电解法测定阿伏伽德罗常数及气体常数的误差分析
电解法测定阿伏伽德罗常数及气体常数的误差分析
完成日期：2016.10.22
作者:易平清
所在院系：工学院
一、 摘要
本文拟对电解法测定阿伏伽德罗常数及气体常数的实验中各个环节所产生的误差进行分析，找出哪个环节的系统误差对本实验的系统测量准确度影响最大。并且通过对本实验的误差分析，找到提高本实验方法系统测量准确度的可行方案，提高本实验的系统测量准确度。
二、 前言
在实验四中，实验室六个实验小组所测得的阿伏伽德罗常数和气体常数之间存在一定的差异，并且和标准的阿伏伽德罗常数及气体常数也存在一定的偏差。通过对该实验中各个环节所产生的系统误差进行深入分析，一方面可以找出导致同学们数据存在差异的原因，另一方面也可以找到减小实验中系统误差的方法，以此来提高本实验的系统测量准确度。
三、 内容
首先我们来分析实验中存在的方法误差。实验中是通过测量阳极产生的氧气的体积，经过一定的计算得到气体常数，由于氧气原本在水中就有一定的溶解度，在电解过程中产生的氧气气泡非常小，与水的接触面积较大，一定程度上也增大了氧气在水中的溶解度。而且在阴极上新生成的铜容易脱落，这一部分铜很难称量，也会导致一定的误差。由于氧气在水中的溶解度以及生成的铜脱落程度受很多方面影响，所以在这里不能给出准确的误差数据（19℃一个大气压下氧气在水中的溶解度不考虑气泡情况下为9.25mg/L若以此为标准计算的话，产生的相对误差约为6%。）。
同时，考虑到测量的仪器误差有：千分之一的电子秤仪器允差为0.001g ，测量铜片增重时产生的相对误差约为0.9%（就我们组数据而言）；200mA 的电流表仪器允差为0.5mA ，在测量电流时产生的相对误差约为0.26%；50mL 酸式滴定管的容量允差为0.05，测量氧气体积时产生的误差约为0.22%；实验中我们所使用的电子秒表，当其测量的时间大于或等于30min 时，测量准确度为1秒，故仅考虑仪器时测量时间时产生的相对误差约为0.06%。
其次，在实验的具体操作过程中，由于一些难以控制的因素，还会产生一定的偶然误差。考虑实验中对液柱高度h 的测量过程中对液面取量标准问题，不同的同学可能会有不同的取量标准，这也会对实验最后的数据产生一定的误差。而且考虑到不同的人的反应速度不一样，在停表和断电源之间可能会出现时间上的不统一，或者出现通电时间不足30min 或超过
30min 的情况，这里也会产生一定的偶然误差。
最后，综合上述实验中各个环节可能产生的系统误差分析，实验中所用到的测量仪器产生的误差都很小，最大的还没有超过1%，而且因为是由测量仪器本身引起的，难以避免，而方法误差中单纯的考虑氧气在水中的溶解度产生的相对误差就达到了6%上下，因此大致可以确定在本实验中测量氧气的体积这一环节所产生的系统误差决定了本实验的系统测量准确度。针对实验中方法误差过大的情况下，改进的最好办法为改变实验的设计，采用另一实验方案进行试验。经过查阅相关资料后1，建议采用电解稀硫酸的方案进行实验。这一方案中，阴极氢离子得电子变成氢气，而氢气在水中的溶解度约为0.16mg ，相较于氧气来说，溶解度小得多，相应的产生的误差也小得多；同时，阳极改为铜电极，铜电极在电解过程中失去电子，不会出现析出的铜脱落的情况下，但如果考虑铜片纯度的问题，因为两者都不能进行准确估计，大致认为两者产生的误差效果相当。总体比较来看，电解稀硫酸的实验方案误差更小，所以推荐的改进方案改为电解稀硫酸。
四、 结论
综合本实验中各个环节可能产生的系统误差分析， 大致可以确定在本实验中测量氧气的体积这一环节所产生的系统误差决定了本实验的系统测量准确度，改进方案推荐改为电解稀硫酸。
五、 参考文献
《阿伏加德罗常数测定实验探究》 杨锦等 《实验技术与管理》 第28卷 第三期2011年3月
《分析化学（第五版）》 武汉大学主编 高等教育出版社
六、 小组讨论分工
1《阿伏加德罗常数测定实验探究》 杨锦等 ——《实验技术与管理》 第28卷 第三期 2011年3月