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1、摩尔气体常数的测定一、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。二、实验原理气体状态方程式的表达式为：pV=nRT=RT（1）Mr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）Mr气体的摩尔质量（g mol-1）T 气体的温度（K）;3-i-i-i-iR 摩尔气体常数（文献值：8.31Pam K mol 或 JK mol）V、压力 p 与气体的物质的量 n 或质量 m,即可求得可以看出，只要测定一定温度下给定气体的体积R 的数值。本实验利用金属（如 Mg、A1
2、 或 Zn）与稀酸置换出氢气的反应，求取+2+R 值。例如：（Mg（s）*+2H（aq）*=Mg（aq）+H2（g）*2）-1rHm298=-466.85(kJ mol)说明*s:表示固态（分子）；aq：表示水合的离子（或分子）；g:表示气态（分子）将已精确称量的一定量镁与过量稀酸反应，用排水集气法收集氢气。氢气的物质的量可根据式（由金属镁的质量求得:2）由量气管可测出在实验温度与大气压力下，反应所产生的氢气体积。由于量气管内所收集的氢气是被水蒸气所饱和的，根据分压定律，氢气的分压PH2，应是混合气体的总压 p（以 1OOKpa 计）与水蒸气分压PH2O之差：PH2二P PH2O（3）将所测得
3、的各项数据代入式（1）可得：PH2nH(P-PH?。)nH2-T三、实验用品仪器：分析天平，称量纸（蜡光纸或硫酸纸），量筒（10mL），漏斗，温度计图 1 摩尔气体常数测定装置（公用），砂纸，测定摩尔气体常数的装置（量气管 S 水准瓶12,试管，滴定管12量气管的容量不应小于 50mL,读数可估计到 0.01mL 或 0.02mL。可用碱式滴定管代替。本实验中用短颈（或者长颈）漏斗代替水准瓶。夹，铁架，铁夹，铁夹座，铁圈，橡皮塞，橡皮管，玻璃导气管）,气压计（公用），烧杯（100mL、400mL）细砂纸等。1药品：硫酸 H2SO4（3mo1），镁条（纯）。四、实验内容1.1.镁条称量取两根镁条
4、，用砂纸擦去其表面氧化膜，然后在分析天平上分别称出其质量，并用称量纸纸包好记下 质量，待用（也可由实验室老师预备）。镁条质量以 0.03000.0400g 为宜。镁条质量若太小，会增大称量及测定的相对误差。质量若太大,则产生的氢气体积可能超过量气管的容积而无法测量。称量要求准确至土 0.0001g。2.2.仪器的装置和检查按图 1 装置仪器。注意应将铁圈装在滴定管夹的下方，以 便可以自由移动水准瓶（漏斗）。打开量气管的橡皮塞，从水准 瓶注入自来水，使量气管内液面略低于刻度量气管内壁的气泡，然后塞紧量气管的橡皮塞。为了准确量取反应中产生的氢气体积，整个装置不能有泄漏之处。检查漏气的方法如下：塞紧
5、装置中连接处的橡皮管，然后将水准瓶（漏斗）向下（或图 2 镁条贴在试管壁上半部0若液面过低或过高，则会带来什么影响？）。上下移动水准瓶，以赶尽附着于橡皮 管和向上）移动一段距离，使水准瓶内液面低于（或高于）量气管内液面。若水准瓶位置固定后，量气管内液面仍不断下降（或上升），表示装置漏气（为什么？），则应检查各连接处是否严密（注意橡皮塞及导气管间连接是 否紧密）。务必使装置不再漏气，然后将水准瓶放回检漏前的位置。3.3.金属与稀酸反应前的准备取下反应用试管，将 45mL 3 mo1L-1H2SO4溶液通过漏斗注入试管中（将漏斗移出试管时，不能让酸 液沾在试管壁上！为什么？）。稍稍倾斜试管，将已称
