实验五　摩尔气体常数的测定

一、实验目的

1.熟悉理想气体状态方程式和分压定律的应用。

2.学习分析天平和气压计的使用。

3.掌握量气管排水集气法测量气体体积的操作。

二、实验原理

用已知质量的镁m（Mg）和过量的稀酸作用，产生一定量的氢气m（H2）。在一定的温度（T）和压力（p）下，测定被置换的氢气体积V（H2）。根据分压定律，算出氢气的分压。

上述方法收集到的氢气混有水蒸气，p（H2）=p-p（H2O）。假定在实验条件下，氢气服从理想气体行为，可根据气态方程式计算出摩尔气体常数R：

式中，m（H2）=m（Mg）×2.016/A（Mg），式中A（Mg）为Mg的原子量。所以：

实验时的温度（T）和压力（p）可分别由温度计和气压计测得，氢气的物质的量（n）可以由镁的质量求得。

三、实验仪器与试剂

仪器：分析天平（0.1mg），量气管，长颈漏斗，大试管，量筒（10mL），温度计，气压计，铁架台，乳胶管，砂纸，剪刀，称量纸。

试剂：镁条，稀H2SO4（2.0mol·L-1）。

四、实验步骤

1.准备镁条

用砂纸清洁镁条，除去表面的氧化物与脏物，直至金属表面光亮无黑点。用分析天平或电子天平准确称取三份镁条，每份质量在0.03g左右（准确称至0.0001g）。

2.安装测定装置

如图2-13所示装配好测定装置。往量气管内装水至略低于“0”刻度的位置。上下移动漏斗，以赶尽附着在乳胶管和量气管内壁上的气泡，然后把反应管和量气管用乳胶管连接好。

3.检漏

把漏斗下移一段距离，并固定在一定位置上。如果量气管中液面只在开始时稍有下降（3～5min），以后即维持恒定，便说明装置不漏气。如果液面继续下降，则表明装置漏气，检查各接口是否严密。经检查与调整后，再重复试验，直至确保不漏气为止。

4.测定

①取下试管，如果需要的话，可以再调整一次漏斗的高度，使量气管内液面保持在略低于“0”刻度的位置。然后用一长颈漏斗将5mL2.0mol·L-1H2SO4注入试管中，切勿使酸沾到试管壁上。用一滴水将镁条沾在试管内壁上部，确保镁条不与酸接触。装好试管，塞紧磨口塞，再一次检查装置是否漏气。

②把漏斗移至量气管右侧，使两者的液面在同一水平面上，记录此时量气管液面的刻度位置。

③把试管底部略微抬高，以使镁条和H2SO4接触，这时由于反应产生的氢气进入量气管中，把管中的水压入漏斗内。为避免管内压力过大，在管内液面下降时，要随时将漏斗慢慢向下移动，使量气管内液面和漏斗中液面基本在同一平面上，以防止量气管中气体压力过高，而使气体漏出。

④镁条反应完毕，待试管冷却到室温，调节使漏斗与量气管的液面处在同一水平，记下量气管内液面位置。稍等1～2min，再记录液面位置，如两次读数相等，表明管内气体温度已与室温一样。记下室内的温度和大气压。

用另两份已称量的镁条重复实验。将数据和计算结果整理成表2-7。

五、思考题

1.为什么必须检查实验装置是否漏气？实验中曾两次检查实验装置是否漏气，哪次相对更重要？

2.在读取量气管液面刻度时，为什么要使漏斗和量气管两个液面在同一水平面上？

3.实验时称取镁条太多或太少对实验有何影响？

4.反应用的浓度是否应严格控制？取用时是否应准确量取？