Oppgave 1. Bestemmelse av partielle molare volum

Like dokumenter
KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 1. Partielle molare volum

Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske

Oppgave 2. Bestemmelse av partielle molare entalpier

Laboratorieoppgave 1: Partielle molare volum

Oppgave 4. Tokomponent faselikevekt

Laboratorieoppgave 3: Fordampingsentalpi til sykloheksan

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske Aceton

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 2. Partiell molar entalpi

Oppgave 5. Standard elektrodepotensial

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 4. Tokomponent - faselikevekt

Laboratorieoppgave 4: Tokomponent faselikevekt

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 3: Syrehydrolyse av mannuronan Gruppe 5

Eksperiment 10; Etersyntese: Alkylering av paracetamol til Phenacetin

Eksperiment 12; Oksidasjon av isoborneol til Kamfer

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 5. Standard reduksjonspotensial

Eksperiment 14; Grignard reaksjon: Syntese av trifenylmetanol

Laboratorieoppgave 5: Standard Reduksjonspotensial. Åge Johansen Ole Håvik Bjørkedal Gruppe 60 1.

TEMA: Damp/Væske-likevekter og Flash-Separasjon. Løsningsforslag:

Anslag for usikkerhet av et sammensatt resultat basert på anslått usikkerhet ( feilmarginer ) for måleverdiene.

Rapporter. De ulike delene i en rapport og hvordan de bør utformes Sammendrag Teori Eksperimentelt Resultat Diskusjon/konklusjon Litteraturliste

Kan vi forutse en pendels bevegelse, før vi har satt den i sving?

Prosjekt i prosessteknikk Metanolproduksjon pa Tjeldbergodden

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

Varmekapasitet, og einsteintemperatur til aluminium

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

4 KONSENTRASJON 4.1 INNLEDNING

Preparativ oppgave i uorganisk kjemi

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

KJ1042 Øving 12: Elektrolyttløsninger

Statisk magnetfelt. Kristian Reed a, Erlend S. Syrdalen a

Krystallisasjon: Isolering av acetylsalisylsyre

Alkener fra alkoholer: Syntese av sykloheksan

TEMA: Destillasjon. Løsningsforslag: Komponentbalanse (molar basis) for acetaldehyd: F X F = B X B + D Y D

OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 6 SIDER MERKNADER: Alle deloppgaver vektlegges likt.

BESTEMMELSE AV TYNGDENS AKSELERASJON VED FYSISK PENDEL

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

Angivelse av usikkerhet i måleinstrumenter og beregning av total usikkerhet ved målinger.

Ekstraksjon: Separasjon av sure, basiske og nøytrale forbindelser

Oppgave 1. Det oppgis at dersom y ij er observasjon nummer j fra laboratorium i så er SSA = (y ij ȳ i ) 2 =

Mal for rapportskriving i FYS2150

Eksamensoppgave i TKP4105 Separasjonsteknologi

Brukerkurs i Gauss feilforplantning

Rapportskrivning, eller Hvordan ser en god labrapport* ut?

EKSAMEN I FAG 75510/75515 STATISTIKK 1 Tirsdag 20. mai 1997 Tid: 09:00 14:00

Experiment Norwegian (Norway) Hoppende frø - En modell for faseoverganger og ustabilitet (10 poeng)

Rapport Kraft på strømførende leder i statisk magnetfelt

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET FULLSTENDIG

3. Massevirkningsloven eller likevektsuttrykk for en likevekt

Vannbølger. 1 Innledning. 2 Teori og metode. Sindre Alnæs, Øistein Søvik Institutt for fysikk, NTNU, N-7491 Trondheim, Norge. 12.

Bestemmelse av Newtons gravitasjonskonstant med torsjonsvekt

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 2: Nedbryting av biopolymerer undersøkt med viskometri Gruppe 5

+ S2 Y ) 2. = (avrundet nedover til nærmeste heltall) n Y 1

Veiledningshefte for rapportskriving i TFY4102/TFY4104/TFY4106 TFY4115/TFY4120/TFY4125

EN LITEN INNFØRING I USIKKERHETSANALYSE

2T kapittel 3 Modellering og bevis Løsninger til innlæringsoppgavene

Alle hjelpemidler er tillatt, med unntak av Internett og andre verktøy som tillater kommunikasjon.

