上海高二化学同步讲义 第07讲 测定1mol气体的体积.docx

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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1mol气体的体积

【实验名称和目的】测定1mol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1mol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（H2）L。

计算方法为：

1mol氢气的体积（L）

×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200mL的位置，液体量瓶的容积约为130mL，量瓶瓶颈上有110~130mL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1mol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1mol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1min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0.120~0.140g镁带（精确至0.001g），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10mL2mol/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0.25mL，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）1mol气体在通常状况下（25℃，1atm）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）1mol气体在通常状况下（25℃，1atm）的体积测定，考虑到气体实际体积与排除液体体积的差异，还必须考虑气体在溶液中的溶解度大小，同时要兼顾液体体积的准确读数。

【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=

×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：

×100％=0.32％；

×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。

总之，提高学生的操作准确性和熟练程度，是减小误差的基础。

二、课堂练习：

1．下列关于定量测定的说法中，错误的是（）

（A）发现操作失误，应重做实验（B）测定结果有偏差，也要记录在实验报告上

（C）误差分析后，可更改数据（D）实验报告不能预先完全做好

2．在测定1mol氢气体积的实验中，下列操作中错误的是（）

（A）擦净镁带表面的氧化膜再称量（B）保证装置不漏气

（c）硫酸稍过量（D）读取液体量瓶的体积读数作为氢气的体积

3．下列操作中不影响测定1mol氢气体积的实验结果的是（）

（A）镁带称量后，用砂纸擦去表面氧化层（B）操作中漏气

（C）硫酸稍过量（D）读取液体量瓶的体积读数时仰视

4．在测定1mol氢气的体积的实验中，镁带质量为mg，氢气体积为VmL，则1mol氢气的体积是（）

（A）

×24L（B）

×24L

（C）

×10-3×24L（D）

×24L

5．下列配制溶液的操作中能引起浓度偏高的是（）

（A）在80mL水中，加入18.4mol/LH2SO4溶液20mL，配制3.68mol/L稀H2SO4

（B）在100mL无水乙醇中，加入2克甲醛配制2％的甲醛的酒精溶液

（C）配制一定物质的量浓度的H2SO4溶液时，最后在容量瓶中加水稀释到刻度线，塞好塞子摇动倒转混匀后，发现液面低于刻度线

（D）用1克98％的浓H2SO4加入4克水中配制1:

4硫酸溶液

6．下列有关使用托盘天平的叙述中，正确的是（）

（A）称量前先调节托盘天平的零点（B）称量时左盘中放被称量物，右盘中放砝码

（C）潮湿的或具有腐蚀性的药品，必须放在玻璃器皿里称量，其他固体可直接放在天平托盘上称量

（D）称量未知物时，应先加质量小的砝码，后加质量大的砝码至天平平衡

7．下列各组中分子数一定相同的一组是（）

（A）11.2L氩气和0.5mol氢气（B）2克氢气和16克氧气

（C）同温同压下，2L氢气和2L三氧化硫

（D）通常状况下1mol氧气和标准状况下2克氢气

8．测定常温下1mol氢气的体积时，为什么镁带的质量要取0.120～0.140g范围?

9．测定常温下1mol氢气的体积时，为什么稀硫酸要过量?

10．为什么液体量瓶的体积读数不是氢气的体积数?

11．欲在室温和1.01×105Pa条件下测定镁的相对原子质量。

请利用以下给定的仪器（盛放镁条的隔板有小孔）组装成一套实验装置（每种仪器只允许使用一次）。

请回答：

（1）假设气体流向为左→右，则各仪器的接口连接的先后顺序为（用小写字母填写）___________________；

（2）连接好仪器后，要进行的操作有以下几步：

①待仪器B中的物质恢复至室温时，测量量筒C中水的体积（若假定将测定的体积换算成标准状况下为VmL）；②擦掉镁条表面的氧化膜，将其置于天平上称量（假定其质量为mg），并将其投入试管B中；③检查各装置的气密性；④旋开仪器A上分液漏斗的活塞，当镁条完全溶解时再关闭活塞。

上述几步操作的先后顺序是；

（3）根据实验数据可算出镁的相对原子质量，其数学表达式为；

（4）若未将试管B冷却至室温，就测量量筒C中水的体积，这将会使所测镁的相对原子质量数据（填偏高、偏低或无影响）；

12．测定一定质量的铝锌合金与强酸溶液反应产生的氢气的体积，可以求得合金中铝和锌的质量分数。

现有下列实验用品：

中学化学实验常用仪器、800mL烧杯、100mL量筒、短颈玻璃漏斗、铜网、铝锌合金样品、浓盐酸（密度1.19g/mL）、水。

按图示装置进行实验，回答下列问题（设合金样品完全反应，产生的气体体积不超过100mL）：

（1）补充下列实验步骤，直到反应开始进行（铁架台和铁夹的安装可省略）：

①将称量后的合金样品用铜网小心包裹好，放在800mL烧杯底部，把短颈漏斗倒扣在样品上面；

②；

③；

④。

（2）合金样品用铜网包裹的目的是。

13．用气体摩尔体积测足装置测足1mol氢气的体积，镁带质量为m（Mg）g，氢气体积为ymL，计算得到氢气质量为m（H2）g，则1mol氢气的体积是（）

（A）

×24（L）（B）

×2（L）（C）

×24（L）（D）

×24（mL）

14．某温度下测定150.25mL氢气的质量为0.0133g，则该温度时，1mol氢气的体积是_______________。

15．某温度下测得二氧化碳气体的密度为1.96g/L，则该温度时，1mol二氧化碳的体积是______________。

16．标准状况下测得某气体的密度是1.518g/L，气体摩尔体积取22.4L/mol，则该气体的摩尔质量是_______。

17．完成下列实验的数据处理：

温度：

25℃压强：

101.3kPa

实验次数