XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Физические методы определения атомной массы химического элемента
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Цель работы: Определить экспериментальноотносительную атомную массу химического элемента неизвестного вещества в условиях школьной лаборатории.
Задачи:
Экспериментально определить относительную атомную массу химического элемента вещества с помощью физических методов измерения.
ИспользуякалькуляторCASIO CLASSWIZ, оценить границы случайнойпогрешности.
Сделатьвыводы.
Теоретический материал
1. Повторите основные понятия и термины, используемые в работе.
Относительная атомная масса – показывает во сколько раз масса данного атома химического элемента больше 1/12 массы изотопа12С.
Изотопы – атомы одного химического элемента, имеющие разное количество нейтронов и одинаковое число протоновв ядре, следовательно, имеющие разные относительные атомныемассы.
Удельная теплоемкость вещества – это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты необходимо сообщить телу массой 1кг, чтобы изменить его температуру на10С.
Масса Эквивалента - такая масса вещества, которая вступает в реакцию или замещает 1 моль«H».
В 181 Дюлонг совместно с Пти, установили закон теплоёмкости твёрдых тел, согласно которому произведение удельных теплоёмкостей простых твёрдых тел на относительную атомную массу образующих элементов есть величина приблизительно постоянная.
В современных единицах измерения эта величина примерно равна 25,12Дж/(г •0С) .
Значит Ar = 25,12/c,где с- удельная теплоемкость вещества.
2. Практическая часть
Оборудование: рычажныевесы, наборгирь, мензурка, лабораторный стаканчик сводой, электрическийчайник, калориметр, исследуемое цилиндрическое твердое тело, термометр, калькулятор CASIO CLASSWIZ.
3. Порядок выполнения работы:
1. С помощью рычажных весов определите массу твердого тела цилиндрической формы.
2. Определите начальную температуру твердого тела (т.к. тело длительное время находилось в классе, то его температура равна температуре воздуха в помещении)
3. Определите с помощью мензурки объем горячей воды.
4. Зная плотность воды (1000кг/м³), рассчитайте ее массу.
5. Перелейте воду в калориметр и определите ее начальную температуру.
6. Привяжите к телу нить и опустите его в калориметр с горячей водой.
7. Определите установившуюся температуру (как только показания
термометра более изменяться не будут)
8. Составьте уравнение теплового баланса.
Q1=c1m1(t-t1), где Q1- количество теплоты, отданное водой в результате теплообмена, с1 –удельная теплоемкость воды (табличная величина),
m1 – масса воды, t –конечная температура, t1 – начальная температура воды,
Q2=c2m2(t-t2), где Q2- количество теплоты, полученное твердым телом в результате теплообмена, с2 –удельная теплоемкость вещества (нужно определить), m2 – масса вещества, t2 – начальная температура исследуемого тела.
Потерями энергии на обмен с окружающей средой пренебрежем.
Следовательно, уравнение теплового баланса в данном случае имеет вид:
Q1 + Q2 = 0 ,
следовательно c2 = c1m1(t-t1) /(- m2(t-t2))
Результаты измерений и вычислений, запишите в таблицу:
Результаты вычислений запишем в таблицу:
4. Воспользуемся калькулятором для оценки границ случайной погрешности
Результаты измерений вносим в калькулятор:
1. Включим калькулятор, клавиша «ON».
2. Нажмем клавишу «MODE». Войдем в режим статистики.
На дисплее видно указание « 2: STAT».
3. Для входа в режим статистики нажмем клавишу с цифрой «2».
4. На дисплее найдем указание о расчете параметров экспериментов, в которых проводятся многократные измерения одной и той же величины «1: 1-VAR», нажмем клавишу с цифрой «1».
5. Откроется таблица с одной колонкой.
Внесем в таблицу результаты опытов:
набираете результат 25,12
нажимаете клавишу «=»
набираете результат 25,33
нажимаете клавишу «=»
набираете результат 23,03
нажимаете клавишу «=»
Расчет погрешности измерения
1. Входим в режим расчетов, нажимаем клавишу «АС».
2. Для входа в режим статистических расчетов нажимаем сначала «OPTN», затем нажимаем клавишу с цифрой «2» (функция этой клавиши - статистика).
3. На дисплее видим:
Округлим до сотых
Среднее значение = 24,50 а.е.м. (верхняя строчка)
С реднеквадратичное отклонение = 1, 04 а.е.м.
Среднеквадратичное отклонение измеряется в единицах измерения самой случайной величины и используется при расчёте стандартной ошибки среднего арифметического.
Рассчитаем погрешностьсреднего
n=3
?=1,04 / 1,73= 0,60
Вывод: относительная атомная масса исследуемого вещества равна
Аr = 24, 50 ± 0,60 (а.е.м.)
Список литературы:
1. alhimik.ru
2. alhimikov.net
3. av-physics.narod.ru
4. chemisttry.ucoz.ru
5. ru.wikipedia.org
6. techemy.com
7. znanija.com
8. Хомченко И.Г. Общая химия, М, Химия, 1990;
9. Энциклопедический словарь юного химика. Сост Крицман В.А., Станцо В.В., М, Педагогика, 1996