摩爾氣體常數(shù)的測定.doc

摩爾氣體常數(shù)的測定一、實驗?zāi)康?.了解一種測定摩爾氣體常數(shù)的方法。2.熟悉分壓定律與氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用。3.練習分析天平的使用與測量氣體體積的操作。二、實驗原理氣體狀態(tài)方程式的表達式為：pV nRT RT(1)式中：p 氣體的壓力或分壓（Pa）V 氣體體積（）n 氣體的物質(zhì)的量（mol）m 氣體的質(zhì)量（g）Mr 氣體的摩爾質(zhì)量(gmol-1)T 氣體的溫度（K）；R 摩爾氣體常數(shù)（文獻值：8.31Pam3K-1mol-1或JK-1mol-1）可以看出，只要測定一定溫度下給定氣體的體積V、壓力p與氣體的物質(zhì)的量n或質(zhì)量m，即可求得R的數(shù)值。本實驗利用金屬(如Mg、A1或Zn)與稀酸置換出氫氣的反應(yīng)，求取R值。例如：Mg(s)* + 2H+(aq)* Mg2+(aq) + H2(g)*(2)rH298-466.85(kJmol-1)說明 * s：表示固態(tài)（分子）； aq：表示水合的離子（或分子）； g：表示氣態(tài)（分子）將已精確稱量的一定量鎂與過量稀酸反應(yīng)，用排水集氣法收集氫氣。氫氣的物質(zhì)的量可根據(jù)式（2）由金屬鎂的質(zhì)量求得：由量氣管可測出在實驗溫度與大氣壓力下，反應(yīng)所產(chǎn)生的氫氣體積。由于量氣管內(nèi)所收集的氫氣是被水蒸氣所飽和的，根據(jù)分壓定律，氫氣的分壓，應(yīng)是混合氣體的總壓p（以100Kpa計）與水蒸氣分壓之差：（3）將所測得的各項數(shù)據(jù)代入式（1）可得：三、實驗用品圖1 摩爾氣體常數(shù)測定裝置儀器：分析天平，稱量紙（蠟光紙或硫酸紙），量筒(10mL)，漏斗，溫度計(公用)，砂紙，測定摩爾氣體常數(shù)的裝置(量氣管量氣管的容量不應(yīng)小于50mL，讀數(shù)可估計到0.01mL或0.02mL?？捎脡A式滴定管代替。，水準瓶本實驗中用短頸（或者長頸）漏斗代替水準瓶。，試管，滴定管夾，鐵架，鐵夾，鐵夾座，鐵圈，橡皮塞，橡皮管，玻璃導氣管)，氣壓計(公用)，燒杯（100mL、400mL）細砂紙等。藥品：硫酸H2SO4(3mo1L-1)，鎂條(純)。四、實驗內(nèi)容1. 鎂條稱量取兩根鎂條，用砂紙擦去其表面氧化膜，然后在分析天平上分別稱出其質(zhì)量，并用稱量紙紙包好記下質(zhì)量，待用(也可由實驗室老師預備)。鎂條質(zhì)量以0.03000.0400g為宜。鎂條質(zhì)量若太小，會增大稱量及測定的相對誤差。質(zhì)量若太大，則產(chǎn)生的氫氣體積可能超過量氣管的容積而無法測量。稱量要求準確至0.0001g。2. 儀器的裝置和檢查按圖1裝置儀器。注意應(yīng)將鐵圈裝在滴定管夾的下方，以便可以自由移動水準瓶（漏斗）。打開量氣管的橡皮塞，從水準瓶注入自來水，使量氣管內(nèi)液面略低于刻度“0”(若液面過低或過高，則會帶來什么影響?)。上下移動水準瓶，以趕盡附著于橡皮管和量氣管內(nèi)壁的氣泡，然后塞緊量氣管的橡皮塞。圖2 鎂條貼在試管壁上半部為了準確量取反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣體積，整個裝置不能有泄漏之處。檢查漏氣的方法如下：塞緊裝置中連接處的橡皮管，然后將水準瓶(漏斗)向下(或向上)移動一段距離，使水準瓶內(nèi)液面低于(或高于)量氣管內(nèi)液面。若水準瓶位置固定后，量氣管內(nèi)液面仍不斷下降(或上升)，表示裝置漏氣(為什么？)，則應(yīng)檢查各連接處是否嚴密(注意橡皮塞及導氣管間連接是否緊密)。務(wù)必使裝置不再漏氣，然后將水準瓶放回檢漏前的位置。3. 