三大实验--气体摩尔体积测定.

110.1测定1mol气体的体积化学实验的类型：定性实验：定量实验:通过实验大致得到被测物的一些特性通过实验得到被测物的一些准确特性化学的定量测定：•定量测定是从“量”的角度认识物质及其变化规律。•定量测定技术的进步推动了现代化学的发展。•定量测定是现代化工生产中控制生产的必要条件。•定量测定中“准确性”极其重要。化学的定量测定：•定量测定方法：称量、量出体积、确定温度的变化数等•定量仪器：电子天平、量筒、滴定管、温度计、秒表等相关知识回顾气体体积与其他物理量之间的关系×6.02×1023×22.4L/mol÷6.02×1023÷22.4L/mol×Mg/mol÷Mg/mol2．1mol不同的固态和液态物质为什么其体积各不相同？3．影响气体体积的因素有哪些？当分子数目相同时，气体体积的大小主要决定于气体分子之间的距离，而不是分子本身体积的大小。气体分子之间的距离受温度、压强影响大1mol不同固态或液态物质所含基本结构微粒数相同，构成固态或液态物质的微粒间的距离都很小。因而固态或液态物质体积大小的决定因素是其结构微粒本身的大小。1．决定物质所占体积大小有哪些因素？取决于构成这种物质的微粒数目、微粒的大小和微粒之间的距离这三个因素。•4、气体摩尔体积的计算：气体摩尔体积是指1mol气体所具有的体积在标准状况下（101kPa,0℃）,Vm=22.4L/molmVVn5．常温常压时，1摩尔气体体积比标准状况下的22.4升大还是小？原因是什么？一定物质的量的气体，当温度升高时，气体分子之间的距离增大，当温度降低时，气体分子之间的距离缩小；当压强增大时，气体分子之间的距离减小，当压强减小时，气体分子之间的距离增大。6、阿伏伽德罗定律的内涵是什么？在同温同压下，相同体积的任何气体都含有相同数目的分子。测定1mol气体的体积，我们需要哪些实验数据？mVVn提示：气体的体积V和气体的物质的量n。气体的物质的量能用实验方法直接测定吗？不能。根据气体的物质的量=质量/摩尔质量，可以测气体的质量。mVVVMVmnmM气体的体积和质量的实验数据较难测定，我们是否能将其转化为其他状态的物质进行测定？将气体的量转化为测定固态或液态的量•以1molH2体积测定为例，用镁和足量的稀硫酸反应，并测定H2的摩尔体积。222222442()()()()()()()()()()mMgMgMgMgMgHHHHmHMVMmMgHSOMgSOHVVVVnn数据转化：测定镁带质量和H2的体积直接测量间接测量10.1测定1mol气体的体积•一、测定原理——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。•二、测定方法（1）制氢气，用镁的质量计算氢气的质量。（2）产生的氢气用排液法收集、量出体积。•三、计算公式22222()()()()()()()()()()mMgMgMgMgMgHHHHmHMVMmVVVVnn设计定量实验一般从那几个方面考虑？目的→原理→仪器→步骤→记录→结果→结果分析1、目的：测定常温、常压下1摩尔氢气体积。2、原理：V(H2)Vm＝———×M(镁)m(镁)想一想：气体摩尔体积的测定装置应该有几部分组成？气体的发生装置、气体收集装置、量体积装置讨论内容:以1molH2体积测定为例，用镁和足量的稀硫酸反应，设计测定H2的摩尔体积的实验方案。镁的质量实验室里用什么仪器测定？思考：用什么样的装置来制取氢气（1）固体和固体加热制取气体（2）固体和液体加热制取气体O2、NH3、CH4等HCl、Cl2等实验室制取气体的装置实验室制取气体的装置（3）固体和液体反应制取气体不需要加热思考2、氢气的体积如何来测定？启普发生器气体排液装置（短进长出）量液装置量（体积）装置移液管•方案1方案展示：介绍：用镁跟足量的稀硫酸反应制得H2，利用排水法用量筒收集，并量取气体体积。缺点：量筒不能收集气体，并且收集后测出体积不准确。