摩尔气体常数的测定
一、实验目的
1.了解一种测定摩尔气体常数的方法。

2.熟悉分压定律与气体状态方程的应用。

3.练习分析天平的使用与测量气体体积的操作。

二、实验原理
气体状态方程式的表达式为：pV ＝ nRT ＝
r
M m
RT (1)
式中： p ——气体的压力或分压（Pa ）
V ——气体体积（Ｌ）
n ——气体的物质的量（mol ） m ——气体的质量（g ） M r ——气体的摩尔质量(g·mol -1) T ——气体的温度（K ）；
R ——摩尔气体常数（文献值：8.31Pa·m 3·K -1·mol -1或J·K -1·mol -1）
可以看出，只要测定一定温度下给定气体的体积V 、压力p 与气体的物质的量n 或质量m ，即可求得R 的数值。

本实验利用金属(如Mg 、A1或Zn)与稀酸置换出氢气的反应，求取R 值。

例如：
Mg(s)* + 2H +(aq)* ＝ Mg 2+(aq) + H 2(g)* (2)
Δr H
m
298＝-466.85(kJ·
mol -1) [说明] * s ：表示固态（分子）； aq ：表示水合的离子（或分子）； g ：表示气态（分子）
将已精确称量的一定量镁与过量稀酸反应，用排水集气法收集氢气。

氢气的物质的量可根据式（2）由金属镁的质量求得：Mg
Mg H H H 2
22M m M m n =
=
由量气管可测出在实验温度与大气压力下，反应所产生的氢气体积。

由于量气管内所收集的氢气是被水蒸气所饱和的，根据分压定律，氢气的分压2H p ，应是混合气体的总压p （以100Kpa 计）与水蒸气分压O H 2p 之差：
O H H 22p p p -=
（3）
将所测得的各项数据代入式（1）可得：
T
n V
p p T
n V p R ⋅⋅-=
⋅⋅=2222H O H H H )(
三、实验用品
仪器：分析天平，称量纸（蜡光纸或硫酸纸），量筒(10mL)，漏斗，温度计(公用)，砂纸，测定摩尔气体常数的装置(量气管1，水准瓶2，试管，滴定管
夹，铁架，铁夹，铁夹座，铁圈，橡皮塞，橡皮管，玻璃导气管)，气压计(公用)，烧杯（100mL 、400mL ）
1量气管的容量不应小于
50mL ，读数可估计到0.01mL 或0.02mL 。

可用碱式滴定管代替。

2本实验中用短颈（或者长颈）漏斗代替水准瓶。

图1 摩尔气体常数测定装置
细砂纸等。

药品：硫酸H2SO4(3mo1·L-1)，镁条(纯)。

四、实验内容
1. 镁条称量
取两根镁条，用砂纸擦去其表面氧化膜，然后在分析天平上分别称出其质量，并用称量纸纸包好记下质量，待用(也可由实验室老师预备)。

镁条质量以0.0300～0.0400g为宜。

镁条质量若太小，会增大称量及测定的相对误差。

质量若太大，则产生的氢气体积可能超过量气管的容积而无法测量。

称量要
求准确至±0.0001g。

2. 仪器的装置和检查
按图1装置仪器。

注意应将铁圈装在滴定管夹的下方，以
便可以自由移动水准瓶（漏斗）。

打开量气管的橡皮塞，从水准
瓶注入自来水，使量气管内液面略低于刻度“0”(若液面过低或过
高，则会带来什么影响?)。

上下移动水准瓶，以赶尽附着于橡皮
管和量气管内壁的气泡，然后塞紧量气管的橡皮塞。

为了准确量取反应中产生的氢气体积，整个装置不能有泄漏之处。

检查
图2 镁条贴在试管壁上半部漏气的方法如下：塞紧装置中连接处的橡皮管，然后将水准瓶(漏斗)向下(或
向上)移动一段距离，使水准瓶内液面低于(或高于)量气管内液面。

