[测定常温下氢气的摩尔体积]氢气的摩尔体积
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文章编号:1005-6629(2010)10-0010-02 中图分类号:G633.8 文献标识码:C 上海市二期课改高二化学教材第十章是“学习几种定量测定方法”,本章内容体现了化学课程改革新课程标准中加强实验、适当增加定量实验比例的要求,新课程在定量实验中更强调实验的设计,注重培养学生的实验能力。测定氢气的摩尔体积是高二化学10.1节教学内容,这一实验是中学生第一次学习化学定量测定方法,其重要性是显而易见的。
1教材中实验简介及存在的问题
高级中学课本《化学》(上海科技出版社出版高中二年级第一学期试用本2007年8月第1版)中第48页上有关化学反应气体体积测定装置(见图1所示)。该装置的三个组成部分:气体发生器(A)、储液瓶(B)和液体量瓶 (C)。教材上使用该装置测算某温度下1摩尔氢气体积,实验方法大致如下:
(1)A瓶中放入已称量过的镁带和少量水,记下镁带的质量为m克(一般取0.100~0.110克)。
(2)用注射器针头扎入A瓶的橡胶塞并抽气,直到B瓶中央的导管内外液面持平为止。此时A、B瓶内封住的空气约为一个大气压。
(3)用注射器吸取一定体积的3 mol・L-1硫酸Va毫升(一般取10 mL),注入A瓶。
(4)镁带完全反应后,读出C瓶中液体体积为Vc mL。
(5)用注射器在A瓶加料口抽气,使B瓶的导管内外液面再次持平。从注射器上读出抽出气体的体积为Vb mL。
教材中测定常温下氢气的摩尔体积采用化学反应气体体积测定仪,是一套专用装置,价格贵,结构复杂,操作繁琐,为调整装置气压、注入反应液和读出反应产生氢气所排出液体的体积三次用到一次性塑料注射器,实验精度低, 实验相对误差在10 %左右。
为解决这些问题,利用现有的仪器设计了新的实验装置,简化实验的操作,提高实验精度,降低成本。新装置不仅适合于教师演示,而且也适合于学生实验,实验效果良好。
2实验装置新设计
2.1实验仪器及试剂
电子天平一台、数字温度计一支、Y形管一支、量气管一根、水准管一根、T形导管一只、活塞一个、铁架台一套、木制活动平行四边形支架一个、滴定管夹一只、单孔橡皮塞二个、砂纸一张、剪刀一把、镊子一把、100 mL烧杯一只、乳胶管;镁带,6 mol・L-1盐酸溶液。
2.2实验装置示意图及调整反应前后装置内气压的方法
实验装置示意图如图2所示。
反应前,组装好实验装置后,打开T形导管上端活塞,稍后再关闭,装置中气压等于外界大气压;
反应后,调节量气管和水准管相对高度,使量气管和水准管两边液面相平,调整气压。
2.3实验装置组装说明
(1)制作固定、调节量气管、水准管相对高度的装置
制作一个上下边长20 cm、竖直方向边长18 cm的木制活动平行四边形;
将滴定管夹用锯子锯成两部分,用螺丝分别固定在木制平行四边形支架竖直方向的两边中间;
在上下两边中间各钻一孔,插上两只直径6 mm,长约6 cm的螺栓,用螺母栓好四边形支架,留有适当间隙,使木制四边形能绕螺栓转动,两只螺栓的另一端固定在铁架台的十字夹上。
(2)量气管采用25 mL碱式滴定管,水准管是用分子间隙演示管截去闭合端或用25 mL移液管截去下端尖嘴制得,量气管中预先注入一定量水。
2.4实验操作部分
(1)取一段镁带,用砂纸将镁带表面氧化层擦净,用剪刀剪取约2 cm,用电子天平称量,记录读数。
(2)将Y形管倾斜,将镁带滑入Y形管的一支管中,用长滴管在Y形管的另一支管中滴加约2 mL水,再吸取6 mol・L-1盐酸2 mL滴入其中。
(3)装配好装置,打开T形导管上端活塞,量气管与水准管内的液面相平后,关闭活塞,记录量气管的初读数,如图3。
(4)轻轻倾斜Y形管使盐酸流入镁带的一边支管与镁反应。
(5)反应停止后,待Y形管中的气体冷却至室温,记录温度,调节量气管和水准管相对高度,使量气管与水准管内的液面相平,记录量气管的末读数。
(6)重复上述操作进行第二次实验。
2.5实验结果
氢气在标准状况下密度为0.0899 g・L-1,镁的摩尔质量为24.31 g・mol-1
标准状况下,1 mol氢气的体积为22.42 L
1 mol氢气的体积的文献值:
101kPa,29.5 ℃时为24.84 L、29.4℃时为24.83 L
实验相对误差一般小于2 %。
3实验改进的意义
(1)装置简单,步骤简洁,反应前通过开启活塞,反应后调节水准管和量气管相对高度来调整装置气压,避免了原来教材实验中需多次使用一次性注射器,故操作方便,实验时间短,成功率高;利用四边形活动支架可便捷调整实验过程中气压的平衡。
(2)可直接测出氢气的体积,避免了原来教材实验中通过测量排出水的体积间接测量氢气的体积造成的误差,精度高。
(3)采用镁与稀盐酸反应,且反应物的量很小,反应的热效应较小,有利于提高实验的精度。
(4)在忠实于教材实验原理前提下,利用现有常规的仪器设计实验装置,成本低、药品用量少,便于推广。
参考文献:
[1]高级中学课本 化学 高中二年级第一学期(试用本)[M].上海:上海科学技术出版社, 2007.8, 第一版.
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