二氧化碳相对分子质量及测定.docx
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二氧化碳相对分子质量及测定
实验四二氧化碳相对分子质量的测定
一、实验目的
1.学习气体相对密度法测定分子量的原理和方法,加深理解理想气体状态方程式和阿佛加德罗定律;
2.学会大气压力计的使用;
3.巩固分析天平的使用;
4.了解启普发生器的构造和原理,掌握其使用方法,熟悉洗涤、干燥气体的装置。
二、实验原理
阿佛加德罗定律:
同T、P,同V的气体物质的量相等
理想气体状态方程式:
PV=nRT=mRT/M
对同T、P,同V的空气(air)和二氧化碳(CO2)有:
=
式中,m,M分别为空气(二氧化碳)的质量和相对分子质量
则,
[教学重点]
分析天平的使用
启普发生器的使用
分子量的测定和计算
[教学难点]
分析天平的称量操作
启普发生器的使用
[实验用品]
仪器:
台秤(电子称)、分析天平、启普发生器、洗气瓶、锥形瓶、干燥管
药品:
石灰石、无水CaCl2、6mol·L-1HCl、1mol·L-1NaHCO3、1mol·L-1CuSO4
材料:
玻璃棒、玻璃导管、橡皮塞(3、6、8~12号)、玻璃棉
[基本操作]
一、大气压力计的使用方法
1.首先观察附属温度计,记录温度;
2.调节水银槽中的水银面。
旋转调节螺旋使槽内水银面升高,这时利用水银槽后面白磁片的反光,可以看到水银面与象牙针的间隙,再调节螺旋至间隙恰好消失为止;
3.调节游标。
转动控制游标的螺旋,使游标的底部恰与水银柱凸面顶端相切;
4.读数方法。
读数标尺上的刻度单位为hPa。
整数部分的读法:
先看游标的零线在刻度标尺上的位置,如恰与标尺上某一刻度相吻合,则该刻度即为气压计读数。
例如,游标零线与标尺上1160相吻合,气压读数即为1161.0hPa,如果游标零线在1161与1162之间,则气压计读数的整数部分即为1161,再由游标确定小数部分。
小数部分的读法:
从游标上找出一根与标尺上某一刻度相吻合的刻度线,此游标读数即为小数部分,如1161.5hPa;
5.读数后转动气压计底部的调节螺旋,使水银面下降到与象牙针完全脱离;
6.做仪器误差、温度、海拔高度和纬度等项校正。
二、电子天平的使用
1.电子天平的使用精确度0.1mg(最大载荷200g)
(1)使用前观察天平仪是否水平,如不水平,用水平脚调整水平;
(2)接通电源,预热20~30min以获得稳定的工作温度;
(3)让秤盘空载并轻按“On”键,天平显示自检(所有字段闪现等),当天平回零时,就可以称量了;
(4)简单称量:
打开天平侧门,将样品放在秤盘上,关闭侧门,等到稳定指示符“。
”消失,读取称量结果;
(5)去皮称量:
将空容器放在秤盘上,显示其重量值。
轻按“→O/T←”键去皮。
向空容器中加料,并显示净重值(如将容器从天平上移去,去皮重量值会以负值显示,此值将一直保留到再次按“→O/T←”键或关机。
);
(6)称完,取下被称物,按一下OFF键,拔下电源插头,盖上防尘罩。
2.电子天平的使用规则与维护
(1)天平室应避免阳光照射,保持干燥,防止腐蚀性气体的侵袭。
天平应放在牢固的台上避免震动;
(2)天平箱内应保持清洁,要定期放置和更换吸湿变色干燥剂(硅胶),以保持干燥;
(3)称量物体不得超过天平的载荷;
(4)不得在天平上称量热的或散发腐蚀性气体的物质;
(5)开关天平要轻缓,以免震动损坏天平的刀口。
在天平开启(全开)状态严禁加减砝码和物体;
(6)使用电光分析天平加减砝码时,必须用镊子夹取,取下的砝码应放在砝码盒内的固定位置上,不能乱放,也不能够用其它天平的砝码;
(7)称量的样品,必须放在适当的容器中,不得直接放在天平盘上;
(8)称量完毕应将各部件恢复原位,关好天平门,罩上天平罩,切断电源。
并检查盒内砝码是否完整无缺和清洁,最后在天平使用登记本上写清使用情况。
三、启普发生器的构造与使用
构造:
葫芦状容器,球形漏斗,旋塞导管,塞子。
实验室中常常利用启普发生器制备H2、CO2、H2S等气体。
启普发生器不能受热,装在发生器内的固体必须是颗粒较大或块状的。
移动时,应用两手握住球体下部,切勿只握住球形漏斗,以免葫芦状容器落下而打碎。
使用:
1.装配:
在球形漏斗和玻璃旋塞磨口处涂一薄层凡士林油,插好球形漏斗和玻璃旋塞,转动几次,使其严密。
