測定常溫下氫氣的摩爾體積

文章編號:1005-6629(2010)10-0010-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:C

上海市二期課改高二化學教材第十章是“學習幾種定量測定方法”，本章內(nèi)容體現(xiàn)了化學課程改革新課程標準中加強實驗、適當增加定量實驗比例的要求，新課程在定量實驗中更強調(diào)實驗的設計，注重培養(yǎng)學生的實驗能力。測定氫氣的摩爾體積是高二化學10.1節(jié)教學內(nèi)容，這一實驗是中學生第一次學習化學定量測定方法，其重要性是顯而易見的。

1教材中實驗簡介及存在的問題

高級中學課本《化學》(上海科技出版社出版高中二年級第一學期試用本2007年8月第1版)中第48頁上有關化學反應氣體體積測定裝置(見圖1所示)。該裝置的三個組成部分:氣體發(fā)生器(A)、儲液瓶(B)和液體量瓶 (C)。教材上使用該裝置測算某溫度下1摩爾氫氣體積，實驗方法大致如下:

(1)A瓶中放入已稱量過的鎂帶和少量水，記下鎂帶的質(zhì)量為m克(一般取0.100~0.110克)。

(2)用注射器針頭扎入A瓶的橡膠塞并抽氣，直到B瓶中央的導管內(nèi)外液面持平為止。此時A、B瓶內(nèi)封住的空氣約為一個大氣壓。

(3)用注射器吸取一定體積的3 mol·L-1硫酸Va毫升(一般取10 mL)，注入A瓶。

(4)鎂帶完全反應后，讀出C瓶中液體體積為Vc mL。

(5)用注射器在A瓶加料口抽氣，使B瓶的導管內(nèi)外液面再次持平。從注射器上讀出抽出氣體的體積為Vb mL。

教材中測定常溫下氫氣的摩爾體積采用化學反應氣體體積測定儀，是一套專用裝置，價格貴，結構復雜，操作繁瑣，為調(diào)整裝置氣壓、注入反應液和讀出反應產(chǎn)生氫氣所排出液體的體積三次用到一次性塑料注射器，實驗精度低， 實驗相對誤差在10 %左右。

為解決這些問題，利用現(xiàn)有的儀器設計了新的實驗裝置，簡化實驗的操作，提高實驗精度，降低成本。新裝置不僅適合于教師演示，而且也適合于學生實驗，實驗效果良好。

2實驗裝置新設計

2.1實驗儀器及試劑

電子天平一臺、數(shù)字溫度計一支、Y形管一支、量氣管一根、水準管一根、T形導管一只、活塞一個、鐵架臺一套、木制活動平行四邊形支架一個、滴定管夾一只、單孔橡皮塞二個、砂紙一張、剪刀一把、鑷子一把、100 mL燒杯一只、乳膠管;鎂帶，6 mol·L-1鹽酸溶液。

2.2實驗裝置示意圖及調(diào)整反應前后裝置內(nèi)氣壓的方法

實驗裝置示意圖如圖2所示。

反應前，組裝好實驗裝置后，打開T形導管上端活塞，稍后再關閉，裝置中氣壓等于外界大氣壓;

反應后，調(diào)節(jié)量氣管和水準管相對高度，使量氣管和水準管兩邊液面相平，調(diào)整氣壓。

2.3實驗裝置組裝說明

(1)制作固定、調(diào)節(jié)量氣管、水準管相對高度的裝置

制作一個上下邊長20 cm、豎直方向邊長18 cm的木制活動平行四邊形;

將滴定管夾用鋸子鋸成兩部分，用螺絲分別固定在木制平行四邊形支架豎直方向的兩邊中間;

在上下兩邊中間各鉆一孔，插上兩只直徑6 mm，長約6 cm的螺栓，用螺母栓好四邊形支架，留有適當間隙，使木制四邊形能繞螺栓轉(zhuǎn)動，兩只螺栓的另一端固定在鐵架臺的十字夾上。

(2)量氣管采用25 mL堿式滴定管，水準管是用分子間隙演示管截去閉合端或用25 mL移液管截去下端尖嘴制得，量氣管中預先注入一定量水。

2.4實驗操作部分

(1)取一段鎂帶，用砂紙將鎂帶表面氧化層擦凈，用剪刀剪取約2 cm，用電子天平稱量，記錄讀數(shù)。

(2)將Y形管傾斜，將鎂帶滑入Y形管的一支管中，用長滴管在Y形管的另一支管中滴加約2 mL水，再吸取6 mol·L-1鹽酸2 mL滴入其中。

(3)裝配好裝置，打開T形導管上端活塞，量氣管與水準管內(nèi)的液面相平后，關閉活塞，記錄量氣管的初讀數(shù)，如圖3。

(4)輕輕傾斜Y形管使鹽酸流入鎂帶的一邊支管與鎂反應。

(5)反應停止后，待Y形管中的氣體冷卻至室溫，記錄溫度，調(diào)節(jié)量氣管和水準管相對高度，使量氣管與水準管內(nèi)的液面相平，記錄量氣管的末讀數(shù)。

(6)重復上述操作進行第二次實驗。

2.5實驗結果

氫氣在標準狀況下密度為0.0899 g·L-1，鎂的摩爾質(zhì)量為24.31 g·mol-1

標準狀況下，1 mol氫氣的體積為22.42 L

1 mol氫氣的體積的文獻值:

101kPa，29.5 ℃時為24.84 L、29.4℃時為24.83 L

實驗相對誤差一般小于2 %。

3實驗改進的意義

(1)裝置簡單，步驟簡潔，反應前通過開啟活塞，反應后調(diào)節(jié)水準管和量氣管相對高度來調(diào)整裝置氣壓，避免了原來教材實驗中需多次使用一次性注射器，故操作方便，實驗時間短，成功率高;利用四邊形活動支架可便捷調(diào)整實驗過程中氣壓的平衡。

(2)可直接測出氫氣的體積，避免了原來教材實驗中通過測量排出水的體積間接測量氫氣的體積造成的誤差，精度高。

(3)采用鎂與稀鹽酸反應，且反應物的量很小，反應的熱效應較小，有利于提高實驗的精度。

(4)在忠實于教材實驗原理前提下，利用現(xiàn)有常規(guī)的儀器設計實驗裝置，成本低、藥品用量少，便于推廣。

參考文獻:

[1]高級中學課本 化學 高中二年級第一學期(試用本)[M].上海:上海科學技術出版社， 2007.8， 第一版.