实验6 二氧化碳相对分子质量的测定

实验六 二氧化碳相对分子质量的测定

一、实验目的

1.了解气体相对密度法测定CO2气体相对分子质量的原理和方法； 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；学会气压记的使用技术。 4. 进一步巩固称量操作方法和掌握天平的使用。 5．了解误差的概念，学习实验结果误差的分析。 二、实验用品

仪器：启普发生器、洗气瓶、锥形瓶（250ml）、分析天平、台秤、气压计、量筒（100ml）、大烧杯

药品：浓硫酸、盐酸（6mol·L-1）、大理石（或石灰石）、NaHCO3（饱和） 材料：橡皮管、导气管、橡皮塞 三、基本操作

启普发生器

1、组成：葫芦状的玻璃容器，球形漏斗，带旋塞的导气管

2、原理：启普发生器用作不需加热、由块状固体与液体反应制取难溶性气体的发生装置。启普发生器常用于制取氢气、二氧化碳、硫化氢气体。启普发生器使用非常方便，使用时，只要打开活塞，酸即进入中间球内，与固体接触而产生气体。停止使用时，只要关闭活塞，气体就会把酸从中间球压入下球及球形漏斗内，使固体与酸不再接触而停止反应。可供较长时间反复使用。 3、使用方法

（1）装配——在球形漏斗颈部及旋塞处均应涂上凡士林 ，插好球形漏斗和玻璃旋塞，转动几次，使装配严密。

（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。在水面处做一记号，静置片刻，如水面不下降，证明不漏气，可以使用。

（3）加试剂——在葫芦状容器的狭窄处垫一些玻璃棉或橡皮套，再加入块状或较大颗粒的固体试剂，均匀置于球形漏斗颈的周围后，塞上带导气管的单孔塞。固体量不可太多，以不超过中间球体容积的1/3为宜。液体从球形漏斗中加入，直至进入容器后又刚好浸没固体试剂，此时关闭导气管上的旋塞待用。

（4）发生气体——使用时，打开活塞即可。停止使用时，关闭气体逸出导管的活塞，气体的压力使液体与固体分离即使反应停止发生；打开活塞，气体又重新产生。

（5）添加或更换试剂——可将启普发生器放置在实验桌边，使容器下部塞子朝外伸出桌边缘，下面用一容积大于球形漏斗的容器接好，再小心打开塞子，务必使液体流进承接容器，待快流尽液体时，可倾斜仪器使液体全部倒出，塞紧塞子后，方可重新加液。需要更换或添加固体时，可把装有玻璃活塞的橡皮塞取下，由中间圆球的侧口加入固体。 气压计

1、气压计工作原理

气压计是用来测量大气压的仪器。气压计的种类很多，这里介绍一种实验室中常用的福廷式气压计（见图6-1）。它是以水银柱平衡大气压力，水银柱的高度即表示大气压的大小。其主要结构是一根一端密封的玻璃管，里面装水银。开口的一端插入水银槽内，玻璃管顶部水银面以上的空室是真空。当拧松通气螺钉，大气压力就作用在水银槽内的水银面上，使玻璃管中的水银柱升高，水银柱高度即与大气压相平衡。拧转游标尺调节手柄使游标尺零线基面与玻璃管内水银柱弯月面相切，即 可进行读数。

当大气压发生变化时，玻璃管内水银柱的图6-2

高度与水银槽内水银液面的位置也发生相应的变化。由于在计算气压表的游标尺时已补偿了水银槽内水银液面的变化量，因而游标尺所示值经订正后，即为当时的大气压值。

附属温度表是用来测定玻璃管内水银柱和外管的温度，以便对气压计的示值进行温度校正。

2、气压计的观测按下列步骤进行：

（1）气压计必须垂直安装。旋转汞液面调节螺丝(7)，使皮囊(6)上方汞槽(3)内汞面与象牙针(5)恰好相接触。用手指轻敲外管，使玻璃管内水银柱的弯月面处于正常状态。

（2）转动游标尺调节手柄(4)，使游标尺(1)移到稍高于水银

图6-1 福廷式气压计

柱的位置。慢慢移下游标尺，使游标尺基面与水银柱弯月面顶端

刚好相切。

（3）在刻度标尺(2)上，读取游标尺零线以下最接近的毫米整数，再读游标尺上正好与刻度标尺上某一刻度相吻合的刻度线的数值，即为毫米读数的十分位小数。如图6-2所示气压即读作759.4mmHg(0℃时lmmHg 133．322Pa)。

（4）读取附属温度表的温度，准确到0.1℃。

水银气压计因受温度和纬度等影响，有一定的误差，当需要精密的气压数值时，则需做温度、器差、重力等项校正，但由于校正后的数值和气压表读数相差甚微，因此在通常情况下，可不进行校正。

（5）读数 在刻度标尺上，读取游标尺零线以下，最接近的毫巴整数（如963）在读游标尺上正好与刻度标尺上某一刻度相吻合的刻度线数值，即为毫巴读数的十分位小数，（如3），小数点后一位。计963.3hPa ，游标尺的零线在刻度标尺上的所指刻度，为大气压的整数部分。游标尺和刻度标尺相吻合的一点上，此游标尺刻度线上的数值，即为毫巴读数的小数部分。

四、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 ：

PAVA=

mA

RTMA

PBVB=

;

mB

RTMB

则

mAMA

=mBMB

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：

mCO2m空气

＝

MCO2M空气

MCO

2=

mCO2m空气

⨯29⋅0

式中一定体积(V)的二氧化碳气体质量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：

m空气＝

pV×29.0

RT

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。 五、实验内容

1、按图装配好实验装置仪器，

2、取一洁净干燥的锥形瓶，一个匹配的橡皮塞，在塞子上作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)的质量并精确至0.1mg。

3. 从启普发生器产生的二氧化碳气体，经过净化和干燥后，由导气管伸入锥形瓶底。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。

4. 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)5. 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。6.记下室温和大气压。 六、数据记录和结果处理 室温t/0C 大气压p/Pa _

（空气＋瓶＋塞）的质量(mc

（CO2＋瓶＋塞）的质量(mB) ； （水＋瓶＋塞）的质量(mC) mC-mA

瓶的容积V =1.000= m空气＝

P大气V⨯29.00

RT

=

瓶和塞子的质量二氧化碳的质量

mD=mA-m空气mCO2=mB-mD

MCO2

二氧化碳的相对分子质量

测定值－理论值

100

理论值相对误差%＝% （ 相对误差为±5%即可）

七、实验习题参考答案

1、略

2、答:(1) CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 +H2O （2）CuSO4溶液吸收H2S气 Cu2+ + H2S = CuS↓ + 2H+

（3）NaHCO3饱和溶液吸收酸雾

NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2↑+ H2O

（4）CaCl2(无水)吸收水气，变为CaCl2.6H2O 八、实验思考题

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．为什么装满二氧化碳的锥形瓶和塞子的质量要在分析天平上称量，而装满水的锥形瓶和塞子的质量则可以在台秤上称量？二者的要求有何不同？

3．为什么当充满二氧化碳的锥形瓶质量达到恒重时，即可认为已充满二氧化碳气体？