2.检查气密性:
开启旋塞,从球形漏斗口注水至充满半球体时,关闭旋塞。
继续加水,待水从漏斗管上升到漏斗球体内,停止加水。
在水面做记号,静置片刻,如水面不下降,证明不漏气,可以使用。
3.加试剂:
从导气管口加入固体试剂,从球形漏斗加入酸。
4.发生气体:
打开旋塞,固液接触产生气体;关闭旋塞,由于气体的压力使液体与固体分离,反应停止。
5.添加或更换试剂:
从下口排出废液,从从漏斗口添加液体;从导气管口加入固体。
6.结束后处理:
关闭旋塞,使反应停止,将废液倒入废液桶,固体倒出洗净回收,磨口部分垫上纸条。
三、实验内容
(一)CO2的制备及称量
1.按图搭好制取CO2的装置,检查气密性;(因石灰石中含有硫,所以在气体发生过程中有硫化氢、酸雾、水汽产生。
此时可通过硫酸铜溶液,碳酸氢钠溶液以及无水氯化钙除去硫化氢、酸雾和水汽。
)
2.称量:
锥形瓶+橡皮塞+空气(用笔在皮塞上做记号)的质量,台秤粗称,分析天平准确称量(称准至0.1mg),记为m1;
3.制备CO2气体并收集,检验是否收满(3~5min);
4.称量:
锥形瓶+橡皮塞+CO2的质量,分析天平准确称量,记为m2(重复两次取平均值);
5.称量:
锥形瓶+橡皮塞+H2O的质量,台秤粗称(称准至0.1g),记为m3。
(二)数据记录与处理
室温T=K气压P=Pa
m1(空气+瓶+塞子)=g
第一次称m2(CO2+瓶+塞子)=g
第二次称m2(CO2+瓶+塞子)=g
平均m2=g
m3(H2O+瓶+塞)=g
瓶子体积V=m3–m1/1.00=mL=m3
(这一步为近似计算,忽略了空气质量.)
瓶内空气的质量
mair=
=g
(瓶+塞)m4=m1-m空气=g
mCO2=m2-m4=g
MCO2=
×29.0=
(三)计算误差
绝对误差(E)=测定值(x)-真实值(xT)=
相对误差=
×100%=
误差越小(大),准确度越高(低);结果偏高(低),正(负)误差。
四、注意事项
1.气压计的正确读数;
2.电子天平的正确使用;
2.启普发生器中酸不可多装,以防酸过多把导气管口淹没;
3.碳酸钙不要加太多,占球体的1/3即可;
4.保持塞子塞入瓶中的体积相同。
五、问题讨论
1.为什么二氧化碳气体、瓶、塞的总质量要在分析天平上称量,而水+瓶+塞的质量可在台秤上称量?
两者的要求有何不同?
2.为什么橡皮塞塞入的位置要用笔做记号?
3.分析误差产生的原因?
4.哪些物质可用此法测定相对分子质量?
哪些不可以?
为什么?
由于气体密度一般比液体要低,导致相同体积下的质量相差很大。
在本题中,如果是万分之一分析天平的话,有可能会测出二氧化碳的质量,如果换成普通天平,瓶和塞得质量远大于气体的质量,很有可能将其省略(如百分之一天平)。
同理,水的密度较大,如果瓶的质量较大的情况下是可以在普通天平上称取得。
实验项目:
二氧化碳相对分子质量的测定
实验目的:
学习气体相对密度法测定相对分子质量的原理和方法。
加深
理解理想气体状态方程式和阿佛加德罗定律。
学习使用启普
气体发生器和熟悉洗涤、干燥气体的装置。
实验原理:
根据阿佛加德罗定律,在同温同压下,同体积的任何气体含
有相同数目的分子。
气体A:
pV=mART/MA
(1)
气体B:
pV=mBRT/MB
(2)
由
(1)、
(2)整理得:
mA/mB=MA/MB
应用上述结论,以同温同压下,同体积二氧化碳与空气相比较。
MCO2=29.0×mCO2/m空气
实验内容:
一、基本操作
1.启普气体发生器的安装和使用方法
装配—检查气密性—加试剂—发生气体—添加或更换试剂
2.气体的洗涤、干燥和收集方法。
3.气压计的使用。
二、二氧化碳相对分子质量的测定
1.装配实验装置
*启普气体发生器内应加玻璃棉。
*安装时应注意洗气瓶的进、出气口方向。
2.取一洁净而干燥的锥形瓶,并在分析天平上称量(空气+瓶+瓶
塞)的质量m1。
3.通二氧化碳(导管须插入瓶底),等4-5分钟后,轻轻取出导管,
塞好塞子在分析天平上称量(二氧化碳+瓶+瓶塞)的质量m2。
重复通二氧化碳和称量的操作,直至恒重。
(两次质量
可相差1-2mg)。
4.在瓶内装满水,塞好塞子,在台秤上准确称量m3。
5.记录室温和大气压。
1mb=100Pa
思考题:
为什么二氧化碳气体、瓶、塞的总质量要在分析天平上称量,
而水+瓶+塞的质量可以在台秤上称量?