ELEKTRISITET. - Sammenhengen mellom spenning, strøm og resistans. Lene Dypvik NN Øyvind Nilsen. Naturfag 1 Høgskolen i Bodø

Statiske magnetfelt. Thomas Grønli og Lars A. Kristiansen Institutt for fysikk, NTNU, N-7491 Trondheim, Norge 19. mars 2012

Sikkerhetsrisiko:lav. fare for øyeskade. HMS ruoner

Uncertainty of the Uncertainty? Del 3 av 6

Eksamen STK2400, 6/ Løsningsforslag

2. Termodynamikkens lover Termodynamikkens 1. lov Energiutveksling i form av varme og arbeid Trykk-volum arbeid

HØGSKOLEN I STAVANGER

Løsninger til innlæringsoppgavene

Usikkerheter i gassparametre ut fra gasskomposisjon

Oksidasjon av Isoborneol til Kamfer

Teknostart Prosjekt. August, Gina, Jakob, Siv-Marie & Yvonne. Uke 33-34

Støkiometri (mengdeforhold)

Mulige sammenhenger for plassering på samfunnsstigen

Aldolkondensasjon: Syntese av Tetrafenylsyklopentadienon

NA Dok 26C Krav til kalibrering og kontroll av volumetrisk utstyr for akkrediterte prøvingslaboratorier

Bestemmelse av skjærmodulen til stål

FYS2160 Laboratorieøvelse 1

Øving Nettoinnhold i en melkekartong

EKSAMEN I FAG TMA4275 LEVETIDSANALYSE

Gravitasjonskonstanten

Brukerveiledning for webapplikasjonen. Mathemateria Terje Kolderup

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

Matlab-tips til Oppgave 2

Den spesifike (molare) smeltevarmen for is er den energi som trengs for å omdanne 1 kg (ett mol) is med temperatur 0 C til vann med temperatur 0 C.

Gjør gjerne analysene under her selv, så blir dere mer fortrolige med utskriften fra Spss. Her har jeg sakset og klippet litt.

Forside. MAT INF 1100 Modellering og beregninger. Mandag 9. oktober 2017 kl Vedlegg (deles ut): formelark. Tillatte hjelpemidler: ingen

Vi ønsker å bestemme konsentrasjonen av to forskjellige spesier som begge absorberer. Ni 510

Øving 1 TMA Grunnleggende dataanalyse i Matlab

TMA4100 Matematikk 1, høst 2013

I et eksperiment er det målt følgende sammenheng mellom to størrelser x og y. x Y = ax + b:

Teoretisk kjemi. Trygve Helgaker. Centre for Theoretical and Computational Chemistry. Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo. Onsdag 13.

Kapittel 12. Brannkjemi Brannfirkanten

Nitrering: Syntese av en fotokrom forbindelse

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

Øving 1 TMA Grunnleggende dataanalyse i Matlab

Kinetic studies using UV-VIS spectroscopy Fenton reaction

Sentralverdi av dataverdi i et utvalg Vi tenker oss et utvalg med datapar. I vårt eksempel har vi 5 datapar.

BESTEMMELSE AV TYNGDENS AKSELERASJON VED FYSISK PENDEL

MOT310 Statistiske metoder 1, høsten 2006 Løsninger til regneøving nr. 8 (s. 1) Oppgaver fra boka:

For hver kildestrøm CMR-modellen benyttes for skal dokumentasjonen minst inkludere følgende informasjon relatert til det aktuelle rapporteringsåret:

2. Kjemisk likevekt Vi har kjemisk likevekt når reaksjonen mot høgre og venstre går like fort i en reversibel reaksjon.

EKSAMEN Løsningsforslag

Numerisk løsning av differensiallikninger Eulers metode,eulers m

Emne 10 Litt mer om matriser, noen anvendelser

Transkript:

