Question

已知理想氣體各參數p（壓強）、V（體積）、T（溫度）、n（物質的量）滿足理想氣體狀態方程pV=nRT。某學校課外活動小組粗略測定理想氣體狀態方程中氣體常數R的值，下面是測定實驗的分析報告，請填寫有關空白：

（一）測定原理：在理想氣體狀態方程pV=nRT中，氣體常數R=pV/nT的數值可以通過實驗來確定。本實驗通過金屬鎂置換出鹽酸中的氫來測定R的值。其反應為：

Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑

如果稱取一定質量的鎂與過量的鹽酸反應，則在一定溫度和壓力下，可以通過測出反應放出氫氣的體積。實驗室的溫度和壓力可以分別由溫度計和氣壓計測得。氫氣物質的量可以通過反應中鎂的質量來求得。將以上所得各項數據代入R= pV /nT式中，即可算出R值。

（二）實驗用品及試劑：①儀器：托盤天平、測定氣體常數的裝置（如上圖所示）；②試劑：6mol·L^-1HCl、鎂條若干。

（三）實驗內容：

1．在托盤天平上稱出鎂條的質量（稱量鎂條天平的游碼示數如右圖所示，未用砝碼，單位為g）；

2．按上圖搭好儀器。取下試管，移動量氣管B，使量氣管A中的水面略低于零刻度線，然后將量氣管B固定。

3．在試管中加入15mL 6 mol·L^-1HCl，不要使鹽酸沾濕試管的上半部。將已稱重的鎂沾少許水，貼在試管上部不與鹽酸接觸。

4．檢查儀器是否漏氣，方法如下：（方法要求簡單有效）

                                                                              

                                                                                                                                                           。

5．如果裝置不漏氣，調整量氣管B的位置，使量氣管A內水面與量氣管B 內水面在同一水平面上（要求“在同一水平面上”的原因是                                   ；實現“在同一水平面上”的操作是                                                   ），然后準確讀出量氣管A內水面凹面最低點的讀數V₁（如右圖所示）。

6．輕輕搖動試管，使鎂條落入鹽酸中，鎂條與鹽酸反應放出氫氣。此時量氣管A內水面即開始下降。為了不使量氣管A內氣壓增大而造成漏氣，在量氣管A內水面下降的同時，慢慢    （上或下）移量氣管B，使兩管內的水面基本保持水平。反應停止后，待試管冷卻至室溫（約10分鐘），移動量氣管B，使兩管內的水面相平，讀出反應后量氣管A內的精確讀數V₂（如右圖所示）。

7．記錄實驗時的室溫t和大氣壓P。（已知室溫為27℃，大氣壓為100kPa）

（四）數據記錄與處理（在橫線上填寫適當內容）：

鎂條的質量	w=		g
氫氣的物質的量	n=		mol
反應前量氣管A內讀數	V1=		ml
反應后量氣管A內讀數	V2=		ml
氫氣的體積	V		ml
室溫	T		K
大氣壓	P		Pa

氣體常數R的值（計算過程和結果）：

（五）問題與討論：①在讀取量氣管內氣體體積V₁時，眼睛仰視讀數，結果造成R的測定值          （偏高、偏低或無影響）；②若沒等反應試管冷卻到室溫就量取液面的高度，結果造成R的測定值          （偏高、偏低或無影響）。

Answer 1

（三）4．提升B管，使B管內液面高于A管，通過觀察A管內液面是否下降可知是否漏氣，若A管內液面不下降，則說明氣密性好；若A管內液面下降，則說明裝置漏氣。

5．使A、B兩管中液面在同一水平面上的原因是使內外氣體壓強相等（均為大氣壓）；調節的方法是上下移動B管即可。

6．下

（四）

鎂條的質量	w=	0.15	g
氫氣的物質的量	n=	0.00625	mol
反應前量氣管A內讀數	V1=	2.8	ml
反應后量氣管A內讀數	V2=	158.8	ml
氫氣的體積	V	156	ml
室溫	T	300	K
大氣壓	P	1×105	Pa

氣體常數R值的計算過程：

（五）①偏小   ②偏大

解析:

本試題的目的是用實驗測定物理學中的理想氣體狀態方程中氣體常數R的數值，實驗通過金屬鎂與鹽酸反應置換出氫氣來測定R的值，顯然是一道理化實驗綜合題。題目要求學生將物理知識和化學實驗設計的思想有機結合，利用物理學中的壓強知識來準確讀取量氣管的讀數值，并根據實驗要求進行有關的操作和數據的處理，試題的綜合度較強，對學生的能力要求較高。必須先弄清實驗原理：稱取一定質量的鎂與過量的鹽酸反應，測出反應放出氫氣的體積V。實驗室的溫度T和壓力P可以分別由溫度計和氣壓計測得。氫氣物質的量n可以通過反應中鎂的質量來求得。將以上所得各項數據代入R= pV /nT式中，即可算出R值。檢查儀器是否漏氣的簡單有效的方法：可以通過提升B管，使B管內水柱有一定的壓強，通過觀察液面是否下降可知是否漏氣。讀取量氣管中液面最低點的數值時，必須使A、B兩管中液面在同一水平面上，只有這樣，才能是內外氣體壓強相等（均為大氣壓）。調節的方法是上下移動B管即可。另外在讀數時，還必須將滴定管的讀數方法遷移至本題中的量氣管。0刻度在最上方，應從上至下讀數。在讀取量氣管內氣體體積V₁時，眼睛仰視讀數，造成V₁值偏大，在其它操作無誤的情況下，氫氣的體積V₂—V₁的值偏小，根據R= pV /nT可知，R的測定值偏低；若沒等反應試管冷卻到室溫就量取液面的高度，造成V₂值偏大，氫氣的體積V₂—V₁的值偏大，R的測定值偏高。