实验室条件下《气体摩尔体积的测定》实验研究

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1、实验室条件下《气体摩尔体积的测定》实验研究：气体摩尔体积的测定实验的常规方法存在着很多问题，笔者对此进行了一些尝试，利用日常生活中的废弃物品进行科学合理的设计，在一定程度上解决了这些问题，减小了实验的误差，本文即是对试验情况的介绍。　　关键词：气体摩尔体积；实验研究；实验原理；实验设计；实验方法　　：G633.8：B：1672-1578（2011）03-0195-02　　　　1.常规方法存在的问题　　气体摩尔体积的测定实验的常规方法是利用专用的《气体摩尔体积测定仪》（如图1）测量一定质量的镁与酸反应生成的氢气的体积，然后利用公式n=mM=VVm和PV=nRT计算气体的摩尔体积。但这种方法存

2、在着很多问题。　　1.1实验中所需的镁的质量很少，一般为0.118～0.139克甚至更小，即使用精确度较高的电子秤，要称量如此小的质量，操作上也是相当困难和麻烦的。　　1.2大多数学校，特别是农村中学，不但没有电子秤，而且连专用的《气体摩尔体积测定仪》都没有，根本就没有条件完成这一实验。　　1.3即使有了电子秤和《气体摩尔体积测定仪》，而所用镁条纯度对生成的氢气的体积影响也很大。　　为了解决上述问题，笔者对此进行了一些尝试，利用日常生活中的废弃物品进行科学合理的设计，在一定程度上解决了这些问题，减小了实验的误差，现介绍如下，供同行参考。　　2.实验原理和可行性分析　　为了避免或减小药品纯度对

3、制取气体的影响，实验应该选择所制气体的体积不受药品纯度影响或影响较小的化学反应。　　电解水产生的H2－O2混合气体的体积几乎不受药品纯度的影响，氧气在水中的溶解度又极小（在标准状况下，1体积水里最多能溶解氧气0.049体积，20℃时最多能溶解氧气0.031体积，而且这个体积差可采取一定的措施进行补救），根据阿伏加德罗定律，“在同温同压下，相同体积的任何气体含有相同数目的分子”，制取一定体积的H2－O2混合气体与制取纯净的氢气的实验结果相同，是实验的最佳选择。　　以制取标准状况下2.5升H2－O2混合气体为例，设此时所需水的质量为m，理论上有，　　2H2O2H2↑＋O2↑　　

4、2×183×22.4　　m2.5　　2×18m=3×22.42.5　　m=1.34（g）　　在实验室条件下称量如此小的质量操作极为麻烦，而且大多数学校，特别是农村学校又没有电子秤，托盘天平的精确度又达不到要求。但如果将其转化为测量电解所需水的体积，情况就不同了。　　设ρ水=1.00g/mL，由密度公式m=ρV得　　而实验室中常用的5mL的移液管的内径极小，用它来显示发生分解的水的体积不仅比称量质量方便，而且精确度更高。　　因纯水不导电，但在20℃时，0.3%的稀H2SO4的密度为1.000g/mL，1%的稀H2SO4的密度为1.005g/mL，与水的密度非常接近，可视为ρ水=ρ

5、1%H2SO4=1000g/ml。而且配制非常方便，只需在3L水中加入10mL左右98%的浓硫酸即可用作实验所需的电解液。　　设电解水产生的H2－O2混合气体在标准状况下的状态为P0、V0、T0，实验室条件下的状态为P、V、T。　　由于电解水产生的混合气体中氢气和氧气的体积比为2:1，则混合气体的平均相对分子质量为：　　由得，　　……………………①　　再由理想气体状态方程PV=nRT得，　　……………………②　　将②代入①，得　　……………………③　　根据质量守恒定律，电解水产生的混合气体的质量等于发生分解的水的质量。由密度公式m=ρV得，　　……………………④　　P、T可

6、由气压表和温度计测得，于是将问题转化为测量制取一定体积（V）的H2－O2混合气体时所消耗的水的体积（V水）。那么只要设计一个科学合理的装置，测出制取一定体积（V为已知量）的H2－O2混合气体时所消耗的水的体积（V水为待测量），利用④式即可计算出气体摩尔体积。　　3.实验设计　　3.1实验用品:2.5L大可乐瓶2个，3号单孔塞3个，5mL移液管1支，石墨电极2根，24V学生电源1台，矿泉水瓶2个，中性笔管1支，乳胶管1根，导线2根，0.3%稀硫酸；　　3.2装置图（如图2）　　3.3装置组装说明:取2个2L塑料饮料瓶，用烧热的铁棒或电烙铁在其底部各打一个与矿泉水瓶嘴外径大小相当的孔

7、，然后切取2个矿泉水瓶嘴分别嵌入孔中，用胶水粘牢密封，并各塞上一个带有一截中性笔管的单孔塞。在其中一个的瓶口上塞上带2mL移液管的单孔塞；另一个的瓶口拧上瓶盖，底部并排地再打两个与石墨电极外径大小相当的孔，插入两根石墨电极，用胶水粘牢密封，引出导线，用一段长度适中的乳胶管将两瓶相连。用烧杯向装置中加水，以标定电解集气室的容积，帖上标签，即成。　　4.实验方法　　4.1用气压表和温度计测量并记下实验时的大气压强