置換法測定氣體常數(shù)R

1、實(shí)驗(yàn) 3 置換法測定氣體常數(shù)R一、目的要求1.了解光電分析天平的基本構(gòu)造，性能及使用規(guī)則2.練習(xí)測量氣體體積的操作3.掌握理想氣體狀態(tài)方程和分壓定律的應(yīng)用二、基本原理理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT 表示一定量理想氣體的體積與壓強(qiáng)的乘積與氣體的物質(zhì)的量和它的絕對溫度的積之比R 是一個(gè)常數(shù)，即量的氣體，若在一定溫度、壓力條件下測出其體積就可求出與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣的體積。PVRnT 。因此對一定R，本實(shí)驗(yàn)是測定鋁2 Al6HCl2 AlCl 33H 2即將一定重量（ w）的鋁片與過量的稀HCl 作用，在一定的溫度與壓力條件下，測出被置換的濕氫氣的體積V，而氫氣的物質(zhì)的量可由鋁片的重量算出，由于氫氣

2、是在水面上收集的，故混有水蒸氣，若查出實(shí)驗(yàn)溫度下所得飽和蒸汽壓，就可由分壓定律，算出氫氣的分壓：ppH2pH 2OpH 2pPH 2OPH 2VH 2R由 PH 2 、VH 2 、nH 2 、T 等就可利用公式nH2 T求出 R。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 在光電天平上稱取兩片已擦去表面氧化膜的鋁片，每片重約20-30 毫克。2、 按圖 3-1 把儀器裝好，打開試管2 的塞子由漏斗 3 往量氣管 1 內(nèi)裝水至略低于刻度“0”裝置，上下移動(dòng)漏斗以趕凈膠管和量氣管氣壁的氣泡，然后將試管的塞子塞緊。3、 檢查裝置是否漏氣，將漏斗向上或向下移動(dòng)一段距離，使漏斗中水面低于或高于量氣管中的水面。 固定漏斗位置， 量

3、氣管中水面若不停移動(dòng)， 表示裝置漏氣，應(yīng)檢查各連接處是否接好，重復(fù)操作直至不漏氣為止。4、 取下試管，調(diào)整漏斗高度，使量氣管水面略低于刻度0，然后用一小滴甘油將鋁片沾在試管內(nèi)壁上部，用量筒量取 5ml 3mol/L HCl ，把長頸漏斗插入到試管中，將 HCl 由漏斗加入試管，盡量避免HCl 沾在試管上與鋁片作用。取出漏斗裝好試管，再檢查裝置是否漏氣。如不漏氣，調(diào)整漏斗位置，使量氣管內(nèi)水面與漏斗內(nèi)水面在同一水平面，記下量氣管內(nèi)液面的位置V1 。5、 輕輕振蕩試管，使鋁片落入HCl 中，鋁片與 HCl 反應(yīng)放出 H2（如沒有反應(yīng)，可稍微加熱），大量的氫氣進(jìn)入量氣管中，將管內(nèi)的水壓到漏斗中，為了避

4、免量氣圖 3-1 量氣法測定裝置管中壓力過大而造成漏氣，在量氣管內(nèi)水平面下降的同時(shí)，慢慢下移漏斗，使兩者的水面基本保持相同水平，反應(yīng)停止后，待試管冷卻至室溫，移動(dòng)漏斗， 使其水面與量氣管水面相平，讀出反應(yīng)后量氣管內(nèi)水面的精確讀數(shù) V2 ，1-2 分鐘，再記錄一次液面位置，如二者相差太大，需重復(fù)操作，至兩次記錄數(shù)據(jù)相差不超過0.01ml 。1記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)的室溫t 與大氣壓 P，并從附錄中查出室溫時(shí)水的飽和蒸汽壓PH 2O2用另一鋁片重復(fù)上述操作。數(shù)據(jù)記錄鋁片重量（g）m反 應(yīng) 前 量 器 管 液 面 位 置 （ ml ）V1反 應(yīng) 后 量 器 管 液 面 位 置 （ ml ）V2室溫（）t大氣壓（

