摩尔气体常数的测定

1、摩尔气体常数的测定一、实验目的1. 了解一种测定摩尔气体常数的方法。2. 熟悉分压定律与气体状态方程的应用。3. 练习分析天平的使用与测量气体体积的操作。二、实验原理气体状态方程式的表达式为：pV = nRT =mRT式中：p 气体的压力或分压（Pa）V气体体积（L） n气体的物质的量（mol）mMrT 气体的质量（g）-气体的摩尔质量（g mol-） 气体的温度（K）;R摩尔气体常数（文献值：8.31Pa m K mol或JK mol ）可以看出，只要测定一定温度下给定气体的体积V、压力p与气体的物质的量 n或质量m,即可求得R的数值。本实验利用金属（如Mg、A1或Zn）与稀酸置换出氢气的反

2、应，求取R值。例如：+2+Mg（s）* + 2H （aq）* = Mg （aq） + H 2（g）*3 -i-i-i-1o_-1rH m298= -466.85(kJ mol )说明* s :表示固态（分子）；aq：表示水合的离子（或分子）；g :表示气态（分子）2）将已精确称量的一定量镁与过量稀酸反应，用排水集气法收集氢气。氢气的物质的量可根据式（由金属镁的质量求得:M h 2 M Mg由量气管可测出在实验温度与大气压力下，反应所产生的氢气体积。由于量气管内所收集的氢气是被水蒸气所饱和的，根据分压定律，氢气的分压Ph2，应是混合气体的总压p（以lOOKpa计）与水蒸气分压 Ph2o之差:Ph

3、2 = P - Ph2o(3)将所测得的各项数据代入式（1）可得:V _ ( p -pH?。)V铁铁架气71&?准厂瓶 t漏斗）三、实验用品仪器：分析天平，称量纸（蜡光纸或硫酸纸），量筒（10mL），漏斗，温度计图1摩尔气体常数测定装置（公用），砂纸，测定摩尔气体常数的装置（量气管二水准瓶2,试管，滴定管夹，铁架，铁夹，铁夹座，铁圈，橡皮塞，橡皮管，玻璃导气管），气压计（公用），烧杯（100mL、400mL ） 细砂纸等。药品：硫酸H2SO4（3mo1 L-1），镁条（纯）。四、实验内容1. 镁条称量取两根镁条，用砂纸擦去其表面氧化膜，然后在分析天平上分别称出其质量，并用称量纸纸包好记下 质量

4、，待用（也可由实验室老师预备）。镁条质量以0.03000.0400g为宜。镁条质量若太小，会增大称量及测定的相对误差。质量若太大,则产生的氢气体积可能超过量气管的容积而无法测量。称量要求准确至土 0.0001g。2. 仪器的装置和检查按图1装置仪器。注意应将铁圈装在滴定管夹的下方，以 便可以自由移动水准瓶（漏斗）。打开量气管的橡皮塞，从水准 瓶注入自来水，使量气管内液面略低于刻度0若液面过低或过高，则会带来什么影响？）。上下移动水准瓶，以赶尽附着于橡皮 管和量气管内壁的气泡，然后塞紧量气管的橡皮塞。为了准确量取反应中产生的氢气体积，整个装置不能有泄漏之处。检查图2镁条贴在试管壁上半部漏气的方法

5、如下：塞紧装置中连接处的橡皮管，然后将水准瓶（漏斗）向下（或向上）移动一段距离，使水准瓶内液面低于（或高于）量气管内液面。若水准瓶位置固定后，量气管内液面仍不断下降（或上升），表示装置漏气（为什么？），则应检查各连接处是否严密 （注意橡皮塞及导气管间连接是 否紧密）。务必使装置不再漏气，然后将水准瓶放回检漏前的位置。3. 金属与稀酸反应前的准备取下反应用试管，将 45mL 3 mo1L-1H2SO4溶液通过漏斗注入试管中（将漏斗移出试管时，不能让酸 液沾在试管壁上！为什么？）。稍稍倾斜试管，将已称好质量 （勿忘记录）的镁条按压平整后蘸少许水贴在试 管壁上部，如图 2所示，确保镁条不与硫酸接触，