Oppgave 1 Rom C2-107 Gruppe 45 Anders Leirpoll & Kasper Linnestad andersty@stud.ntnu.no kasperjo@stud.ntnu.no 22.02.2012

i Sammendrag Hensikten med dette forsøket var å bestemme de partielle molare volum til aceton og vann som funksjon av sammensetning. Ved hjelp av pyknometriske målinger for ulike sammensetninger av aceton og vann ble volumendringen funnet som funksjon av molbrøken til aceton,. Ved hjelp av regresjon av målepunktene og derivasjon ble den deriverte av volumendringen med hensyn på molbrøken bestemt. Ved hjelp av denne ble de partielle molare volum som funksjon av sammensetning bestemt til å være: For henholdsvis vann og aceton. Kurvene til og ble plottet og funnet til å være nesten speilvendte av hverandre, se Figur 2 og Figur 4. Ved å sette og i henholdsvis utrykkene for og ble de partielle molare volumene til de rene komponenter bestemt til å være: Den største usikkerheten i forsøket ligger nok i regresjonen, med og i feil på henholdsvis tredje, andre, første og nulltegrads-koeffesienter.

ii Innhold 1 Innledning 1 2 Apparatur 1 3 Eksperimentelt 1 4 Resultater 1 4.1 Generelle beregninger 1 4.1.1 Volumet til pyknometeret 1 4.1.2 Tettheten til aceton 2 4.1.3 Molart volum for rene komponenter 2 4.1.4 Antall mol av hver komponent i pyknometeret 2 4.2 Plott av endring i molart volum ved blanding 2 4.3 Plott av de partielle molare volumene til vann og aceton 3 4.4 Beregning av de partielle molare volumene av rene komponenter 5 5 Konklusjon 5 Symboler 7 Litteraturliste 7 Vedlegg A Utledning A-1 Vedlegg B Måleresultater, konstanter og utregnede verdier B-1 Vedlegg C Usikkerhetsberegning C-1 Vedlegg D Måleskjema D-1

1 1 Innledning Eksperimentet ble utført som i laboratorieheftet [1]. Når to rene væsker blandes kan vi ofte oppleve en endring i volum. Dette kommer av tiltrekkende eller frastøtende krefter mellom molekylene i blandingen. I dette forsøket er formålet å bestemme de partielle molare volumene til vann og aceton som en funksjon av sammensetning ved hjelp av et pyknometer. 2 Apparatur Figur 1: Pyknometer brukt til å bestemme volum Et pyknometer er en glassflaske med glasspropp som brukes til å bestemme vekt av et bestemt volum, se Figur 1. Pyknometeret fylles til et bestemt volum ved at det lukkes med en innslepen glasspropp som har kapillær åpning for å slippe ut overflødig volum. I dette forsøket ble pyknometerets volum kalibrert med vann, som har en kjent tetthet ved temperaturen som ble avlest. 3 Eksperimentelt Pyknometerets volum ble bestemt ved nøyaktig kalibrering med vann. Pyknometeret ble veid tomt og fullt med vann ved kjent temperatur. Tettheten til vannet ble funnet i litteratur [2], og volumet ble beregnet. Det ble utført en pyknometrisk bestemmelse av tettheten til de rene komponentene. Det ble laget væskeblandinger med varierende sammensetning ved bruk av to byretter. Disse ble fullstendig blandet og termostatert før de ble veid. Det ble gjennomført to parallelle målinger. 4 Resultater Måleresultatene med usikkerheter er gitt i Tabell 5 i Vedlegg B og Tabell 4 i Vedlegg B. Konstantene brukt i utregninger er gitt i Tabell 3 i Vedlegg B. Måleskjemaet brukt er gitt i Vedlegg DFeil! Fant ikke referansekilden.. Usikkerhetsberegningene er gitt i Vedlegg C. 4.1 Generelle beregninger 4.1.1 Volumet til pyknometeret Volumet til pyknometeret,, er beregnet ved hjelp av; (1)

