摩尔气体常数的测定解读.docx

实验十六摩尔气体常数的测定一、 实验目的1、 了解分析天平的结构、计量性能，学习并掌握直接称量法；2、 学习测量气体体积的操作：装置的安装、检漏、量气管液面的观察与读数；3、 学习气体分压的概念；4、 学习误差的表示、数据的取舍、有效数字及其应用规划5、 学习用洗液洗涤特殊仪器二、 预习内容电子天平的使用及称量方法⑴使用步骤端坐在天平前，放置干燥器、烧杯等物的搪瓷盘放在天平的左边，实验报告本等 放在天平的右边查看天平水平仪，气泡是否在黑圈内，如不在黑圈内表示天平不水平，要通过水 平调节脚调至水平接通电源，预热60分钟后方可开启显示器进行操作使用称量前要用标准砝码校正天平轻按ON显示器键，等出现0.0000g称量模式后方可称量将称量物轻放在称盘上，关严天平门，这时显示器上数字不断变化，待数字稳定 并出现质量单位g后，即可读数，并记录称量结果称量结束后，取出称量物，按关闭键OFF检查天平内清洁与否，如有试样洒落， 一定要打扫干净关上天平门，罩好布罩，填写登记卡⑵称量方法直接称量法：对一些在空气中无吸湿性的试样或试剂，如金属或合金等可用直接 法称量称量时将试样放在干净而干燥的小表面皿上或油光纸上，一次称取一定 质量的试样。

先称出干燥洁净的表面皿或油光纸的质量，按去皮键TAR，显示 “0.0000”后，打开天平门，缓缓往表面皿中加入试样，当达到所需质量时停止 加样，关上天平门，显示平衡后即可记录所称试样的净质量差减称量法：如果试样是粉末或易吸湿的物质，则需把试样装在称量瓶内称量 倒出一份试样前后两次质量之差，即为该份试样的质量称量时，用纸条叠成宽度适中的两三层纸带，毛边朝下套在称量瓶上 左手拇指与食指拿住纸条，由天平的左门放在天平左盘的正中，取下纸带，称出 瓶和试样的质量然后左手仍用纸带把称量瓶从盘上取下，放在容器上方右手 用另一小纸片衬垫打开瓶盖，但勿使瓶盖离开容器上方慢慢倾斜瓶身至接近水 平，瓶底略低于瓶口，切勿使瓶底高于瓶口，以防试样冲出此时原在瓶底的试 样慢慢下移至接近瓶口在称量瓶口离容器上方约1cm处，用盖轻轻敲瓶口上部 使试样落入接受的容器内倒出试样后，把称量瓶轻轻竖起，同时用盖敲打瓶口 上部，使粘在瓶口的试样落下（或落入称量瓶或落入容器，所以倒出试样的手续 必须在容器口正上方进行）盖好瓶盖，放回天平盘上，称出其质量两次质量 之差，即为倒出的试样质量若不慎倒出的试样超过了所需的量，则应弃之重称。

如果接受的容器口较小（如锥形瓶等），也可以在瓶口上放一只洗净的小漏斗，将 试样倒入漏斗内，待称好试样后，用少量纯水将试样洗入容器内减量法称出称量瓶（装有试样）的质量后，按去皮键TAR，取出称量瓶向容器中敲 出一定量的试样（倒出试样的方法和注意事项与差减称量法相同），再将称量瓶放 在天平上称量，如果所示质量（是“-”号）达到要求范围，即可记录数据再按 去皮键TAR，称取第二份试样2、 洗液的使用洗液使用时应注意：被洗涤器皿不宜有水，以免洗液被冲稀而失效洗液可以反复使用，用后即倒回原瓶内当洗液的颜色由原来的深棕色变为绿色，即重铭酸钾被还原为硫酸铭时，洗液即 失效而不能使用洗液瓶的瓶塞要塞紧，以防洗液吸水而失效3、 误差和数据处理误差的分类在定量分析中，由各种原因造成的误差，按照性质可分为系统误差、偶 然误差和过失误差三类① 系统误差又称可测误差由于实验方法、所用仪器、试剂、实验条件 的控制以及实验者本身的一些主观因素造成的误差，称系统误差这类误差的性 质是：在多次测定中会重复出现；所有的测定或者都偏高，或者都偏低，即具有 单向性；由于误差来源于某一个固定的原因，因此，数值基本是恒定不变的。

