實(shí)驗五　摩爾氣體常數(shù)的測定

一、實(shí)驗?zāi)康?/span>

1.熟悉理想氣體狀態(tài)方程式和分壓定律的應(yīng)用。

2.學(xué)習(xí)分析天平和氣壓計的使用。

3.掌握量氣管排水集氣法測量氣體體積的操作。

二、實(shí)驗原理

用已知質(zhì)量的鎂m（Mg）和過量的稀酸作用，產(chǎn)生一定量的氫氣m（H2）。在一定的溫度（T）和壓力（p）下，測定被置換的氫氣體積V（H2）。根據(jù)分壓定律，算出氫氣的分壓。

上述方法收集到的氫氣混有水蒸氣，p（H2）=p-p（H2O）。假定在實(shí)驗條件下，氫氣服從理想氣體行為，可根據(jù)氣態(tài)方程式計算出摩爾氣體常數(shù)R：

式中，m（H2）=m（Mg）×2.016/A（Mg），式中A（Mg）為Mg的原子量。所以：

實(shí)驗時的溫度（T）和壓力（p）可分別由溫度計和氣壓計測得，氫氣的物質(zhì)的量（n）可以由鎂的質(zhì)量求得。

三、實(shí)驗儀器與試劑

儀器：分析天平（0.1mg），量氣管，長頸漏斗，大試管，量筒（10mL），溫度計，氣壓計，鐵架臺，乳膠管，砂紙，剪刀，稱量紙。

試劑：鎂條，稀H2SO4（2.0mol·L-1）。

四、實(shí)驗步驟

1.準(zhǔn)備鎂條

用砂紙清潔鎂條，除去表面的氧化物與臟物，直至金屬表面光亮無黑點(diǎn)。用分析天平或電子天平準(zhǔn)確稱取三份鎂條，每份質(zhì)量在0.03g左右（準(zhǔn)確稱至0.0001g）。

2.安裝測定裝置

如圖2-13所示裝配好測定裝置。往量氣管內(nèi)裝水至略低于“0”刻度的位置。上下移動漏斗，以趕盡附著在乳膠管和量氣管內(nèi)壁上的氣泡，然后把反應(yīng)管和量氣管用乳膠管連接好。

3.檢漏

把漏斗下移一段距離，并固定在一定位置上。如果量氣管中液面只在開始時稍有下降（3～5min），以后即維持恒定，便說明裝置不漏氣。如果液面繼續(xù)下降，則表明裝置漏氣，檢查各接口是否嚴(yán)密。經(jīng)檢查與調(diào)整后，再重復(fù)試驗，直至確保不漏氣為止。

4.測定

①取下試管，如果需要的話，可以再調(diào)整一次漏斗的高度，使量氣管內(nèi)液面保持在略低于“0”刻度的位置。然后用一長頸漏斗將5mL2.0mol·L-1H2SO4注入試管中，切勿使酸沾到試管壁上。用一滴水將鎂條沾在試管內(nèi)壁上部，確保鎂條不與酸接觸。裝好試管，塞緊磨口塞，再一次檢查裝置是否漏氣。

②把漏斗移至量氣管右側(cè)，使兩者的液面在同一水平面上，記錄此時量氣管液面的刻度位置。

③把試管底部略微抬高，以使鎂條和H2SO4接觸，這時由于反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣進(jìn)入量氣管中，把管中的水壓入漏斗內(nèi)。為避免管內(nèi)壓力過大，在管內(nèi)液面下降時，要隨時將漏斗慢慢向下移動，使量氣管內(nèi)液面和漏斗中液面基本在同一平面上，以防止量氣管中氣體壓力過高，而使氣體漏出。

④鎂條反應(yīng)完畢，待試管冷卻到室溫，調(diào)節(jié)使漏斗與量氣管的液面處在同一水平，記下量氣管內(nèi)液面位置。稍等1～2min，再記錄液面位置，如兩次讀數(shù)相等，表明管內(nèi)氣體溫度已與室溫一樣。記下室內(nèi)的溫度和大氣壓。

用另兩份已稱量的鎂條重復(fù)實(shí)驗。將數(shù)據(jù)和計算結(jié)果整理成表2-7。

五、思考題

1.為什么必須檢查實(shí)驗裝置是否漏氣？實(shí)驗中曾兩次檢查實(shí)驗裝置是否漏氣，哪次相對更重要？

2.在讀取量氣管液面刻度時，為什么要使漏斗和量氣管兩個液面在同一水平面上？

3.實(shí)驗時稱取鎂條太多或太少對實(shí)驗有何影響？

4.反應(yīng)用的濃度是否應(yīng)嚴(yán)格控制？取用時是否應(yīng)準(zhǔn)確量??？