2 Her er massen rent vann i et fullt pyknometer, og er tettheten til rent vann ved den aktuelle temperaturen. Usikkerheten er beregnet ved hjelp av (C.2) i Vedlegg C. Innsatt fås da; (2) 4.1.2 Tettheten til aceton Tettheten til aceton,, er beregnet ved hjelp av; Her er fås da; massen ren aceton i et fullt pyknometer. Usikkerheten er gitt i (C.3) i Vedlegg C. Innsatt (3) 4.1.3 Molart volum for rene komponenter De molare volumene for ren komponent er gitt som; (4) Med for vann og for aceton fås da; (5) (6) (7) 4.1.4 Antall mol av hver komponent i pyknometeret Antall mol aceton i pyknometeret, ved blandingsforholdene gitt i måleskjemaet er beregnet ved hjelp av (A.10) i Vedlegg A, og usikkerheten er beregnet ved (C.8) i Vedlegg C. Antall mol vann i pyknometeret,, ved blandingsforholdene er beregnet ved (A.11) i Vedlegg A, og usikkerheten er beregnet ved (C.9) i Vedlegg C. Verdiene er oppsummert i Tabell 6 i Vedlegg B. Usikkerheten ble ikke tatt med fordi den var mye mindre enn verdien med riktig antall signifikante sifre. Disse verdiene er brukt til å regne ut molfraksjoner ved å bruke; Her er som før for vann, og for aceton. Verdiene med usikkerheter er beregnet fra (C.10) i Vedlegg C og er oppsummert i Tabell 7 i Vedlegg B. Usikkerhetene til molfraksjonene var så små at de er neglisjerbare. 4.2 Plott av endring i molart volum ved blanding Endringen i molart volum ved blanding, er beregnet fra i [1], og skrevet om som; (8) (9) Dette er vist i Figur 2. Dataene til plottet er gitt i Tabell 8 i Vedlegg B. Her er usikkerhetene i beregnet fra (C.11) i Vedlegg C.

Δ mix V m [cm 3 mol -1 ] Anders Leirpoll & Kasper Linnestad 22.02.2012 3 0.15-0.05-0.25-0.45-0.65-0.85-1.05-1.25 y = -4.2169x 3 + 11.911x 2-7.6027x + 0.0095 R² = 0.9984-1.45 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 Figur 2: Plot av endringen i molar volum ved blanding, som en funksjon av molfraksjonen til aceton, Som det ses ut i fra Figur 2 er usikkerhetene i både og svært små, og regresjonen,, ser ut til å være relativt nøyaktig. Videre brukes den deriverte til regresjonen,, til å beregne de partielle molare volumene til komponentene; x 2 (10) Usikkerheten til hver koeffisient i regresjonen er beregnet med regresjonsverktøyet til Microsoft Excel, og gitt i Tabell 1. Tabell 1: Utdata fra regresjonsanalysen til Microsoft Excel på Koeffisient Verdi Usikkerhet 0.00952332 0.01892931-4.21690126 0.53711175 11.9109497 0.71384177-7.60272661 0.2452611 Som man ser i Tabell 1 er usikkerheten i regresjonen svært stor i forhold til usikkerheten i de andre verdiene. 4.3 Plott av de partielle molare volumene til vann og aceton Det partielle molare volumet til vann,, er beregnet ved å løse (9) for og sette dette inn i (10). Etter litt forenkling fås som; Dette er beregnet for hver målte verdi av Tabell 9 i Vedlegg B., og satt sammen i Figur 3. Dataene til plottet er gitt i (11)

4 18 y = 8.4338x 3-11.911x 2-3E-05x + 18.057 R² = 0.9997 17 16 V 1 15 14 13 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 x 2 Figur 3: Plot av det partielle molare volumet til vann,, som en funksjon av molfraksjonen til aceton,. Som det kan ses fra Figur 3 blir usikkerheten i svært stor for økende verdier av. Dette kommer av at regresjonsuttrykket inngår i (11), og har svært stor usikkerhet. Det partielle molare volumet til aceton,, er beregnet ved å løse (9) for og sette dette inn i (10). Etter litt forenkling fås som; Dette er beregnet for hver målte verdi av Tabell 9 i Vedlegg B., og satt sammen i Figur 4. Dataene til plottet er gitt i (12)