② 偶然误差又称随机误差或未定误差是由一些偶然的原因造成的，例 如，测量时环境温度、气压的微小变化，都能造成误差这类误差的性质是：由 于来源于随机因素，因此，误差数值不定，且方向也不固定，有时为正误差，有 时为负误差这种误差在实验中无法避免从表面看，这类误差也无什么规律， 但若用统计的方法去研究，可以从多次测量的数据中找到它的规律性③ 过失误差这是由于实验工作者粗枝大叶，不按操作规程办事，过度疲 劳或情绪不好等原因造成的这类错误有时无法找到原因，但是完全可以避免准确度和精密度准确度准确度表示测定值与真实值接近的程度，表示测定的可靠性，常 用误差来表示，它分为绝对误差和相对误差两种绝对误差二X - X相对误差二(Xi-Xt)1 / X；X1OO%式中，X——测定值;X——真实值绝对误差表示测定值与真实值之间 的差，具有与测定值相同的量纲；相对误差表示绝对误差与真实值之比，一般用 百分率或千分率表示，无量纲绝对误差和相对误差都有正值和负值，正值表示 测定结果偏高，负值则反之精密度精密度表示各次测定结果相互接近的程度，表达了测定数据的再 现性，常用偏差来表示，分为绝对偏差和相对偏差两种绝对偏差二X- X平均相对偏差=(X「X平均)/'xioo%准确度和精密度是两个不同的概念，它们是实验结果好坏的主要标志。

在分析工作中，最终的要求是测定准确，要做到准确，首先要做到精密度好，没 有一定的精密度，也就很难谈得上准确但是，精密度高的不一定准确，这是由 于可能存在系统误差控制了偶然误差，就可以使测定的精密度好，只有同时校 正了系统误差，才能得到既精密又准确的分析结果精密度的量度一标准偏差个别数据的精密度是用绝对偏差或相对偏差 表示的对一系列测定数据的精密度则要用统计学上的方法来量度因为，即使 在相同条件下测得的一系列数据，也总会有一定的离散性，分散在总体平均值的 两端样本标准偏差(S)是统计学上用来表示数据的离散程度，也可用来表示精眼;*初3-1)密度的高低计算式如下：为了计算方便，也可用下面的等效式计算："（膑-'V ）/3T）=」1粉-源加—i i-L 尺 Vi-1由于标准偏差不考虑偏差的正、负号，同时又增强了大的偏差数据的作用，所以 能较好地反映测定数据的精密度三、 实验原理一定量的金属镁m(Mg)和过量的稀酸作用，产生一定量的氢气m(H)，在一定的温度(T)和压力(p)下，测定被置换的氢气体积V(H)根据分压定律，算出氢气… 2的分压：p (H2)= p - p (H2O)假定在实验条件下，氢气服从理想气体行为，可根据气态方程式计算出 摩尔气体常数R:R = p(H2)V(H2)X2.016/m(H2)T其中 m(H) = m(Mg)X 2.016 / A (Mg)，式中 A (Mg)为 Mg 的相对_, _. 一 __ 2 r r原子质量。