•方案2方案展示：介绍：用镁跟足量的稀硫酸反应制得H2，并通入短进长出的广口瓶，气体将液体压入量筒中收集，流入量筒中液体的体积就是产生氢气的体积。注意：量筒中液体体积减去注入硫酸的体积才是生成的气体体积。生成气体的体积＝量筒中液体的体积－加入的硫酸的体积＋导管中液体的体积缺点：后面导管中一段液体的体积无法测出，影响实验的精确度。简易的气体摩尔体积测定装置气体发生装置排液装置量液装置•方案4方案展示：介绍：用镁跟足量的稀硫酸反应制得H2，将生成的氢气用气球收集。气球的体积就是氢气的体积。缺点：气球体积难以准确测定，实验误差大。•方案5方案展示：介绍：用镁跟足量的稀硫酸反应制得H2，将生成的氢气用针筒收集。优点：针筒可以直接测出气体的体积。气体的体积＝针筒的读数－加入的硫酸的体积缺点：气体压强有误差，较难控制同压气体摩尔体积测定装置1、气体发生装置：气体发生器——带支管的锥形瓶（加料口、橡皮塞）2、排液装置：储液瓶——带有玻璃瓶塞和伸至瓶底的导液管；瓶上刻度线标明容积约200ml的位置3、量液装置：液体量瓶——量瓶瓶颈上有110—130mL刻度线（可正确读出进入量瓶的液体体积）10.1测定1mol气体的体积•注意问题：1、硫酸应过量，保证镁全部反应。2、装置不能漏气，保证其气密性，应先检漏。3、生成氢气的体积应是液体量瓶的读数减去注入硫酸的体积。4、液体量瓶的读数范围是110—130mL，所以对生成的氢气的量有限制，过多或过少都测不出。装置使用原理：用针筒取硫酸，注入到气体发生器中与镁反应，产生的氢气将储液瓶中的品红溶液压入液体量瓶中。分析:这套装置在使用过程中应注意哪些问题？思考:测定气体体积要注意什么？•检查装置的气密性•测定体积时的温度和压强•换算成标准状况下的气体体积强调:没有对应的温度与压强的气体体积没有任何意义•实验前（放药品前）要首先检查装置的气密性；•记录测定气体体积时的温度；•确保测定气体体积时的温度与压强和当时的室温与大气压强相同，•即待气体冷却到室温时再读数；根据连通器原理确定所测得的气体体积处于1个大气压强。思考:测定气体体积要注意什么？保持量气管两边的液面相平，即所读的气体体积为1大气压时的气体体积1、装配实验装置，做好气密性检查气密性检查——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。实验步骤1、把气体发生器的橡皮塞塞紧，储液瓶内导管中液面上升，且上升的液柱在1min内不下降，可确认气密性良好。2、从气体发生器的橡皮塞处用注射器向其中诸如一定量的水，如果储液瓶内导管中的液面上升，且上升的液柱在1min内不下降，可确认装置气密性良好。3、从气体发生器的橡皮塞处用注射器抽出一定量的空气，如果储液瓶内导管口产生气泡，可确认装置气密性良好。4、用手捂气体发生器一段时间，如果储液瓶内导管中液面上升，手松开后，液面又恢复至原位置，可确认装置气密性良好。气密性检查（其他方法）：•注意问题：1、硫酸应过量，保证镁全部反应。2、装置不能漏气，保证其气密性，应先检漏。3、生成氢气的体积应是液体量瓶的读数减去注入硫酸的体积。4、液体量瓶的读数范围是110—130mL，所以对生成的氢气的量有限制，过多或过少都测不出。思考讨论：如果取稀硫酸10mL，且过量。假设标准状况下，金属镁的质量应控制在什么范围内？结果：（1）假设液体量瓶最大读数130mL，氢气体积130-10=120mL,消耗镁的质量(0.12/22.4)×24=0.1286g.（2）假设液体量瓶最小读数110mL，氢气体积110-10=100mL,消耗镁的质量(0.1/22.4)×24=0.1071g.镁的质量控制在0.1071—0.1286g之间。综合考虑温度和压强对气体体积的影响所以镁的质量控制在0.100—0.110g之间。2、一次称量（镁带）——用砂皮除去镁带表面氧化层，称二份所需的量，记录数据。※为什么要擦去镁表面的氧化膜？