyżej) jest obliczana z wykorzystaniem masy atomowej tlenu (16,00 g na mol). Zauważ, że atomy tlenu występują w MgO indywidualnie….not jako cząsteczki O2. Oblicz liczbę moli atomów tlenu zawartych w 0,2270 g tlenu, a następnie kliknij tutaj, aby sprawdzić swoją odpowiedź.
e. Stosunek moli atomów Mg do moli atomów O
Wzór empiryczny przedstawia najmniejszy stosunek liczb całkowitych rodzajów atomów w danym związku. Na podstawie eksperymentu stwierdziliśmy, że 0,01397 mola magnezu połączyło się z 0,01419 mola tlenu. Oznacza to, że liczba atomów tlenu, które połączyły się na atom magnezu jest dana przez stosunek
f. Wzór empiryczny (małe liczby całkowite)
Ponieważ nie możemy mieć „1,016” atomów tlenu, a ponieważ w każdym przedsięwzięciu jest błąd doświadczalny, zaokrąglamy ten stosunek do liczby całkowitej jeden. Związek ten zawiera jeden atom tlenu na każdy atom magnezu, a więc jego wzór empiryczny to po prostu MgO.
g. Doświadczalny % Mg (masowy) w produkcie
Procentowa zawartość magnezu (masowa) jest oparta na masie pobranego magnezu i masie produktu, który powstał. Dla powyższych danych oblicz procentową zawartość magnezu (wagowo) wyznaczoną w eksperymencie, a następnie kliknij tutaj, aby sprawdzić swoją odpowiedź.
h. Wzór rzeczywisty tlenku magnezu (na podstawie liczb oksydacyjnych)
W „Warsztatach z nomenklatury” ćwiczyliście pisanie wzorów związków i w wielu przypadkach potrafiliście wykorzystać położenie danego reprezentatywnego pierwiastka w Układzie Okresowym do określenia ładunku jonu, jaki ten pierwiastek będzie tworzył w związkach. Ponieważ magnez jest pierwiastkiem grupy 2A, tworzy on jony o ładunku +2: Mg2+. Ponieważ tlen jest pierwiastkiem grupy 6A, tworzy on jony -2: O2-. Zatem na podstawie tych ładunków można by przewidzieć, że wzór tlenku magnezu powinien być następujący: MgO (jeden jon +2 połączony z jednym jonem -2).
i. Teoretyczny % Mg na masę
W oparciu o przewidywany wzór tlenku magnezu (część h powyżej), możemy obliczyć „teoretyczny” procent na masę magnezu w tlenku magnezu.
Masa molowa MgO = 24,31 g + 16,00 g = 40.31 g
j. % błąd w procentach magnezu
To porównuje twoją eksperymentalną wartość dla %Mg z teoretycznym % Mg opartym na prawdziwym wzorze . Jeśli wykonałeś swój eksperyment bardzo starannie, ta liczba powinna być mniejsza niż 1%. Dla powyższych danych
Znak minus w błędzie wskazuje, że mój wynik był nieco niższy niż prawdziwa wartość.
Pytania
Nie możemy dostarczyć odpowiedzi dla ciebie, ale oto kilka „pomocnych wskazówek”.
- Gdy pytanie mówi o „elementarnym” tlenie, odnosi się to do formy, w której tlen występuje w atmosferze.
- Gdy pytanie mówi o „elementarnym” azocie, odnosi się to do formy, w której azot występuje w atmosferze.
- To równanie jest napisane na podstawie tego, co zrobiłeś w krokach 7 i 8 procedury (co dodałeś do tygla w tym momencie??) i informacji podanych w samym pytaniu.
- W przypadku tego typu pytań, rozważ najbardziej ekstremalną sytuację. Załóżmy, że masz trzy próbki magnezu o masie 1000 g. Załóżmy, że podgrzewasz jedną próbkę magnezu w czystym tlenie tak, że jest ona całkowicie przekształcona w tlenek magnezu (bez obaw o obecność azotku magnezu. Jaki jest % Mg w tym produkcie? Przypuśćmy, że podgrzejemy kolejną próbkę magnezu w czystym azocie, aby całkowicie przekształcić go w azotek magnezu. Ile wynosiłby % Mg w tym produkcie? Przypuśćmy, że trzecią próbkę podgrzejemy w powietrzu, które jest mieszaniną magnezu i tlenu, i stwierdzimy, że produkt składa się głównie z tlenku magnezu, ale jest zanieczyszczony niewielką ilością azotku magnezu? W jaki sposób % Mg w tej mieszaninie tlenku magnezu i azotku magnezu można porównać z % Mg w czystym MgO i % Mg w czystym Mg3N2?