所以：R = p(H2)V(H2)Ar(Mg)/m(Mg)T四、 实验步骤1、 称镁条质量用砂纸清洁镁条，除去表面的氧化物与脏物，直至金属表面光亮无黑点准确称取镁条质量，并控制在80〜105mg将上面称的镁条用剪刀等分成3份，分别称准其质量每根镁条用小称量纸 包好，写上质量后保存2、 安装测定装置洗净漏斗、试管，洗液洗涤量气管；按图装配仪器，赶气泡3、 检漏把漏斗下移一段距离，并固定如量气管中液面稍稍下降后（约3-5min） 即 恒定，说明装置不漏气如装置漏气，检查原因，并改进装置，重复试验，直至 不漏气为止4、 测定用漏斗加5mL稀H SO到试管内（切勿使酸沾在试管壁上），用少量水沾镁条 于试管上部壁上调整漏斗高度，使量气管液面保持在略低于刻度“0”的位置， 塞紧磨口塞，检查是否漏气使量气管和漏斗内液面保持同一水平，读量气管液面的位置，记录抬高试 管底部，使镁条与酸接触同时降低漏斗位置，使两液面大体水平待试管冷却 至室温，保持两液面同一水平，记下液面位置稍等1〜2min再记录液面位置， 记下室温和大气压力用另两份已称量的镁条重复实验五、 数据记录与处理实验序号123镁条质量m（Mg）/g反应后量器管液面位置/mL反应前量器管液面位置/mL氢气体积V(H )/mL 2 室温T/K大气压p/PaT时的饱和水蒸气压p （H O）/Pa 2 氢气分压P (H )/Pa 2 摩尔气体常数RR （舍前） —平均 STR平均（舍后）准确度（R 测-R 理）/ R 理X100% 测 理 S-六、 思考题1、使用电子天平时，为什么要经常查看水平仪，确定天平是否水平；如不水平， 如何调节水平？答：因电子天平自重较轻，容易被碰撞移位，造成天平不水平。

如天平不水平称 量结果不准如气泡不在黑圈内，说明天平不水平调节时，眼睛在水平仪的上 方观察，一边旋转螺旋脚，一边观察气泡的移动，直到气泡在黑圈内2、 开启天平后，为什么要等出现称量模式：0.0000g后方可称量？答：出现称量模式0.0000g，表示对天平的显示器功能已检查完毕，天平可以使 用3、 电子天平显示屏上的数字不稳，可能的原因有哪些？答：预热时间不够；防风门未关或未关严，造成气流；天平工作台不稳定（有振动）；室温变化大；称量瓶烘干后未冷至室温；拿称量瓶的纸条不干燥；天平内的毛刷与称盘有轻微接触；称量物洒落在天平盘上后，未及时清理4、 称量前，应做哪些检查？答：检查称量物的温度与天平箱内温度是否相等，称量物外部是否清洁和干燥；查看水平仪，气泡是否在黑圈中；如不水平，调螺旋脚；检查天平底板上、称盘上是否清洁，如有洒落的试样，用刷子打扫干净5、哪些试样可以用直接称量法称量，如何称量?答： 对一些在空气中无吸湿性的试样或试剂，如金属或合金等，可用直接称量法称量轻按ON键(已预热60min的前提下)，等出现称量模式0.0000g后， 将50mL干燥、洁净的小烧杯放入称盘，待显示屏上数字稳定并出现质量单位g 后，即可读数记录。

6、怎样除去镁条表面的氧化物与脏物，如何判断已除净？如未除净对实验结果 有何影响？答：将砂纸对折夹住镁条，向一个方向拉，可砂去氧化物与脏物注意用力要均 匀，不要将镁条折断有时镁条表面不平，凹处脏物难以除去，可将镁条放在木 块上，集中擦凹处将砂过的镁条对光观察，如表面均呈金属光泽，无黑点，则表示氧化物与脏物已 除去此时用干净的纸夹住镁条，向一个方向拉，除去遗留的脏物如有氧化物或脏物，将使测定值R不准确7、 如何称量镁条？答：用直接称量法称镁条质量：⑴直接在天平盘上放入长镁条，称出其质量，记录⑵三等分镁条，分别称出小镁条质量，用小称量纸包好，写上镁条质量 将它们放在干燥的50mL小烧杯中备用8、 为什么要控制镁条的质量，如不合要求怎么办？答；⑴根据计算式：R=p (H2)X V (H2)X A, (Mg) / m (Mg)可知，当镁条质量太小时，称量误差、量气管读数误差所占的比例均增大，所以 实验中，要求每根镁条的质量〉25mg但又要求m(Mg)<35mg，因镁条质量大， V(H)也大，我们所用量气管的体积约在50mL，如超出了量气管的容量，将无法 测出反应后量气管的液面位置根据每根镁条的质量要求，可算出长的镁条质量 应控制在80〜105mg的范围。

⑵如长镁条的质量>105mg，则用剪刀剪去一部分(将剪下的部分还给 指导老师)如长镁条轻了，可另取镁条，处理后称量(或剪去部分镁条，使余 下的质量在50〜70mg，等分为两份。