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测量气体体积的方法

来源:未知作者:蒋景耘 点击:所属专题: 量气
测量气体体积是一项基本的实验技能,因此学生需要掌握正确的测量方法。测量方法可分为直接测量法和间接测量法两种。现结合有关试题加以说明。 ? 一、直接测量法 ? 直接测量法就是将气体通入带有刻度的容器中,直接读取气体的体积。根据所用测量仪器的不同,直接测量法可分

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    测量气体体积是一项基本的实验技能,因此学生需要掌握正确的测量方法。测量方法可分为直接测量法和间接测量法两种。现结合有关试题加以说明。
? 一、直接测量法
? 直接测量法就是将气体通入带有刻度的容器中,直接读取气体的体积。根据所用测量仪器的不同,直接测量法可分为倒置量筒法和滴定管法两种。
  1.倒置量筒法
  将装满液体(通常为水)的量筒倒放在盛有液体的水槽中,气体从下面通入,实验结束,即可读取气体的体积。1998年高考27题和2001年“3+2”高考20题均用到这一装置,现以2001年“3+2”高考20题为例说明。
  例1 某学生利用氯酸钾分解制氧气的反应测定氧气的摩尔质量,实验步骤如下:
  ①把适量的氯酸钾粉末和少量二氧化锰粉末混合均匀,放入干燥的试管中,准确称量,质量为ag。
  ②装好实验装置(如图1)。

测量气体体积的方法

图1 实验装置

  ③检验装置气密性。
  ④加热开始反应,直到产生一定量的气体。
  ⑤停止加热(如图,导管出口高于液面)。
  ⑥测量收集到气体的体积。
  ⑦准确称量试管和残留物的质量为bg。
  ⑧测量实验室的温度。
  ⑨把残留物倒入指定的容器中,洗净仪器,放回原处,把实验桌面收拾干净。
  ⑩处理实验数据,求出氧气的摩尔质量。
  回答下列问题:
  (1)如何检查装置的气密性?
  (2)以下是测量收集到气体体积必须包括的几个步骤:①调整量筒内外液面高度使之相同;②使试管和量筒内的气体都冷却至室温;③读取量筒内气体的体积。这三步操作的正确顺序是:________(请填写步骤代号)。
  (3)测量收集到的气体体积时,如何使量筒内外液面的高度相同?________。
  (4)如果实验中得到的氧气体积是cL(25℃、1.01×10Pa),水蒸气的影响忽略不计,氧气的摩尔质量的计算式为(含a、b、c,不必化简):M(O)=________。
  解析:这是一道集考查实验基本操作和化学计算于一体的试题。1995年和1997年的试测题都曾涉及过装置气密性的检查,学生对此并不陌生。要准确测量气体体积必须保持量筒内外气体的温度和压强相等,因此在读取量筒内气体的体积之前,应使试管和量筒内的气体都冷却至室温;再调节量筒内外液面高度使之相同。观察装置图可知,量筒内液面高于水槽液面,只要将量筒慢慢下移即可。O的摩尔质量可根据摩尔质量的定义求得。
  答案:(1)将导管的出口浸入水槽的水中,手握住试管,有气泡从导管口逸出,放开手后,有少量水进入导管,表明装置不漏气。
  (2)②①③
  (3)慢慢将量筒下移
  (4)[22.4L·mol-1×298K×(ag-bg)]/273K×cL)
  2.滴定管法
  将碱式滴定管的橡胶管及玻璃尖嘴去掉,用橡胶管将它与另一玻璃管连接组成连通器,向其中注入液体(通常为水)。用单孔橡皮塞把滴定管塞好,将其与制气装置连接。记下反应前滴定管中液面的读数,反应后再读取滴定管中液面的读数,其差值就是气体体积。此装置最早出现于1997年上海高考31题。现以此题为例加以分析。
  例2?某课外活动小组学生模拟呼吸面具中的原理(过氧化钠与潮湿二氧化碳反应),设计用图2仪器来制取氧气并测量氧气的体积。

测量气体体积的方法

测量气体体积的方法

图2 实验仪器及药品

  图2中量气装置E是由甲、乙两根玻璃管组成,它们用橡皮管连通,并装入适量水,甲管有刻度(0mL—50mL),供量气用;乙管可上下移动,以调节液面高低。
  实验室可供选用的药品还有:稀硫酸、盐酸、过氧化钠、碳酸钠、大理石、水。
  试回答:
  (1)上述装置的连接顺序是(填各接口的编号,其中连接胶管及夹持装置均省略)________。
  (2)装置C中放入的反应物是________和?________。?
  (3)装置A的作用是________,装置B的作用是________。
  (4)为了较准确地测量氧气的体积,除了必须检查整个装置的气密性之外,在读取反应前后甲管中液面的读数、求其差值的过程中,应注意________和________(填写字母编号)。
  a.视线与凹液面最低处相平
  b.等待片刻,待乙管中液面不再上升时,立刻读数
  c.读数时应上下移动乙管,使甲、乙两管液面相平
  d.读数时不一定使甲、乙两管液面相平
  解析:按照实验要求,装置应由发生、净化、制取、净化、量气五部分构成。根据装置特点和药品可判断出:装置C应为发生装置,A、B均应属于净化装置。为了较准确地测量氧气的体积,读数应在保证内外气压相等的条件下,按照规范操作进行。
  答案:(1)⑤③④⑥⑦②①⑧(⑥⑦顺序可对调)
  (2)大理石;盐酸
  (3)吸收混在O中未反应的CO;吸收CO中混有的HCl
  (4)a;c?
  二、间接测量法
  间接测量法是指利用气体将液体(通常为水)排出,通过测量所排出液体的体积从而得到气体体积的测量方法。常用的测量装置为:用导管连接的装满液体的广口瓶和空量筒。1994年高考29题所用装置就属于此类。
  例3?现有一定量含有NaO杂质的Na试样。请从图3中选出适当的实验装置,设计一个最简单的实验,测定Na试样的纯度(可供选用的反应物只有CaCO固体,6mol·L-1盐酸和蒸馏水)。

测量气体体积的方法

测量气体体积的方法

图3 实验仪器及药品

  请填写下列空白:
  (1)写出在实验中Na和NaO分别发生反应的化学方程式________。
  (2)应选用的装置是(只要求写出图3中装置的标号)________。
  (3)所选用装置的连接顺序应是(填各接口的字母;连接胶管省略)________。
  解析:此题考查了对实验方案的评价能力,Na、NaO二者性质的差异是解决问题的突破口。题目要求设计最简单实验,这决定了必须使用仪器最少且操作最简便,所以应选用HO作为反应物。
  答案:(1)2Na+2H测量气体体积的方法4NaOH+O
   ?NaO+H测量气体体积的方法2NaOH
  (2)⑤①④
  (3)(G)接(A) (B)接(F)
  无论是直接测量法还是间接测量法,准确读取液面是关键。在读数之前,必须保证气体的温度、压强均与外界相同。为此,应等所制备气体的温度与环境一致后,通过调节两端液面,到两端高度相同时再读取体积。

(责任编辑:化学自习室)
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