若水准瓶位置固定后，量气管内液面仍不断下降(或上升)，表示装置漏气(为什么？)，则应检查各连接处是否严密(注意橡皮塞及导气管间连接是否紧密)。

务必使装置不再漏气，然后将水准瓶放回检漏前的位置。

3. 金属与稀酸反应前的准备
取下反应用试管，将4～5mL 3 mo1·L-1H2SO4溶液通过漏斗注入试管中(将漏斗移出试管时，不能让酸液沾在试管壁上！为什么？)。

稍稍倾斜试管，将已称好质量(勿忘记录)的镁条按压平整后蘸少许水贴在试管壁上部，如图2所示，确保镁条不与硫酸接触，然后小心固定试管，塞紧(旋转)橡皮塞(动作要轻缓，谨防镁条落入稀酸溶液中)。

再次检查装置是否漏气。

若不漏气，可调整水准瓶位置，使其液面与量气管内液面保持在同一水平面，然后读出量气管内液面的弯月面最低点读数。

要求读准至±0.01mL，并记下读数（为使液面读数尽量准确，可移动铁圈位置，设法使水准瓶与量气管位置尽量靠近）。

4. 氢气的发生、收集和体积的量度
松开铁夹，稍稍抬高试管底部，使稀硫酸与镁条接触（切勿使酸碰到橡皮塞）；待镁条落入稀酸溶液中后，再将试管恢复原位。

此时反应产生的氢气会使量气管内液面开始下降。

为了不使量气管内因气压增大而引起漏气，在液面下降的同时应慢慢向下移动水准瓶，使水准瓶内液面随量气管内液面一齐下降，直至反应结束，量气管内液面停止下降(此时能否读数？为什么？)。

待反应试管冷却至室温(约需10多分钟)，再次移动水准瓶，使其与量气管的液面处于同一水平面，读出并记录量气管内液面的位置。

每隔2～3min，再读数一次，直到读数不变为止。

记下最后的液面读数及此时的室温和大气压力。

从附表中查出相应于室温时水的饱和蒸气压。

打开试管口的橡皮塞，弃去试管内的溶液，洗净试管，并取另一份镁条重复进行一次实验。

记录实验结果。

五、数据记录与处理
实验编号 1 2
镁条质量m Mg/g
反应前量气管内液面的读数V1/mL
反应后量气管内液面的读数V2/mL
反应置换出H2的体积V=(V2-V1)×10-6/mL
室温T/K
分析产生误差的原因：
六、注意事项
1.将铁圈装在滴定管夹的下方，以便可以自由移动水准瓶（漏斗）。

2.橡皮塞与试管和量气管口要先试试合适后再塞紧，不能硬塞，防止管口塞烂；
3.从水准瓶注入自来水，使量气管内液面略低于刻度“0”
4.橡皮管内气泡排净标志：皮管内透明度均匀，无浅色块状部分；
5.气路通畅：试管和量气管间的橡皮管勿打折，保证通畅后再检查漏气或进行反应；
6.装H2SO4：长颈漏斗将H2SO4注入试管中，不能让酸液沾在试管壁上！
7.贴镁条：按压平整后蘸少许水贴在试管壁上部，确保镁条不与硫酸接触，然后小心固定试管，塞紧(旋转)椽皮塞，谨防镁条落入稀酸溶液中。

8.反应：检查不漏气后再反应（切勿使酸碰到橡皮塞）；
9.读数：调两液面处于同一水平面，冷至室温后读数（小数点后两位，单位:mL）
七、思考题
1.本实验中置换出的氢气的体积是如何量度的？为什么读数时必须使水准瓶内液面与量气管内液面
保持在同一水平面？
2.量气管内气体的体积是否等于置换出氢气的体积？量气管内气体的压力是否等于氢气的压力？为
什么？
3.试分析下列情况对实验结果有何影响：
（1）量气管(包括量气管与水准瓶相连接的橡皮管)内气泡未赶尽；
（2）镁条表面的氧化膜未擦净；
（3）固定镁条时，不小心使其与稀酸溶液有了接触；
（4）反应过程中，实验装置漏气；
（5）记录液面读数时，量气管内液面与水准瓶内液面不处于同一水平面；
（6）反应过程中，因量气管压入水准瓶中的水过多，造成水由水准瓶中溢出；
（7）反应完毕，未等试管冷却到室温即进行体积读数。