_二氧化碳相对分子质量的测定

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 = m RT/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1161.0 hPa，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1161.5 hPa；

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0.1 mg (最大载荷200 g)

（2）接通电源，预热20~30 min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

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0.1 mg)，记为m1；

3．制备CO2气体并收集，检验是否收满(3～5 min)；

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0.1 g)，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

m air= = g

(瓶+塞)m4= m1- m空气= g

m CO2= m2- m4= g

M CO2 = ×29.0 =

（三）计算误差

绝对误差(E)=测定值(x) -真实值(x T) =

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 = m A RT/M A (1)

气体B：pV = m B RT/M B (2)

由（1）、（2）整理得：m A /m B = M A / M B

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。

M CO2 = 29.0×m CO2/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.