摩尔气体常数的测定

1、For personal use only in study and research; not for commercial use莇 For personal use only in study and research; not for commercial use螂摩尔气体常数的测定聿一、实验目的蒇1. 了解一种测定摩尔气体常数的方法。蒅2.熟悉分压定律与气体状态方程的应用。芀3.练习分析天平的使用与测量气体体积的操作。袈二、实验原理(1)薇气体状态方程式的表达式为：pV = nRT = mRTM r薂式中：p 气体的压力或分压（Pa）羁V气体体积（L）薇n气体的物质的量（mol）蚇m

2、气体的质量（g）1羃Mr 气体的摩尔质量（g mol ）气体的温度（K）;虿R 摩尔气体常数（文献值：8.31Pa m3 k mol-1或J K-1 mol ）螇可以看出，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。莃本实验利用金属（如Mg、A1或Zn）与稀酸置换出氢气的反应，求取R值。例如：+2+賺Mg（s）* + 2H （aq）* = Mg （aq） + H 2（g）*（2）莈ArH m298= -466.85（kJ mol 1）袇说明* 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）螄将已精确称量的一定量镁与过量稀

3、酸反应，用排水集气法收集氢气。氢气的物质的量可根据式（2）由金属镁的质量求得:m h 2m m gn H 2M H 2M Mg蕿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。Ph2 二 P - Ph2o(3)袇将所测得的各项数据代入式（1）可得:Ph2 Vnh2 T(P _ Ph2o ) n h2 T腿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:芁三、实验用品，量筒（10mL），漏斗，温度（量气管1,水准瓶2,试管，滴定羆图1摩尔气体常数测定装羆仪器：分析天平，称量纸（蜡光纸

4、或硫酸纸） 计（公用），砂纸，测定摩尔气体常数的装置管夹，铁架，铁夹，铁夹座，铁圈，橡皮塞，橡皮管，玻璃导气管），气压节1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。蝿2本实验中用短颈（或者长颈）漏斗代替水准瓶。计（公用），烧杯（100mL、400mL ）细砂纸等。罿药品：硫酸H2SO4（3mo1 L-1），镁条（纯）。肆四、实验内容蚃1.镁条称量蒁取两根镁条，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，待用（也可由实验室老师预备）。螈镁条质量以0.03000.0400g为宜。镁条质量若太小，会增大称量及测

5、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。膆2.仪器的装置和检查肄按图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。薇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。检查漏气的方法如下：塞紧装置中连接处的橡皮管，然后将水准瓶（漏斗）向下（或罿图2镁条贴在试管壁上半向上）移动一段距离，

6、使水准瓶内液面低于（或高于）量气管内液面。若水准瓶部位置固定后，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。芆3.金属与稀酸反应前的准备蒅取下反应用试管，将 45mL 3 mol - L-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，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

7、液中）。蚀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）。薀4.氢气的发生、收集和体积的量度莆松开铁夹，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

8、（此时能否读数？为什么？）。蚁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。莂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。莈五、数据记录与处理蒆实验编号肂1螀2肇镁条质量mMg/g蒆蒃薂反应前量气管内液面的读数 Vi/mL祎薆袄反应后量气管内液面的读数 V2/mL羀衿蚅反应置换出H2的体积V=（V2-Vt） xi0"6/mL羁蚂蚈室

9、温T/K螅莂膀大气压力p/Pa蒇袅螃室温时水的饱和蒸气压pH2O/Pa袂蒀羅氢气的分压Ph2 =（ P _ Ph2o）/Pa膄荿mMg氢气的物质的量 nH2 =/molM Mg摩尔气体常数 R = PH2 V /J K-1 mol-1)nH2 TR + r211R的实验平均值 /(J K mol-1)2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，

10、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

11、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；（ 2）镁条表面的氧化膜未擦净；（ 3）固定镁条时，不小心使其与稀酸溶液有了接触；（4）反应过程中，实验装置漏气；（ 5）记录液面读数时，量气管内液面与水准瓶内液面不处于同一水平面；（6）反应过程中，因量气管压入水准瓶中的水过多，造成水由水准瓶中溢出；（ 7）反应完毕，未等试管冷却到室温即进行体积读数。仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not

12、 for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquementa des fins personnelles; pasa des fins commerciales.to员bko gA.nrogeHKO TOpMenob3ymm0ai6yHeHuac egoB u HHue肉go 员冶hbiUCnO 员 B30BaTbCEb KOMMepqeckuxue 贝 ex.以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen fu r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquementa des fins personnelle