6、然后小心固定试管，塞紧（旋转）橡皮塞（动作要轻缓，谨防镁条落入稀酸溶液中）。再次检查装置是否漏气。 若不漏气，可调整水准瓶位置，使其液面与量气管内液面保持在同一水平面， 然后读出量气管内液面的弯月面最低点读数。要求读准至土 0.01mL，并记下读数（为使液面读数尽量准确，可移动铁圈位置，设法使水准瓶与量气管位置尽量靠近）。4. 氢气的发生、收集和体积的量度松开铁夹，稍稍抬高试管底部，使稀硫酸与镁条接触（切勿使酸碰到橡皮塞）；待镁条落入稀酸溶液中后，再将试管恢复原位。此时反应产生的氢气会使量气管内液面开始下降。为了不使量气管内因气压增 大而引起漏气，在液面下降的同时应慢慢向下移动水准瓶，使水准瓶

7、内液面随量气管内液面一齐下降，直 至反应结束，量气管内液面停止下降（此时能否读数？为什么？）。待反应试管冷却至室温（约需10多分钟），再次移动水准瓶，使其与量气管的液面处于同一水平面，读出并记录量气管内液面的位置。每隔23min，再读数一次，直到读数不变为止。记下最后的液面读数及此时的室温和大气压力。从附表中查出相应于室温时水的饱和蒸气压。打开试管口的橡皮塞，弃去试管内的溶液，洗净试管，并取另一份镁条重复进行一次实验。记录实验 结果。五、数据记录与处理实验编号121量气管的容量不应小于 50mL ,读数可估计到 0.01mL或0.02mL。可用碱式滴定管代替。 2本实验中用短颈（或者长颈）漏斗

8、代替水准瓶。镁条质量mMg/g反应前量气管内液面的读数 V1/mL反应后量气管内液面的读数 VjmL反应置换出H2的体积V=（V2-v1） 106/mL室温T/K大气压力p/Pa室温时水的饱和蒸气压po/Pa氢气的分压Ph2 =（P PH2O）/PamMg2 M MgPh V摩尔气体常数 R = 2/(J K-1 mol-1)nH2 TRi +R211R的实验平均值 /(J K mol )2出卄、口* / cu、R实验值 R文献值相对误差（RE） = X100%R文献值分析产生误差的原因：六、注意事项1将铁圈装在滴定管夹的下方，以便可以自由移动水准瓶（漏斗）。2橡皮塞与试管和量气管口要先试试合

9、适后再塞紧，不能硬塞，防止管口塞烂；3从水准瓶注入自来水，使量气管内液面略低于刻度“0”4橡皮管内气泡排净标志：皮管内透明度均匀，无浅色块状部分；5气路通畅：试管和量气管间的橡皮管勿打折，保证通畅后再检查漏气或进行反应；6装H2SO4：长颈漏斗将H2SO4注入试管中，不能让酸液沾在试管壁上！（旋7贴镁条：按压平整后蘸少许水贴在试管壁上部，确保镁条不与硫酸接触，然后小心固定试管，塞紧 转）椽皮塞，谨防镁条落入稀酸溶液中。8反应：检查不漏气后再反应（切勿使酸碰到橡皮塞）；9读数：调两液面处于同一水平面，冷至室温后读数（小数点后两位，单位:mL）七、思考题1.本实验中置换出的氢气的体积是如何量度的？为什么读数时必须使水准瓶内液面与量气管内液面 保持在同一水平面？2量气管内气体的体积是否等于置换出氢气的体积？量气管内气体的压力是否等于氢气的压力？为 什么？3试分析下列情况对实验结果有何影响：（1） 量气管（包括量气管与水准瓶相连接的橡皮管）内气泡未赶尽；