摩尔气体常数

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·m3·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)*＝Mg2+(aq)+H

2

(g)*(2)

ΔrH



m298

＝-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

2

2M

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

2

H

p

，应是混合气体的总压p（以100Kpa计）与水蒸气分压

OH

2

p

之差：

OHH

22

ppp

（3）

将所测得的各项数据代入式（1）可得：

Tn

Vpp

Tn

Vp

R













2

2

2

2

H

OH

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H

2

SO

4

(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

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4～5mL3mo1·L-1H

2

SO

4

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12

镁条质量m

Mg

/g

反应前量气管内液面的读数V

1

/mL

反应后量气管内液面的读数V

2

/mL

反应置换出H

2

的体积V=(V

2

-V

1

)×10-6/mL

室温T/K

图2镁条贴在试管壁上半部

大气压力p/Pa

室温时水的饱和蒸气压

OH

2

p

/Pa

氢气的分压)(

OHH

22

ppp/Pa

氢气的物质的量

Mg

Mg

H

2M

m

n

/mol

摩尔气体常数R=

Tn

Vp





2

2

H

H

/(J·K-1·mol-1)

R的实验平均值=

2

21

RR

/(J·K-1·mol-1)

相对误差（RE）=

文献值

文献值

实验值

R

RR

×100%

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H

2

SO

4

：长颈漏斗将H

2

SO

4

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。