實驗六　氣體常數的測定

【實驗目的】

1.加深理解氣體狀態方程和分壓定律。

2.練習測定摩爾氣體常數的微型實驗操作。

3.進一步學習使用分析天平。

4.了解氣壓計，掌握正確的使用方法。

【實驗原理】

根據理想氣體狀態方程式：pV=nRT，通過測定，可求得氣體常數R的數值。

本實驗通過測定一定質量的金屬鎂和稀硫酸反應置換出氫的體積，計算氣體常數R的數值。

反應為：

如果準確稱取一定質量的鎂條m，使之與過量的稀硫酸作用，在一定溫度和壓力下測出氫氣的體積V。氫氣的分壓為實驗時大氣壓減去該溫度下水的飽和蒸氣壓：

氫的物質的量n可由鎂條質量求得。

將以上各項數據代入理想氣體狀態方程式中，可求得氣體常數R的數值。公式為：

【儀器與試劑】

1.儀器　電子天平、量氣管（或50mL堿式滴定管）、玻璃漏斗、試管、鐵架臺、砂紙、鎂條。

2.試劑　H2SO4（3mol·L-1）、乙醇。

【實驗步驟】

1.鎂條處理

取兩條重0.03～0.04g的鎂條，用砂紙擦掉表面氧化膜，用水漂洗干凈，再用乙醇漂洗，晾干。

2.稱量鎂條

用電子天平準確稱出兩份已經擦掉表面氧化膜的鎂條，每份重約0.03g為宜。

3.檢查系統

按圖3-1將反應裝置連接好，先不接反應管，從漏斗加水使量氣管、膠管充滿水，量氣管水位略低于“0”刻度。上下移動漏斗，以趕盡附在量氣管和膠管內壁的氣泡。然后，接上反應管檢查系統的氣密性：將漏斗向上或向下移動一段距離后停下，若開始時漏斗水面有變化而后維持不變，說明系統不漏氣。如果漏斗內的水面一直在變化，說明與外界相通，系統漏氣，應檢查接口是否嚴密，直至不漏氣為止。

4.測量氫氣體積

從裝置取下試管，調整漏斗的高度，使量氣管中水面略低于“0”刻度。用量筒取3mol·L-1的H2SO4 約3mL，倒入試管中。將鎂條蘸少量水后貼在沒沾酸的試管內壁的上部，將試管安裝好。塞緊塞子后再檢查一次系統，確保不漏氣。

移動漏斗使漏斗中液面和量氣管液面在同一水平面位置，記錄液面位置。左手將試管底部略微抬高，使鎂條進入酸中。右手拿著漏斗隨同量氣管水面下降，保持量氣管中水面與漏斗中水面在同一水平面位置，量氣管受的壓力和外界大氣壓相同。

反應結束后，保持漏斗液面和量氣管液面處在同一水平面上。過一段時間記下量氣管液面高度，過1～2min再讀一次，如果兩次讀數相同，表明管內溫度與室溫相同。記下室溫和大氣壓數據。

取下試管，換另一片鎂條重復實驗一次，如實驗結果誤差較大，經指導教師同意可再重復實驗一次。

【數據處理與結論】

見表3-3。

【注意事項】

1.鎂條的質量應根據量氣筒的體積，從理論上計算得出，用量不當會導致實驗失敗。

2.用多用滴管加鹽酸時，不能沿試管壁流下，應伸到底部加。反應后靜置5min，把氣泡趕到上層空間。

3.水的飽和蒸氣壓數據可查閱附錄3。

4.溫度應在水溶液中測量。

【思考題】

1.讀取液面位置時，為何要使量筒和漏斗中的水面保持同一水平面？

2.反應過程中，如果由量氣管壓入漏斗的水過多而溢出，對實驗結果有無影響？

3.如果沒有擦凈鎂條的氧化膜，對實驗結果有什么影響？

4.如果沒有趕盡量氣管中的氣泡，對實驗結果有什么影響？