2019年上海高二化学·同步讲义 第07讲 测定1mol气体的体积

第07讲 测定1mol 气体的体积

一、知识梳理：

(一)探究测定1 mol 气体的体积

【实验名称和目的】 测定1 mol 氢气的体积(用镁跟足量的稀硫酸反应制取氢气)。

【实验原理】某温度下，用一定量的镁带跟足量的稀硫酸反应，测出产生氢气的体积，从而计算出该温度下1 mol 氢气的体积。故直接测定的物理量为镁带的质量m(Mg)g 和氢气的体积V(H 2)L 。计算方法为：

1mol 氢气的体积（L ）2222()()()()()()

V H V H V H n H n Mg m Mg ===×24 【气体摩尔体积测量装置】

气体摩尔体积测定装置(如下图示)由三部分组成，左边是气体发生器，中间是储液瓶，右边是液体量瓶。储液瓶上的刻度线标明了容积约为200 mL 的位置，液体量瓶的容积约为130 mL ，量瓶瓶颈上有110~130 mL 刻度线，可正确读出进入量瓶的液体的体积。全部装置固定在专用底座上。底座放置气体发生器、液体量瓶的位置下有螺旋，能作高低的微调。

如要测定1 mol 氢气的体积，则取一定质量的镁带跟稀硫酸在气体发生器中完全反应，产生的氢气把储液瓶中液体(品红溶液)压入液体量瓶，读出液体数据转换成氢气的体积，进行计算推算出实验温度时1 mol 氢气的体积。

【友情提示】(1)这是一个固体和液体不需要加热产生气体的装置，用测气管既作反应器又作导管还做气体收集装置，其优点是避免装置连接环节过多而导致误差较大的情况。但若镁条过多，产生的气体超出测气管的量程，则必须重做。

(2)不用启普发生器的原因是，镁条要完全溶解，没有必要“随用随开”，再者启普发生器空间太大，即使用质量差法也误差较大。

(3)这个气体发生器，储液瓶和液体量瓶的设计，液体量瓶就是量筒的作用，但量程比量筒大，刻度部分较细，读数比量筒要准确。缺点是：连接导管较长，气密性检查要做好，即便如此，还因排除液体部分滞留在导气管中不能完全导入液体量瓶对实验结果的负面影响。如果将产生的气体用排水法直接通入倒置的量筒中(本实验不会产生倒吸)也是可行的。本实验的设计和使用注意事项，关键在于准确。

【实验步骤】

1．记录实验室的温度和压强。

2．装配好气体摩尔体积测定装置，做好气密性检查。

(1)向储液瓶内加入品红溶液至刻度线，盖上瓶塞，固定在底座中间位置上。

(2)把气体发生器固定于底座左边位置上，用螺旋调节高低，使气体出口和储液瓶入口，能紧密连接，且作好连接。

(3)用橡皮塞塞紧气体发生器，进行气密性检查。

(4)把液体量瓶固定在底座右边位置上，用螺旋调节高低，使液体入口和储液瓶出口能紧密连接，并作好连接。

【友情提示】用橡皮塞塞紧A瓶加料口，进行气密性检查。当橡皮塞塞紧时，，B瓶内导管中的液面会上

升，上升液柱在1 min内不下降，确认装置气密性良好。

3．用砂皮擦去镁带表面的氧化物，然后称取0.120~0.140 g镁带(精确至0.001 g)，把准确数值记录于表格中。

【友情提示】(1)称量前天平要放平稳，游码放在刻度尺的零处，调节天平左、右的平衡螺母，使天平平衡。

(2)称量时把称量物放在左盘，砝码放在右盘。砝码要用镊子夹取，先加质量大的砝码，再加质量小的砝码。

(3)称量干燥的固体药品应放在纸上称量。

(4)易潮解、有腐蚀性的药品(如氢氧化钠)，必须放在玻璃器皿里称量。

(5)称量完毕后，应把砝码放回砝码盒中，把游码移回零处。

4．将镁带投入到气体发生器的底部，用橡皮塞塞紧。注意不要使镁带贴附在瓶壁上。

5．用针筒吸取10 mL 2 mol/L硫酸，用针头扎进橡皮塞，将硫酸注入气体发生器，注入后要迅速拔出针筒(注意要捏住针头拔出，不要使针头和针筒脱离)，观察现象。

6．当镁带完全反应后，读出液体量瓶中液体的体积，读数估计至0.25 mL，记录于表格中。

计算后的氢气体积填入表格。重复上述操作进行第二次实验，并作计算。

【友情提示】(1)1 mol气体在通常状况下(25℃，1 atm)的体积测定，最好要用门一克方程：pV = nRT进行换算，本反应是个放热反应，要考虑室温的影响，对温度因素进行修正。此外，实验时的气压，尤其重要的是液面差导致的压强差，反应器内压强与大气压不一致的情况，因此必须使内外液面相平，消除液体的压强差。

(2)1 mol气体在通常状况下(25℃，1 atm)的体积测定，考虑到气体实际体积与排除液体体积的差

【实验误差原因分析】

不除氧化膜盐酸过浓排除液滞留放热气压低气密性差仰视俯视

偏低偏高偏低偏高偏高偏低偏低偏高

(二)有关误差知识

1．绝对误差和相对误差：各种物质都有自身的各种特性，反映这些特性的量所具有的客观真实数值，叫做真值。测定值和真值之间的误差叫绝对误差。

(1)绝对误差 = 测定值一真值

绝对误差无法表示测定的准确度，例如用电子天平称量两物质的质量各为3.151克和0.235克，假设两者的真值各为3.141克和0.245克，它们的绝对误差分别为：3.151—3.141=0.010克；0.235－0.245=-0.010克。

(2)相对误差 = 绝对误差

真值

×100％

两者的绝对误差的绝对值相等，不能说两者的准确度相同，因为它们的真值不同，表示定量测定准确度应该用相对误差的概念。(1)中所述两次称量的相对误差分别为：0.010

3.141

×100％=0.32％；

0.010

0.245

×100％=-4.08％。

(3)绝对误差和相对误差都有正值和负值，正值表示测定结果偏大，负值表示测定结果偏小。

2．系统误差和偶然误差

由于测定方法所限，仪器和试剂所产生的误差叫系统误差。例如气体摩尔体积测定仪中气体没有干燥、中和滴定的滴定终点和化学计量点不符、洗涤沉淀时的沉淀损失等。系统误差的特征是有确定的方向性，例如一个班级的平行实验组误差都偏高或偏低，这是系统误差的结果。

由偶然因素引起的误差，叫偶然误差。如测定者视觉的不稳定性，外界温度、气压的变化等。在相同条件下，进行多次测量，偶然误差出现的正和负保持不变，增加测定次数求平均值的目的是减小偶然误差。

3．过失误差

操作失误所引起的误差叫过失误差，或叫测量错误，如液体的读数偏差、装置漏气等。

4．怎样减小误差

(1)对照试验：用已知特征量的标准试样，按同样的方法进行测定，以检查仪器是否正常，操作是否正确，以减小系统误差。

(2)空白试验：在不加试样的情况下，按同样的方法测量得到的结果叫空白值，将试样的测定值扣除空白值，这也是减小系统误差的方法。

(3)平行试验：在相同条件，做多次测定取平均值，可减小偶然误差。