5 73.5 72.5 71.5 V 2 70.5 69.5 y = 8.4338x 3-24.562x 2 + 23.822x + 65.864 R² = 0.9999 68.5 67.5 66.5 65.5 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 x 2 Figur 4: Plot av det partielle molare volumet til aceton, Som det kan ses i Figur 4, er usikkerheten i regresjonsuttrykket inngår i uttrykket for., som en funksjon av molfraksjonen til aceton, relativt stor. Dette er også en følge av at Regresjonene i Figur 3 og Figur 4 er tilnærmet speilbilder av hverandre. 4.4 Beregning av de partielle molare volumene av rene komponenter Det partielle molare volumet til rent vann kan beregnes fra regresjonsuttrykket for innsatt med. Usikkerheten er beregnet med regresjonsanalyseverktøyet til Microsoft Excel. Utregning gir da; (13) Tilsvarende fås det partielle molare volumet til aceton fra regresjonsuttrykket for innsatt med. Usikkerheten er beregnet med regresjonsanalyseverktøyet til Microsoft Excel. Utregning gir da; (14) Dette er nærme verdiene funnet tidligere for og 5 Konklusjon Endringen i molart volum som funksjon av ble bestemt til; De partielle molare volum ble bestemt til;

6 Kurvene ble funnet til å være speilvendte av hverandre. De partielle molare volum til rene komponenter ble bestemt til; Dette er veldig nære de utregnede verdiene på henholdvis og for og.

7 Symboler Tabell 2: Symboler brukt i rapporten Symbol Benevning Beskrivelse Brukes for komponent Volumforhold mellom og Masse Molar masse Stoffmengde komponent Temperatur Volum av piknometer Partiell molart volum for komponent Volum for ren komponent Molart volum for ren komponent Volum av piknometer per mol væske Totalt volum av komponentene før blanding Endring i totalt volum ved blanding Blandingens totale masse Molbrøken til komponent Tettheten til komponent Molar tetthet Litteraturliste [1] S. Kjelstrup, Prosjekter i fysikalsk kjemi grunnkurs, 7. red., Trondheim: Tapir akademiske forlag, 2011, pp. 21-26. [2] CRC-Press, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 62 red., CRC-Press, 1981-1982. [3] Wolfram Research Company, «WolframAlpha,» 2012. [Internett]. Available: http://www.wolframalpha.com/input/?i=molecular+weight+water. [Funnet 22 februar 2012]. [4] Wolfram Research Company, «WolframAlpha,» 2012. [Internett]. Available: http://www.wolframalpha.com/input/?i=molecular+weight+acetone. [Funnet 22 februar 2012]. [5] M. Høy, H. Martens, E. Anderssen og K. Steen, Beregning av usikkerhet i kjemisk måling, Trondheim: Tapir Akademiske Forlag, 2001, pp. 19-20. [6] G. Aylward og T. Findlay, SI Chemical Data, 6. red., Milton: John Wiley & Sons Australia, Ltd, 2008, pp. 42, 112. Anders Leirpoll Trondheim Kasper Linnestad Trondheim

A-1 Vedlegg A Utledning Skal utlede ligning og i laboratorieheftet, som henholdsvis er gitt som og; (A.1) Starter med å innføre den totale massen som massen til vann addert med massen til aceton; (A.2) Innfører tettheten gitt som masse,, delt på volum ren komponent, ; (A.3) (A.4) Som innsatt i (A.3) gir; Innfører volumforholdet, som forholdet mellom volum rent vann delt på volum ren aceton; (A.5) (A.6) Som innsatt i (A.5) gir; Innfører det molare volumet til ren komponent, mol komponent,. (A.7) som volumet ren komponent dividert med antall (A.8) Som innsatt i (A.7) gir; Løser med hensyn på ; (A.9) Tilsvarende utledning gir ; (A.10) (A.11)