6、好质量（勿忘记录）的镁条按压平整后蘸少许水贴在试 管壁上部，如图 2 所示，确保镁条不与硫酸接触，然后小心固定试管，塞紧谨防镁条落入稀酸溶液中）。再次检查装置是否漏气。若不漏气，可调整水准瓶位置，使其液面与量气管内液面保持在同一水平面，然后读出量气管内液面的弯月面最低点读数。要求读准至土 0.01mL，并记下读数（为使液面读数尽量准确，。；待镁条落入稀酸溶液可移动铁圈位置，设法使水准瓶与量气管位置尽量靠近）4.4.氢气的发生、收集和体积的量度松开铁夹，稍稍抬高试管底部，使稀硫酸与镁条接触（切勿使酸碰到橡皮塞）（旋转）橡皮塞（动作要轻缓，中后，再将试管恢复原位。此时反应产生的氢气会使量气管内液面
7、开始下降。为了不使量气管内因气压增 大而引起漏气，在液面下降的同时应慢慢向下移动水准瓶，使水准瓶内液面随量气管内液面一齐下降，直 至反应结束，量气管内液面停止下降出并记录量气管内液面的位置。每隔（此时能否读数？为什么？）。读23min，再读数一次，直到读数不变为止。记下最后的液面读数及待反应试管冷却至室温（约需 10 多分钟），再次移动水准瓶，使其与量气管的液面处于同一水平面，此时的室温和大气压力。从附表中查出相应于室温时水的饱和蒸气压。打开试管口的橡皮塞，弃去试管内的溶液，洗净试管，并取另一份镁条重复进行一次实验。记录实验 结果。五、数据记录与处理实验编号12镁条质量 mMg/g反应前量气管
8、内液面的读数 V1/mL反应后量气管内液面的读数 V2/mL反应置换出 H2的体积 V=（V2-V1）X06/mL室温 T/K大气压力 p/Pa室温时水的饱和蒸气压po/Pa/Pa氢气的分压pH2=(p-PH2O)mMg氢气的物质的量nH=-/mol2MMg摩尔气体常数 R=叽V/(JK-1mol-1)nH2TRi+R2211R 的实验平均值 一-/(J K mol-1)R卡*口垄实验值R文献值“co,相对误差（RE）=-X100%R文献值分析产生误差的原因：六、注意事项1将铁圈装在滴定管夹的下方，以便可以自由移动水准瓶（漏斗）3从水准瓶注入自来水，使量气管内液面略低于刻度“0”。2橡皮塞与试
9、管和量气管口要先试试合适后再塞紧，不能硬塞，防止管口塞烂；4橡皮管内气泡排净标志：皮管内透明度均匀，无浅色块状部分；5气路通畅：试管和量气管间的橡皮管勿打折，保证通畅后再检查漏气或进行反应；6装 H2SO4：长颈漏斗将 H2SO4注入试管中，不能让酸液沾在试管壁上！7贴镁条：按压平整后蘸少许水贴在试管壁上部，确保镁条不与硫酸接触，然后小心固定试管，塞紧 转）椽皮塞，谨防镁条落入稀酸溶液中。8反应：检查不漏气后再反应（切勿使酸碰到橡皮塞）；：mL）9读数：调两液面处于同一水平面，冷至室温后读数（小数点后两位，单位七、思考题1.本实验中置换出的氢气的体积是如何量度的？为什么读数时必须使水准瓶内液面与量气管内液面 保持在同一水平面？2量气管内气体的体积是否等于置换出氢气的体积？量气管内气体的压力是否等于氢气的压力？为 什么？3试分析下列情况对实验结果有何影响：（1）量气管（包括量气管与水准瓶相连接的橡皮管）内气泡未赶尽；（2）（3）（4）镁条表面的氧化膜未擦净；固定镁条时，不小心使其与稀酸溶液有了接触；反应过程中，实验装置漏气；（5）记录液面读数时，量气管内液面与水准瓶内液面不处于同一水平面；（6）反应过程中，因量气管压入水准瓶中的水过多，造成水由水准瓶中溢出；（7）反应完毕，未等试管冷却到室温即进行体积读数。