氧化镁与酸反应不产生H2，造成实验误差。3、两次加料（镁带、水）——在A瓶出气口处拆下胶管，使A瓶倾斜，取下A瓶加料口橡皮塞，用量筒加入约20mL水于A瓶中，再把已称量的镁带加到A瓶底部，用橡皮塞塞紧加料口。ABC※为什么要事先加入20ml的水？降低反应时硫酸的浓度※为什么在储液瓶里加入品红溶液？可以换成无色溶液吗？可以。但品红溶液便于观察。4、调正装置压强—第1次用注射器——用注射器从A瓶加料口处抽气，当B瓶中导管内液面和外液面持平时，可以确认装置内外压强基本一致，反应位于起始状态。5、加硫酸—第2次用注射器——用注射器在小烧杯中吸入10ml3mol/LH2SO4，移到A瓶加料口上方，将硫酸注入A瓶，注入后迅速拔出针头。观察现象，记录气体温度。※为什么用针筒加完稀硫酸后要迅速拔出？应怎样操作？避免H2从针筒处逸出。要捏住针头拔出，不要使针头和针筒脱离。6、读数（1）反应开始排出液体速度较快，后逐渐变慢，当目测A瓶中镁带几乎都反应完时，可用左手握住A瓶胶塞轻轻上下振荡，使少量气体尽可能逸出。当C瓶内插头口不再滴液时确认反应完成。ABC6、读数——第3次用注射器（2）用注射器从A瓶加料口处抽气，使B瓶中导管内外液面持平，读出注射器内气体体积数据bml。——即为B瓶导管内没有排出的液体量。ABC（3）读出C瓶中体积数。从C托盘中取出C瓶，读出液体量cml。注意：注射器及液体量瓶（C瓶）刻度最小分度均为0.5mL读数估计至0.2~0.3ml。及时将a、b、c三个体积读数记录在案，便于下步计算。※液体量瓶的读数就是氢气的体积吗？如果不是，那应该怎样计算？不是，※怎样正确地读取量液瓶的读数？读数时，视线与液体量瓶内液体凹液面的最低点相切即平视。氢气的体积=量瓶中液体体积—硫酸体积+抽出气体体积7、恢复装置起始状态——将C瓶中液体倒回B瓶中，补加少量品红溶液，使液面基本恢复到刻度线。将A瓶中反应液倒入废液缸，用水冲洗A瓶使之冷却，可以开始重复实验。8、完成实验报告实验误差（P-79）绝对误差100%实验值理论值理论值系统误差：=实验值-理论值相对误差来源于仪器或药品自身的误差偶然误差：来源于测定时的偶然因素，如温度的变化过失（测量）误差：来源于操作失误系统误差有专门的方法处理；偶然误差可用多次平行实验求平均值来减小；过失误差应由测定人的正确操作来消除。误差分析（1）反应后的温度高于室温（2）镁条表面的氧化膜未完全擦去（3）导管中残留液体体积（4）镁带中含有不与酸反应的杂质偏大偏小偏小偏小测定结果偏小，误差为负值；测定结果偏大，误差为正值。小结（1）气体质量测定主要有两种方法：一是量差法。即通过测定反应体系反应前后质量的差异，确定气体的质量（反应体系反应前的质量减反应后的质量即为气体质量）；另一种方法是利用所测气体的某些性质（如酸碱性或溶解性）、采用合适的吸收剂（如浓硫酸、碱石灰）和实验装置（如洗气瓶、干燥管）来吸收，通过测量吸收装置吸收前后质量差得到气体的质量。（2）对于气体体积的确定，一般也有两种方法：一是通过上述方法测其质量，再利用密度或气体摩尔体积进行换算；二是对于无法采用上述方法确定其质量的气体（如H2、O2、CO等），通常采用排水量气法测量它们的体积，根据排出的水的体积来确定气体的体积。[训练题]综合应用工业上测量SO2、N2、O2混合气体中SO2含量的装置如下图：反应管中装有碘的淀粉溶液。SO2和I2发生的反应为（N2、O2不与I2反应）：SO2＋I2＋2H2O→H2SO4＋2HI反应管中装有碘的淀粉溶液。（1）混合气体进入反应管后，量气管内增加的水的体积等于的体积（填写气体的分子式）。（2）反应管内溶液蓝色消失后，没有及时停止通气，则测得的SO2含量（选填：偏高,偏低，不受影响）。（3）反应管内的碘的淀粉溶液也可以用代替（填写物质名称）。（4）若碘溶液体积为VamL．，浓度为Cmol·L－1，N2与O2的体积为VbmL（已折算为标准状况下的体积）。用C、Va、Vb表示