第二章　基本理论及常数测定实验

实验一　摩尔气体常数的测定

【实验目的】

1.了解分析天平的基本构造、性能及使用规则。

2.练习测量气体体积的操作和大气压力计的使用。

3.掌握理想气体状态方程和分压定律的应用。

【预习与思考】

1.检查实验装置是否漏气的原理是什么？

2.在读取量气管中水面的读数时，为什么要使漏斗中的水面与量气管中的水面相平？

3.造成本实验误差的原因是什么？哪几步是关键操作？

4.讨论下列情况对实验结果有何影响：①反应过程中实验装置漏气；②镁片表面有氧化膜；③反应过程中，如果从量气管中压入漏斗的水过多而使水从漏斗中溢出。

【基本原理】

由理想气体状态方程pV=nRT，可知摩尔气体常数。因此对一定量的气体，若在一定温度、压力条件下测出其体积就可求出R，本实验是根据测定金属镁与盐酸反应产生的氢气的体积来确定R的数值。其反应方程式为：

准确称取一定质量（mMg）的金属镁片与过量的HCl反应，在一定的温度与压力条件下，测出被置换的湿氢气的体积V（H2），而氢气的物质的量可由镁片的质量算出。实验时的温度和压力可以分别由温度计和大气压力计测得。由于氢气是采用排水集气法收集的，氢气中混有水蒸气，若查出实验温度下水的饱和蒸气压，就可由分压定律算出氢气的分压：

p（H2）=p-p（H2O）

将以上各项数据代入理想气体状态方程中，就可利用公式求出R。

本实验也可选用铝或锌与盐酸反应来测定R值。

【实验用品】

仪器：量气管（或50mL碱式滴定管），大试管，漏斗，乳胶管，铁架台，砂纸。

药品：HCl（6mol·L-1），镁条。

【实验步骤】

1.试样的称取

准确称量3片已擦去表面氧化膜的镁条，每份质量为0.0200～0.0400g。

如果用铝片，则每份称取0.0200～0.0300g。

如果用锌片，则每份称取0.0800～0.1000g。

2.仪器的安装

按图2-1所示装好仪器。打开试管的塞子由漏斗往量气管内装水至略低于刻度“0”，上下移动漏斗以赶净乳胶管和量气管气壁上的气泡，然后固定漏斗。

3.检查装置是否漏气

塞紧试管的橡皮塞，将漏斗向下（或向上）移动一段距离，使漏斗中水面低于（或高于）量气管中的水面。若量气管中的水面始终不停移动至与漏斗内液面相平，则表示装置漏气，应检查各连接处是否接好，重复操作直至不漏气为止。

4.测定

取下试管，调整漏斗高度，使量气管水面略低于刻度0。小心向试管中加入3mL 6mol·L-1HCl溶液，注意不要使盐酸沾湿试管壁。将已称量的金属片沾少许水，贴在试管内壁上（勿与酸接触）。固定试管，塞紧橡皮塞，再次检漏。

调整漏斗位置，使量气管内水面与漏斗内水面保持在同一水平面，准确读出量气管内液面的位置V1。

轻轻振荡试管，使镁条落入HCl溶液中，镁条与HCl反应放出H2，此时量气管内水面开始下降。为了避免量气管中压力过大而造成漏气，在量气管内水平面下降的同时，慢慢下移漏斗，使漏斗中的水面和量气管中的液面基本保持相同水平，反应停止后，固定漏斗。待试管冷却至室温（5～10min），再次移动漏斗，使其水面与量气管水面相平，读出反应后量气管内水面的精确读数V2。

记录实验时的室温t与大气压p。

从附录五中查出室温时水的饱和蒸气压p（H2O）。

用另外两个镁条重复上述操作。

【数据记录和结果处理】

见表2-1和表2-2。