第二章　基本理論及常數測定實驗

實驗一　摩爾氣體常數的測定

【實驗目的】

1.了解分析天平的基本構造、性能及使用規則。

2.練習測量氣體體積的操作和大氣壓力計的使用。

3.掌握理想氣體狀態方程和分壓定律的應用。

【預習與思考】

1.檢查實驗裝置是否漏氣的原理是什么？

2.在讀取量氣管中水面的讀數時，為什么要使漏斗中的水面與量氣管中的水面相平？

3.造成本實驗誤差的原因是什么？哪幾步是關鍵操作？

4.討論下列情況對實驗結果有何影響：①反應過程中實驗裝置漏氣；②鎂片表面有氧化膜；③反應過程中，如果從量氣管中壓入漏斗的水過多而使水從漏斗中溢出。

【基本原理】

由理想氣體狀態方程pV=nRT，可知摩爾氣體常數。因此對一定量的氣體，若在一定溫度、壓力條件下測出其體積就可求出R，本實驗是根據測定金屬鎂與鹽酸反應產生的氫氣的體積來確定R的數值。其反應方程式為：

準確稱取一定質量（mMg）的金屬鎂片與過量的HCl反應，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（H2），而氫氣的物質的量可由鎂片的質量算出。實驗時的溫度和壓力可以分別由溫度計和大氣壓力計測得。由于氫氣是采用排水集氣法收集的，氫氣中混有水蒸氣，若查出實驗溫度下水的飽和蒸氣壓，就可由分壓定律算出氫氣的分壓：

p（H2）=p-p（H2O）

將以上各項數據代入理想氣體狀態方程中，就可利用公式求出R。

本實驗也可選用鋁或鋅與鹽酸反應來測定R值。

【實驗用品】

儀器：量氣管（或50mL堿式滴定管），大試管，漏斗，乳膠管，鐵架臺，砂紙。

藥品：HCl（6mol·L-1），鎂條。

【實驗步驟】

1.試樣的稱取

準確稱量3片已擦去表面氧化膜的鎂條，每份質量為0.0200～0.0400g。

如果用鋁片，則每份稱取0.0200～0.0300g。

如果用鋅片，則每份稱取0.0800～0.1000g。

2.儀器的安裝

按圖2-1所示裝好儀器。打開試管的塞子由漏斗往量氣管內裝水至略低于刻度“0”，上下移動漏斗以趕凈乳膠管和量氣管氣壁上的氣泡，然后固定漏斗。

3.檢查裝置是否漏氣

塞緊試管的橡皮塞，將漏斗向下（或向上）移動一段距離，使漏斗中水面低于（或高于）量氣管中的水面。若量氣管中的水面始終不停移動至與漏斗內液面相平，則表示裝置漏氣，應檢查各連接處是否接好，重復操作直至不漏氣為止。

4.測定

取下試管，調整漏斗高度，使量氣管水面略低于刻度0。小心向試管中加入3mL 6mol·L-1HCl溶液，注意不要使鹽酸沾濕試管壁。將已稱量的金屬片沾少許水，貼在試管內壁上（勿與酸接觸）。固定試管，塞緊橡皮塞，再次檢漏。

調整漏斗位置，使量氣管內水面與漏斗內水面保持在同一水平面，準確讀出量氣管內液面的位置V1。

輕輕振蕩試管，使鎂條落入HCl溶液中，鎂條與HCl反應放出H2，此時量氣管內水面開始下降。為了避免量氣管中壓力過大而造成漏氣，在量氣管內水平面下降的同時，慢慢下移漏斗，使漏斗中的水面和量氣管中的液面基本保持相同水平，反應停止后，固定漏斗。待試管冷卻至室溫（5～10min），再次移動漏斗，使其水面與量氣管水面相平，讀出反應后量氣管內水面的精確讀數V2。

記錄實驗時的室溫t與大氣壓p。

從附錄五中查出室溫時水的飽和蒸氣壓p（H2O）。

用另外兩個鎂條重復上述操作。

【數據記錄和結果處理】

見表2-1和表2-2。