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）

可以看出，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是被水蒸气所饱和的，根据分压定律，氢气的分压2H p ，应是混合气体的总压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 ）

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

细砂纸等。

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“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

图2 镁条贴在试管壁上半部漏气的方法如下：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. 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）；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。

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