摩尔气体常数的测定

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 ＝ r

M m RT (1)

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、31Pa·m 3·K -1·mol -1或J·K -1·mol -1)

可以瞧出,只要测定一定温度下给定气体的体积V 、压力p 与气体的物质的量n 或质量m ,即可求得R 的数值。

本实验利用金属(如Mg 、A1或Zn)与稀酸置换出氢气的反应,求取R 值。例如:

Mg(s)* + 2H +(aq)* ＝ Mg 2+(aq) + H 2(g)* (2)

Δr H ο

m

298＝-466、85(kJ·

mol -1) [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(2)由金属镁的质量求得:Mg

Mg H H H 2

22M m M m n =

=

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就是被水蒸气所饱与的,根据分压定律,氢气的分压2H p ,应就是混合气体的总压p (以100Kpa 计)与水蒸气分压O H 2p 之差:O H H 22p p p -=

(3)

将所测得的各项数据代入式(1)可得:

T

n V

p p T

n V p R ⋅⋅-=

⋅⋅=2222H O H H H )(

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(公用),砂纸,测定摩尔气体常数的装置(量气管1,水准瓶2,试管,滴定管夹,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。

2本实验中用短颈(或者长颈)漏斗代替水准瓶。

图1 摩尔气体常数测定装置

药品:硫酸H2SO4(3mo1·L-1),镁条(纯)。

四、实验内容

1、镁条称量

取两根镁条,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、0300～0、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±0、0001g。

2、仪器的装置与检查

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“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与量气

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

图2 镁条贴在试管壁上半部气的方法如下:塞紧装置中连接处的橡皮管,然后将水准瓶(漏斗)向下(或向上)

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？),则应检查各连接处就是否严密(注意橡皮塞及导气管间连接就是否紧密)。务必使装置不再漏气,然后将水准瓶放回检漏前的位置。

3、金属与稀酸反应前的准备

取下反应用试管,将4～5mL 3 mo1·L-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(旋转)橡皮塞(动作要轻缓,谨防镁条落入稀酸溶液中)。

再次检查装置就是否漏气。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±0、01mL,并记下读数(为使液面读数尽量准确,可移动铁圈位置,设法使水准瓶与量气管位置尽量靠近)。

4、氢气的发生、收集与体积的量度

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);待镁条落入稀酸溶液中后,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(此时能否读数？为什么？)。

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,读出并记录量气管内液面的位置。每隔2～3min,再读数一次,直到读数不变为止。记下最后的液面读数及此时的室温与大气压力。从附表中查出相应于室温时水的饱与蒸气压。

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。

实验编号 1 2

镁条质量m Mg/g

反应前量气管内液面的读数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)×10-6/mL

室温T/K

大气压力p/Pa