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实验3
摩尔气体常数的测定

【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。

【实验原理】

根据气体状态方程式的表达式:

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)

m——气体的质量(g)

M r ——气体的摩尔质量(g·mol -1

T——气体的温度(K)

R——摩尔气体常数(文献值:8.31 Pa·m 3 ·K -1 ·mol -1 或J·K -1 ·mol -1

可得,在一定的温度和压力条件下,若能测出一定量气体的体积,则可求得气体常数。

本实验采用铝与盐酸的置换反应,反应的化学方程式如下:

反应所生成的氢气可近似认为在实验条件下的理想气体,利用排水集气法收集并测量其体积,从而计算出气体常数。

由于氢气是在水面上收集的,其分压[p(H 2 )]与水的饱和蒸气压[p(H 2 O)]有关,根据分压定律:p=p(H 2 )+p(H 2 O)

则p(H 2 )=p-p(H 2 O)

式中p为大气压,可由气压计读出。

氢气的物质的量可根据铝的重量和原子量,由化学方程式计算出来。

由于p(H 2 )、V(H 2 )、n(H 2 )、T均可由实验测得,这样根据气体状态方程式即可求得气体常数。

【器材与试剂】

1.器材:分析天平,气压计,精密温度计,10mL量筒,产生和测定氢气体积的装置,铝片。

2.试剂:6 mol·L -1 HCl。

【实验内容】

1. 铝片的称量

准确称取15~25mg之间的一小片铝片(铝片不宜过重,以免产生的氢气的体积超过量气管的测量限度),记录铝片的重量于表3-1。

2. 检查实验装置的气密性

实验装置如图3-1所示。在水准瓶中加入适量的水。将水准瓶微微上下移动,使水准瓶和量气管两个液面在同水平面上,且应在0刻度附近。塞紧支管试管上的胶塞。将水准瓶下移约在量气管30刻度左右,此时可见量气管的液面下降,但下降幅度有限。继续观察液面,待确认液面不再下降,则说明实验装置不漏气,可以继续操作。(若液面继续下降,甚至降到与水准瓶液面持平,说明实验装置漏气,须查找原因并改正后方能接续下面的操作)

图3-1 气体常数测定装置

3. 铝片及盐酸的装入

用长颈漏斗向试管底部注入5mL 6 mol·L -1 HCl,避免HCl粘到试管壁上。将铝片蘸少量水,用玻璃棒沿试管壁将其送入试管,使其粘到试管壁上。(注意:铝片不能与盐酸相接触。)

4. 氢气体积的测量

用胶塞塞紧试管固定在铁架台上,调节水准瓶高度,使之与量气管内的液面保持在同一水平面上,并稳定在量气管0刻度附近(必要时再检査一次实验装置是否漏气),记录此时的量气管液面准确刻度读数,记为V 1 ,轻轻敲击试管使其中的铝片落入盐酸中,铝与盐酸反应生成氢气,产生的压力会使量气管的液面不断下降。(注意:随时将漏斗缓慢下移,以防止量气管中气体压力过高使气体漏出。)待反应停止,试管冷却到室温后,调节两个液面在同一高度,读取此时量气管液面准确刻度读数,记为V 2 。将数据记录于表3-1。测量并记录实验温度T和大气压p。将数据记录于表3-1。

表3-1 摩尔气体常数的测定

续表

【思考题】

1.为什么必须检査实验装置是否漏气?实验中曾两次检査实验装置是否漏气,哪次相对更重要?

2.在读取量气管液面刻度时,为什么要使漏斗和量气管两个液面在同一水平面上?

●配套课件

●知识点动画 Q5s1BbGBF3FPX1SOOb0jjTU2V5ajPS8YkDMoN6Pg35j+91Rucen1ixK9HUanGvTz

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