体积法测定氧气摩尔质量实验设计论文.doc

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1、体积法测定氧气摩尔质量实验设计论文1问题的提出在学习摩尔质量一节时[1]，各种物质的摩尔质量的数值都是通过理论推导得出的，导致课堂教学显得枯燥无味，不便于学生掌握，增加了学生的学习负担。那么，能否通过实验来测定，将这一知识点的学习由感性认识逐步转变为理性认识，从而降低学生学习的难度，实现有效教学？2研究目的为了解决这一问题，我们通过网络，以“常温下氧气摩尔质量的测定”、“氧气摩尔质量的测定”、“摩尔质量的测定”等词条进行搜索，结果都没有找到所需的内容。为此，我们设计了如下实验。3实验方法3.1实验原理双氧水在二氧化锰的催化作用下分解生成氧气。通过网上资料查到，标

2、准状况（20℃，1atm）下，氧气的密度为1.43g/L，水的密度为0.998g/cm3。再将《水的密度表》[2]和《过氧化氢浓度密度对照表》[3]进行对比，发现在同一条件下，溶质的质量分数为1%~5%的双氧水的密度与水的密度非常接近，特别是3%的双氧水与水的密度几乎相等，约为0.998g/cm3，为了方便数据处理，我们按1.0g/cm3进行计算。设常温常压下（实验时间为2014年10月16日下午17:30~18:30，实验条件为：98.8kPa，16℃，实验地点为贵州省金沙县城区），氧气的摩尔质量为M（g/mol），当用1mL3%的双氧水（广东恒健制药有限公司

3、生产的“恒健”牌过氧化氢溶液）来做实验时，完全反应后产生的氧气体积为V（mL），则有：2H2O2=H2O+O2↑2×34M1mL×1.0g/mL×3%VmL×1.43g/L×10-3L/mL3%M=2×34×1.43×10-3VM=3.241V（g/mol）①4学海无涯上式说明，只要测得1mL溶质的质量分数为3%的双氧水在常温常压下完全分解后产生的氧气体积V，即可计算出氧气的摩尔质量。但如何才能准确测定反应中所产生的O2的体积呢？通过“常温下气体摩尔体积的测定”[4]一文的研读，发现该方法可行，但文中所述实验方法是利用排水集气法收集并测量反应产生的O2体积，涉及

4、到反应前后两次调节集气筒和集液筒中液面高度的操作，操作比较麻烦。为了简化实验操作，我们考虑作以下改进。（1）由于是通过测量体积而不是称质量来测定氧气的摩尔质量，故无需考虑气体的纯度，可以用排空气集气法来收集并测量氧气的体积，这样可以免去排水集气法收集并测量反应产生的O2体积时，调节集气筒和集液筒中液面高度的操作，从而简化了实验操作。（2）由于笔者曾经使用并研究过玻璃注射器，了解其对压力的感应非常灵敏，且具有刻度准确、气密性良好等特点，因此将其与气体发生装置直接相连，不仅使反应产生的气体被自动收集到其中，又能较准确地读出气体体积，从而使该实验实现了一定程度的自动化

5、，减少了人工操作步骤，大大地简化了实验操作。（3）为了缩短实验操作的时间，我们还考虑连续实验时所需解决的废液和废气的排出问题。于是在反应室底部设计了废液出口，当进行下一次实验时，只需打开止水夹将玻璃注射器活塞归零，再关闭止水夹就能同时解决废液和废气的排出问题。3.2实验装置基于上述分析和思考，根据实验原理，我们设计了如图1所示的实验装置。图1实验装置图示说明：①支架（装饰用铝塑板粘合而成）②20mL医用玻璃注射器（用于收集并测量反应产生的O2体积。为了提高测量的精确度，用直尺测量注射器上两个最小刻度[1mL]之间的距离，直尺显示为3mm，于是打印了一张间距为1m

6、m的短竖线纸条，用透明胶带粘贴在玻璃注射器的对应刻度上，从而将玻璃注射器的精确度提高到了0.33mL）③注射用针头帽（将注射用针头的针管拔掉，用胶水将其粘在反应室侧壁上的孔中）④5mL医用塑料注射器（用于抽取并添加液体反应物3%双氧水）⑤橡皮塞（用于封闭反应室）⑥反应室（用半截20mL医用塑料注射器制成，用作反应容器，盛装反应的催化剂――块状或颗粒状的二氧化锰）⑦块状或颗粒状二氧化锰（将二氧化锰粉末与熟石膏按3:1或2:1的体积比或质量比混匀后加水调和晾干制成）⑧废液出口管及开关（用一段输液管和止水夹组成）⑨废液收集容器（半截空药瓶制成）3.3实验步骤4学海无涯

7、3.3.1检查气密性如图1所示，打开废液出口开关，拉动5mL注射器活塞抽入一定量空气，关闭废液出口开关，推、拉5mL注射器活塞，如果20mL注射器活塞移动的示数与5mL注射器相同，表明装置气密性良好，就可以用来做实验了。否则应用水将橡皮塞外沿和玻璃注射器内壁润湿后插回原位旋紧，然后重复上述操作，直至两注射器活塞移动的示数相同为止。3.3.2实验操作（1）实验准备。取下反应室口橡皮塞，加入适量二氧化锰颗粒，重新塞好橡皮塞；然后取下5mL注射器筒抽取4~5mL3%标准浓度的双氧水，插回原位。（2）制取并收集氧气。打开废液出口开关，将20mL注射器活塞归零，关闭废液出

8、口开关，推动5mL注射器