5、mmHg）P室溫 時(shí)水 的飽 和蒸 汽 壓（ mmHg ）PH2O氫氣 的分 壓（ P-PH2O ）（ mmHg ）PH2氫氣的摩爾數(shù)（mol）nH2氣體常數(shù)R的數(shù)值R誤差 %誤差 %R-RH2O100%R四、思考題1、 實(shí)驗(yàn)中測得氫氣的體積V 與相同溫度、相同壓力下等摩爾干燥氣體的體積是否相同？2、 檢查實(shí)驗(yàn)裝置否漏氣的原理是什么？3、 討論下列情況對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響：（ 1） 量氣管中的氣泡未趕凈；（ 2） 反應(yīng)過程中實(shí)驗(yàn)裝置漏氣；（ 3） 鋁片表面有氧化膜；（ 4） 反應(yīng)過程中，如果從量氣管中壓入漏斗的水過多而使水從漏斗中溢出。4、 在讀取量器管中水面的讀數(shù)時(shí)，為什么要使漏斗中的水面與量

6、氣管中的水面相平？5、 造成本實(shí)驗(yàn)誤差的原因是什么？那幾步是關(guān)鍵操作？6、 如果利用易溶于水的氣體來測定R 值時(shí)，將需何種裝置收集氣體？7、 擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，利用這套儀器還可以測哪些物理量？設(shè)計(jì)一方案。五、實(shí)驗(yàn)前閱讀材料1氣體的產(chǎn)生、凈化與干燥(p.25-26)2. 基本物理量及參數(shù)的測定（ p.47-49 ）閱讀材料附：氣壓計(jì)的使用測量大氣壓的儀器叫氣壓計(jì)， 氣壓計(jì)的種類較多， 實(shí)驗(yàn)室常用的是 Fortin（福廷）式氣壓計(jì)，它是以水銀柱平衡大氣壓力，水銀柱的高度即表示大氣壓力的大小。它是一根長 90cm ，一端封死并抽真空的玻璃管到插入與大氣相同的水銀槽中而成，水銀槽底為一根羚羊皮囊， 轉(zhuǎn)動(dòng)其下面

7、的調(diào)節(jié)螺旋就可以調(diào)節(jié)水銀面的高低。水銀槽頂有一倒置的象牙針，其針尖是黃銅管上標(biāo)尺刻度的零點(diǎn)，其銅管都有刻度并開有長方形小窗，用來觀察水銀面， 窗前有游標(biāo)尺。 讀數(shù)時(shí)可按下列步驟進(jìn)行：1、 記下氣壓計(jì)上所附溫度計(jì)的溫度， 準(zhǔn)確的大氣壓數(shù)據(jù)需要進(jìn)行溫度校正；2、 緩慢旋轉(zhuǎn)底部調(diào)節(jié)螺旋，使水銀面和象牙尖剛接觸；3、 轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)尺調(diào)節(jié)螺旋，使游標(biāo)尺高出汞面然后緩慢落下，直至游標(biāo)尺下沿與游標(biāo)尺后面的金屬片的下沿相重合且與玻管中水銀彎月面相切，按游標(biāo)尺零點(diǎn)所對黃標(biāo)尺刻度讀出大氣壓的毫米整數(shù)部分，然后從游標(biāo)尺上找一根正好與黃銅游尺上某一刻度相吻合的刻度線，其數(shù)值就是毫米后小數(shù)部分的讀數(shù)，然后再從新讀數(shù)一次。氣

