二氧化碳相对分子质量的测定

实验4 二氧化碳相对分子质量的测定

1.实验目的

(1)了解气体密度法测定气体相对分子质量的原理的方法；

(2)了解气体的净化和干燥的原理和方法；

(3)熟练掌握启普发生器的使用；

(4)进一步掌握天平的使用。

2.实验原理

根据阿伏伽德罗定律，同温同压下，同体积的任何气体含有相同数目的分子。因此，在同温同压下，同体积的两种气体的质量之比等于它们的相对分子质量之比，即

M1/M2=W1/W2=d

其中：M1和W1代表第一种气体的相对分子质量和质量；M2和W2代表第二种气体的相对分子质量和质量；d(=W1/W2) 叫做第一种气体对第二种的相对密度。

本实验是把同体积的二氧化碳气体与空气(其平均相对分子质量为29.0)相比。这样二氧化碳的相对分子质量可按下式计算：

M co2=Wco2×M空气/W空气=d空气×29.0

式中一定体积(V)的二氧化碳气体质量Wco2可直接从天平上称出。根据实验时的大气压(p)和温度(t)，利用理想气体状态方程式，可计算出同体积的空气的质量：

W空气＝pV×29.0/RT

这样就求得了二氧化碳气体对空气的相对密度，从而测定二氧化碳气体的相对分子质量。

3.实验仪器与试剂

启普发生器，洗气瓶(2只)，250mL锥形瓶，台秤，天平，温度计，气压计，橡皮管，橡皮塞等。

HCl (工业用，6mol·L-1),H2SO4 (工业用)，饱和NaHCO3溶液，无水CaCl2，大理石等。

4.实验步骤

按图连接好二氧化碳气体的发生和净化装置。

图6.3.1 二氧化碳的发生和净化装置

1—大理石+稀盐酸；2—饱和NaHCO3；3—浓H2SO4；

4—无水CaCl2；5—收集器

取一个洁净而干燥的锥形瓶，选一个合适的橡皮塞塞入瓶口，在塞子上作一个记号，以固定塞子塞入瓶口的位置。在天平上称出(空气+瓶+塞子)的质量。

从启普发生器产生的二氧化碳气体，通过饱和NaHCO3溶液、浓硫酸、无水氯化钙，经过净化和干燥后，导入锥形瓶内。因为二氧化碳气体的相对密度大于空气，所以必须把导气管插入瓶底，才能把瓶内的空气赶尽。2～3分钟后，用燃着的火柴在瓶口检查CO2已充满后，再慢慢取出导气管用塞子塞住瓶口(应注意塞子是否在原来塞入瓶口的位置上)。在天平上称出(二氧化碳气体+瓶+塞子)的质量，重复通入二氧化碳气体和称量的操作，直到前后两次(二氧化碳气体+瓶+塞子)的质量相符为止(两次质量相差不超过1～2mg)。这样做是为了保证瓶内的空气已完全被排出并充满了二氧化碳气体。

最后在瓶内装满水，塞好塞子(注意塞子的位置)，在台秤上称重，精确至0.1g。记下室温和大气压。

5.数据记录和结果处理

室温t(℃)____，T(K) ____

气压p(Pa) ____

(空气+瓶+塞子)的质量A ____ g

(二氧化碳气体+瓶+塞子)的质量B____g

(水+瓶+塞子)的质量C____g

瓶的容积V＝(C-A)/1.00____ ml

____ g

瓶内空气的质量W

空气

____ g

瓶和塞子的质量D=A-W

空气

二氧化碳气体的质量W co 2＝B －D ____ g

二氧化碳的相对分子质量 Mco 2____

M co 2M co 2(实)－M co 2( 理)(理)×100％= _______百分误差＝ 6．注意事项： ⑴ 实验室安全问题。不得进行违规操作，有问题及时处理或向老师报告。 ⑵ 分析天平的使用。注意保护天平，防止发生错误的操作。

⑶ 启普发生器的正确使用。

⑷ 气体的净化与干燥操作。

7．思考题

(1) 在制备二氧化碳的装置中，能否把瓶2和瓶3倒过来装置？为什么？

(2) 为什么(二氧化碳气体+瓶+塞子)的质量要在天平上称量，而(水+瓶+塞子)的质量则可以在台秤上称量？两者的要求有何不同？

(3) 为什么在计算锥形瓶的容积时不考虑空气的质量，而在计算二氧化碳的质量时却要考虑空气的质量？

思考题答案：

1.不能。因为瓶3中的浓硫酸主要是用来吸收水的，而瓶2中也有水，如果调换则2中产生的水未被吸收，会带入气体中导致实验失败。

2.这是因为二氧化碳气体的质量很小，在台秤上称量会因为精确度低而造成较大的误差，而水的质量相比较就大一些，在台秤上称量也不会造成很大的误差。 两者的要求不同就是对精确度要求不同。

3.这是因为空气的质量相对于瓶里的水的质量是很小的，在误差范围内可忽略不计，而空气的质量和二氧化碳的质量相差较小，如果忽略会导致很大的误差。