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）

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。

【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？