金屬與稀酸反應(yīng)前的準備取下反應(yīng)用試管，將45mL 3 mo1L-1H2SO4溶液通過漏斗注入試管中(將漏斗移出試管時，不能讓酸液沾在試管壁上！為什么？)。稍稍傾斜試管，將已稱好質(zhì)量(勿忘記錄)的鎂條按壓平整后蘸少許水貼在試管壁上部，如圖 2所示，確保鎂條不與硫酸接觸，然后小心固定試管，塞緊(旋轉(zhuǎn))橡皮塞(動作要輕緩，謹防鎂條落入稀酸溶液中)。再次檢查裝置是否漏氣。若不漏氣，可調(diào)整水準瓶位置，使其液面與量氣管內(nèi)液面保持在同一水平面，然后讀出量氣管內(nèi)液面的彎月面最低點讀數(shù)。要求讀準至0.01mL，并記下讀數(shù)（為使液面讀數(shù)盡量準確，可移動鐵圈位置，設(shè)法使水準瓶與量氣管位置盡量靠近）。4. 氫氣的發(fā)生、收集和體積的量度松開鐵夾，稍稍抬高試管底部，使稀硫酸與鎂條接觸（切勿使酸碰到橡皮塞）；待鎂條落入稀酸溶液中后，再將試管恢復原位。此時反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣會使量氣管內(nèi)液面開始下降。為了不使量氣管內(nèi)因氣壓增大而引起漏氣，在液面下降的同時應(yīng)慢慢向下移動水準瓶，使水準瓶內(nèi)液面隨量氣管內(nèi)液面一齊下降，直至反應(yīng)結(jié)束，量氣管內(nèi)液面停止下降(此時能否讀數(shù)？為什么？)。待反應(yīng)試管冷卻至室溫(約需10多分鐘)，再次移動水準瓶，使其與量氣管的液面處于同一水平面，讀出并記錄量氣管內(nèi)液面的位置。每隔23min，再讀數(shù)一次，直到讀數(shù)不變?yōu)橹埂Ｓ浵伦詈蟮囊好孀x數(shù)及此時的室溫和大氣壓力。從附表中查出相應(yīng)于室溫時水的飽和蒸氣壓。打開試管口的橡皮塞，棄去試管內(nèi)的溶液，洗凈試管，并取另一份鎂條重復進行一次實驗。記錄實驗結(jié)果。五、數(shù)據(jù)記錄與處理實 驗 編 號12鎂條質(zhì)量mMg/g反應(yīng)前量氣管內(nèi)液面的讀數(shù)V1/mL反應(yīng)后量氣管內(nèi)液面的讀數(shù)V2/mL反應(yīng)置換出H2的體積V=(V2-V1)10-6/mL室溫T/K大氣壓力p/Pa室溫時水的飽和蒸氣壓/Pa氫氣的分壓/Pa氫氣的物質(zhì)的量/mol摩爾氣體常數(shù)R =/(JK-1mol-1)R的實驗平均值 =/(JK-1mol-1)相對誤差（RE）=100%分析產(chǎn)生誤差的原因：六、注意事項1.將鐵圈裝在滴定管夾的下方，以便可以自由移動水準瓶（漏斗）。2.橡皮塞與試管和量氣管口要先試試合適后再塞緊，不能硬塞，防止管口塞爛；3.從水準瓶注入自來水，使量氣管內(nèi)液面略低于刻度“0”4.橡皮管內(nèi)氣泡排凈標志：皮管內(nèi)透明度均勻，無淺色塊狀部分；5.氣路通暢：試管和量氣管間的橡皮管勿打折，保證通暢后再檢查漏氣或進行反應(yīng)；6.裝H2SO4：長頸漏斗將H2SO4注入試管中，不能讓酸液沾在試管壁上！7.貼鎂條：按壓平整后蘸少許水貼在試管壁上部，確保鎂條不與硫酸接觸，然后小心固定試管，塞緊(旋轉(zhuǎn))椽皮塞，謹防鎂條落入稀酸溶液中。8.反應(yīng)：檢查不漏氣后再反應(yīng)（切勿使酸碰到橡皮塞）；9.讀數(shù)：調(diào)兩液面處于同一水平面，冷至室溫后讀數(shù)（小數(shù)點后兩位，單位:mL）七、思考題1.本實驗中置換出的氫氣的體積是如何量度的？為什么讀數(shù)時必須使水準瓶內(nèi)液面與量氣管內(nèi)液面保持在同一水平面？2.量氣管內(nèi)氣體的體積是否等于置換出氫氣的體積？量氣管內(nèi)氣體的壓力是否等于氫氣的壓力？為什么？3.試分析下列情況對實驗結(jié)果有何影響：（1）量氣管(包括量氣管與水準瓶相連接的橡皮管)內(nèi)氣泡未趕盡；（2）鎂條表面的