B-1 Vedlegg B Måleresultater, konstanter og utregnede verdier Tabell 3: Konstanter Symbol Verdi [2] [3] [4] Tabell 4: Målinger Symbol Verdi Tabell 5: Vekt av blandingene ved forskjellige forhold vann og aceton for parallell (1) og (2) Aceton [ ] Vann [ ] Vekt av pyknometer [ ] Vekt av pyknometer [ ] Tabell 6: Utregnede verdier for antall mol av hver komponent i pyknometeret ved gitt blandingsforhold, i stoffmengdene er utelatt da de er av ubetydelig størrelse. Blanding [ ] [ ] 1 29.0 1.5 0.560 0.00474 2 5.00 0.05 0.489 0.0240 3 3.29 0.02 0.452 0.0338 4 2.000 0.011 0.3966 0.04872 5 1.500 0.008 0.3575 0.05856 6 1.000 0.005 0.2997 0.07364 7 0.6667 0.0033 0.2403 0.08857 8 0.304 0.002 0.139 0.112 9 0.200 0.002 0.0988 0.121 10 0.0345 0.0017 0.0193 0.138. Usikkerheten

B-2 Tabell 7: Molfraksjonene og for henholdsvis vann og aceton. Usikkerhetene er utelatt da de er av ubetydelig størrelse. Blanding 1 0.992 0.00840 2 0.953 0.0468 3 0.930 0.0696 4 0.8906 0.1094 5 0.8593 0.1407 6 0.8028 0.1972 7 0.7307 0.2693 8 0.553 0.447 9 0.449 0.551 10 0.123 0.877 Tabell 8: Data brukt til Figur 2. Blanding [ ] [ ] 1 0.00840-0.0560 0.0002 2 0.0468-0.322 0.000 3 0.0696-0.460 0.000 4 0.1094-0.7053 0.0002 5 0.1407-0.7975 0.0003 6 0.1972-1.063 0.000 7 0.2693-1.282 0.000 8 0.447-1.36 0.00 9 0.551-1.28 0.00 10 0.877-0.34 0.00 Tabell 9: Data brukt til Figur 3 og Figur 4 Blanding [ ] [ ] [ ] [ ] 1 18.1 0.0 66.1 0.2 2 18.0 0.0 66.9 0.2 3 18.0 0.0 67.4 0.2 4 17.91 0.03 68.17 0.26 5 17.88 0.04 68.79 0.27 6 17.65 0.07 69.67 0.30 7 17.33 0.13 70.64 0.34 8 16.5 0.3 72.4 0.4 9 15.8 0.5 72.9 0.4 10 14.6 1.6 73.6 0.2

C-1 Vedlegg C Usikkerhetsberegning I oppgaven er all usikkerhet beregnet med Gauss feilforplantningslov [5]; (C.1) Her er standardavviket i en funksjon med uavhengige variabler med hvert sitt standardavvik,. Standardavviket for volumet til pyknometeret er gitt som; Standardavviket for tettheten til aceton er gitt som; (C.2) Standardavviket for molart volum av ren komponent er gitt som; (C.3) (C.4) Usikkerheten til en funksjon med addisjon eller subtraksjon, er gitt ved; (C.5) Usikkerhet i, blir utregnet ved nettopp som ovenfor. Usikkerhet i gjennomsnitt,, ; (C.6) Usikkerheten i den gjennomsnittlige massen av hver parallell. Usikkerhet i volumforholdet,, er gitt ved; (C.7)

C-2 Standardavviket for antall mol komponent i pyknometeret for aceton og vann er gitt som henholdsvis; (C.8) og; (C.9) Feilen i molfraksjonen, når det er to komponenter tilstede; Feilen i ; (C.10) ( ) ( ) (C.11) Feilen i ; Feilen i (C.12) ( ) (C.13)

D-1 Vedlegg D Måleskjema