8、壓計(jì)應(yīng)垂直懸掛陰涼、通風(fēng)、干燥、防震和無熱輻射的地方。氣體的產(chǎn)生、凈化、干燥與收集一、氣體的產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)室常用分解固體或者液體與固體作用等方法來制備少量的氣體。用分解固體的方法制備氣體（如用氯酸鉀分解制備氧氣）用圖2-20 的裝置。用液體與固體反應(yīng)制備氣體的裝置如圖2-21 的啟普發(fā)生器（左），特別適合用來制備H2、CO 2、H2 S 等氣體。啟普發(fā)生器是由中間狹窄的球形玻璃容器和大的球形漏斗所組成，二者以磨口相配合。 容器的上半球有一側(cè)口， 用橡皮管與導(dǎo)氣管相連接 （氣體出口），下半球有一排液口（液體出口） ，球形漏斗上裝有安全漏斗。固體試劑放在中間圓球內(nèi)，關(guān)閉活塞，從球形漏斗中將酸加入。使用時(shí)

9、打開活塞，酸液自動(dòng)下將進(jìn)入球內(nèi)， 與固體試劑接觸而產(chǎn)生氣體，停止使用時(shí)關(guān)閉活塞， 產(chǎn)生的氣體將酸壓入到球形漏斗， 使酸與固體樣品不再接觸而停止反應(yīng)，下次再用時(shí)， 只需打開活塞即可。圖 2-20 加熱固體生成氣體的裝置圖 2-21 固液反應(yīng)產(chǎn)生氣體的裝置（左啟普發(fā)生器）當(dāng)固體樣品顆粒很小或粉末狀時(shí)，或者當(dāng)反應(yīng)須在加熱情況下才能進(jìn)行（如Cl2 的制備）時(shí)，不能使用啟普發(fā)生器，可采用圖2-21（中）的裝置，固體裝在蒸餾瓶內(nèi)，液體裝在（衡壓）漏斗中，使用時(shí)打開滴液漏斗的活塞，使液體滴在固體上產(chǎn)生氣體， 液體不宜滴加過快過多， 控制滴加速度， 使氣體不斷的緩慢的產(chǎn)生。如是制備少量的氣體，可以使用具有支口

10、的試管，缺點(diǎn)是不易控制。實(shí)驗(yàn)室中還經(jīng)常利用氣體鋼瓶直接獲得各種氣體。氣體鋼瓶是特制的耐壓鋼瓶，使用時(shí)通過減壓器（氣壓表）有控制的將氣體放出。鋼瓶內(nèi)壓很大（有時(shí)高達(dá) 150atm 以上），使用時(shí)應(yīng)注意安全，操作要特別小心。二、氣體的干燥和凈化利用上述方法制取的氣體常常帶有水氣、酸霧等雜質(zhì)，因此對于氣體純度要求較高的實(shí)驗(yàn)， 在使用前必須進(jìn)行凈化和干燥，通常選用洗氣瓶和干燥塔等儀器（圖 2-22 ），配合特別的試劑達(dá)到凈化和干燥的氣體的目的。一般氣體先用水洗去酸霧（也可用玻璃棉） ，然后再通過濃硫酸（或無水氯化銅，硅膠等）除去水汽，如 CO 2 干燥就是采用的上法。 H2 的凈化則要復(fù)雜一些， 因?yàn)?/p>

11、制備 H2 的原料中含有 As 和 S 等雜質(zhì)，故產(chǎn)生的H2 中常夾雜 H2S,AsH 3 等氣體，常需要通過KMnO 4 溶液和 Pb(Ac) 2 溶液除去，最后才通過硫酸干燥。對于具有還原性、堿性的氣體（如 H2 S、NH 3 等）則不能用濃硫酸干燥?？傊畬τ诓煌再|(zhì)的氣體應(yīng)根據(jù)其特性，采用不同的洗滌液和干燥劑進(jìn)行處理。一般液體（如水、濃硫酸）裝在洗氣瓶中，固體（如無水氯化鈣、硅膠）裝在干燥塔或U 形管內(nèi)。表 2-5常用氣體干燥劑氣體常 用干燥劑H2、O2、N2、CO 、 CO2、H2SO 4 (濃)、CaCl 2、 P2O5SO 3CaCl 2Cl 2、HCl 、H2SCaO(CaO+KOH)NH 3CaI 2、 CaBr 2HI 、HBrCa(NO 3)2NO圖 2-22 氣體干燥裝置（左洗氣瓶，中