实验4二氧化碳相对分子质量的测定
1. 实验目的
(1) 了解气体密度法测定气体相对分子质量的原理的方法;
(2) 了解气体的净化和干燥的原理和方法;
(3) 熟练掌握启普发生器的使用;
(4) 进一步掌握天平的使用。
2. 实验原理
根据阿伏伽德罗定律,同温同压下,同体积的任何气体含有相同数目的分子。
因此 ,在同温同压下,同体积的两种气体的质量之比等于它们的相对分子质量之比,即
M1/M2=W1/W2=d
其中:
M1和W1代表第一种气体的相对分子质量和质量;M2和 W2代表第二种气体的相对分子质量和质量;d(=W1/W2) 叫做第一种气体对第二种的相对密度。
本实验是把同体积的二氧化碳气体与空气(其平均相对分子质量为29.0)相比。
这样二氧化碳的相对分子质量可按下式计算:
M co2=Wco2×M空气/W空气=d空气×29.0
式中一定体积(V)的二氧化碳气体质量Wco2可直接从天平上称出。
根据实验时的大气压(p)和温度(t),利用理想气体状态方程式,可计算出同体积的空气的质量:
W空气=pV×29.0/RT
这样就求得了二氧化碳气体对空气的相对密度,从而测定二氧化碳气体的相对分子质量。
3. 实验仪器与试剂
启普发生器,洗气瓶 (2只),250mL锥形瓶,台秤,天平,温度计,气压计,橡皮管,橡皮塞等。
HCl (工业用,6mol·L-1),H2SO4 (工业用),饱和NaHCO3溶液,无水CaCl2,大理石等。
4. 实验步骤
按图连接好二氧化碳气体的发生和净化装置。
图
6.3.1 二氧化碳的发生和净化装置
1—大理石+稀盐酸;2—饱和NaHCO3;3—浓H2SO4;
4—无水CaCl2;5—收集器
取一个洁净而干燥的锥形瓶,选一个合适的橡皮塞塞入瓶口,在塞子上作一个记号,以固定塞子塞入瓶口的位置。
在天平上称出(空气+瓶+塞子)的质量。
从启普发生器产生的二氧化碳气体,通过饱和NaHCO3溶液、浓硫酸、无水氯化钙,经过净化和干燥后,导入锥形瓶内。
因为二氧化碳气体的相对密度大于空气,所以必须把导气管插入瓶底,才能把瓶内的空气赶尽。
2~3分钟后,用燃着的火柴在瓶口检查CO2已充满后,再慢慢取出导气管用塞子塞住瓶口(应注意塞子是否在原来塞入瓶口的位置上)。
在天平上称出(二氧化碳气体+瓶+塞子)的质量,重复通入二氧化碳气体和称量的操作,直到前后两次(二氧化碳气体+瓶+塞子)的质量相符为止(两次质量相差不超过1~2mg)。
这样做是为了保证瓶内的空气已完全被排出并充满了二氧化碳气体。
最后在瓶内装满水,塞好塞子(注意塞子的位置),在台秤上称重,精确至0.1g。
记下室温和大气压。
5. 数据记录和结果处理
室温t(℃)____,T(K) ____
气压p(Pa) ____
(空气+瓶+塞子)的质量A ____ g
(二氧化碳气体+瓶+塞子)的质量B____ g
(水+瓶+塞子)的质量C____ g
瓶的容积V=(C-A)/1.00____ ml
瓶内空气的质量W空气____ g
瓶和塞子的质量D=A-W空气____ g
二氧化碳气体的质量Wco2=B-D ____ g
二氧化碳的相对分子质量 Mco2____
Mco2Mco2(实)-Mco2( 理)(理)×100%= _______百分误差=
6.注意事项:
⑴ 实验室安全问题。
不得进行违规操作,有问题及时处理或向老师报告。
⑵ 分析天平的使用。
注意保护天平,防止发生错误的操作。
⑶ 启普发生器的正确使用。
⑷ 气体的净化与干燥操作。
7.思考题
(1) 在制备二氧化碳的装置中,能否把瓶2和瓶3倒过来装置?
为什么?
(2) 为什么(二氧化碳气体+瓶+塞子)的质量要在天平上称量,而(水+瓶+塞子)的质量则可以在台秤上称量?
两者的要求有何不同?
(3) 为什么在计算锥形瓶的容积时不考虑空气的质量,而在计算二氧化碳的质量时却要考虑空气的质量?
思考题答案:
1.不能。
因为瓶3中的浓硫酸主要是用来吸收水的,而瓶2中也有水,如果调换则2中产生的水未被吸收,会带入气体中导致实验失败。
2.这是因为二氧化碳气体的质量很小,在台秤上称量会因为精确度低而造成较大的误差,而水的质量相比较就大一些,在台秤上称量也不会造成很大的误差。
两者的要求不同就是对精确度要求不同。
3.这是因为空气的质量相对于瓶里的水的质量是很小的,在误差范围内可忽略不计,而空气的质量和二氧化碳的质量相差较小,如果忽略会导致很大的误差.
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