测量气体体积是实验室常见操作，也是一项基本的实验技能。量气法是指通过测量封闭体系中化学反应前后气体体积的变化，得到反应所产生的气体体积，再利用分压定律、连通器原理和理想气体状态方程以及相应定量关系计算得到待测值的一种实验方法。量气法具有实验原理简单、操作简便快捷、实用性强等特点，是常数测定和定量化学分析实验中常用的经典实验方法。

大学化学中经常利用此法测定一定温度压强下的气体摩尔体积、金属的摩尔质量、CaO₂含量分析等。

一、三大典型应用场景

在中学阶段，精确测量气体体积主要有以下三大典型应用场景：

1.计算混合物中某组分的纯度——如通过测量铜锌合金与稀硫酸的反应中产生H₂的体积来计算合金中锌的百分含量。装置如图1。

2.计算化学反应的速率——如通过测量不同浓度H₂SO₄与大小相同的锌粒产生相同体积氢气所需时间的长短来计算反应速率大小或比较浓度对反应速率的影响。装置如图2。(人教版高中化学选修4P₁₈实验2－1测量锌与硫酸反应速率)

3.进行某些物质分子结构的推断——如通过测量一定量无水乙醇与足量金属钠反应产生H₂的体积，再换算出H₂的物质的量，从而推断乙醇C₂H₆O的分子结构究竟是CH₃CH₂OH还是CH₃OCH₃。装置如图3

二、两类常见量气装置

依据测量气体体积方式的不同，将气体通入带刻度的容器中， 直接读取体积数据的方法叫直接量气法。如图1中的量气管C(搭配橡胶软管和水准管D组成整套量气装置)和图2中带刻度的针筒。

通过测量气体排出液体(通常是水)的体积来确定待测气体体积数据的方法叫间接量气法。如图3中短进长出的广口瓶和量筒组成的量气装置，还有如图4倒置的量筒等。

需要注意的是，导管需伸入量筒较长，这样便于量筒上下移动，调整量筒内外液面相平，防止气体逸出。

三、精确量气三大注意

测量气体体积是定量实验，而定量就要格外强调数据的精确，只有测量数据精确可信，才能做到最终待测物理量的精确测定。要精确测量气体体积，需关注以下注意事项。

1.消除系统误差。

(1)装置系统气密性好。

在涉及气体的装置系统中，不论由于气体毒性或污染从人体健康和环境保护方面考虑，还是由于装置漏气影响气体体积测量的精确度方面考虑，整套涉气装置都首先应该保证气密性要求。关于涉气装置的气密性检验方法，各种文献资料和教参资料着墨甚多，本文在此并不赘述。

(2)消除滴加液体影响。

以上测量气体体积的三大典型应用场景都属于“固＋液→气”的装置，由于从滴液漏斗中滴加液体反应物也会占据试管、锥形瓶和烧瓶的体积，即使反应不发生，也会将其中一部分气体排出，实际上都会造成测量结果偏大的影响。如何排除滴加液体影响呢？有三种方案可供参考。

方案1：利用Y型管的特殊构造，如图5装置，事先在A管中添加好固体反应物，在B管中添加好液体反应物，然后塞上单孔橡胶塞。反应时，倾斜B管将其中液体倒入A管即可，避免了由于从外部滴加液体对产生气体体积的影响。

方案2：用球形滴液漏斗向气体发生装置中滴加液体反应物，由于滴液漏斗上没有刻度，所以滴入气体发生装置的液体体积不明确，因此无从得知滴加液体对测量结果造成多大的影响。而如果改用如图6所示的注射器向具支试管中滴加液体反应物，就可以从注射器上的刻度精确得知滴入的液体体积，反应实际产生的气体体积V(气)=V(测)－V(液)，从而也消除了由于滴加液体反应物而引起的测量误差。

方案3：还可以将普通球形滴液漏斗按图7所示进行改装，或直接换成恒压滴液漏斗。这样可以保证滴液漏斗滴入蒸馏烧瓶中的液体体积等于进入滴液漏斗中气体的体积，从而消除由于滴加液体反应物而引起的测量误差。

2.减小随机误差。

随机误差也称为偶然误差，如室温、气压和相对湿度等环境条件的不稳定，实验人员操作的微小差异以及仪器的不稳定等都是随机误差产生的原因。随机误差的大小和正负都不固定，但多次测量就会发现，绝对值相同的正负随机误差 出现的概率大致相等，因此它们之间常能互相抵消。所以一 般通过增加平行测定的次数，取多次测量平均值的办法来减小随机误差，中学阶段一般平行测量3次取平均值。每次测量后读数还需注意以下两点：

(1)确保气体室温常压。

有些制气反应会放热(如图1中锌与稀硫酸置换氢气，图3中钠与乙醇置换氢气)，反应结束后需恢复到室温再测量气体体积。否则，由于热胀冷缩原理，测量气体体积会偏大。

利用物理上的连通器原理，为保证所测气体压强等于外界大气压，反应结束后需调整量气装置左右(图1、图3)或内外(图4)液面相平。否则，测量气体体积会偏大或偏小。

(2)确保视线与凹液面相平。

对于有刻度的仪器，在读数时都必须使视线和凹液面最低处相平。否则，读取数据也会偏大或偏小。此外，还要特别注意量气装置0刻度(量筒无0刻度)在上还是在下，以便具体问题具体分析，正确回答题目问到的误差分析。

3.寻找更优方案。

(1)优化装置细节。

气体易溶于水，还能采用间接量气法吗？

间接量气法要求气体难溶于水且不与水反应。对于如HCl、NH₃等极易溶于水的气体，如果还想采用间接量气法测体积，也不是不可以，只需要在量气筒中接触气体一侧的水面上滴加一层植物油。而对于如CO₂、Cl₂等可溶于水的气体，在误差允许的范围内，也可以在量气筒中加入饱和NaHCO₃溶液和饱和NaCl溶液从而降低其溶解度。

(2)另寻更优手段。

要测得化学反应中产生气体的物质的量，只有量体积这一种方法吗？答案自然是否定的，除了量体积，还可以测重量或者测浓度。

重量法是指将待测气体通过一个气体吸收装置，通过测量吸收装置前后质量的增量，从而计算出气体的质量。如用盛有足量澄清石灰水或AgNO₃溶液的洗气瓶可以完全吸收CO₂和HCl气体；用填有足量P₂O₅的干燥管可以吸收NH₃、H₂O等气体；还可利用装填活性MnO₂的U型管来吸收SO₂(脱硫体系的主要反应MnO₂＋SO₂=MnSO₄)等等。

随着科学技术的飞速发展，更加快速、精确、微型的数字化实验仪器应运而生。如数字化手持传感器技术已经在中学化学实验教学中得到广泛应用。例如，检测火柴头中的硫 元素含量，可以在如图8所示的装置中快速完成。连接好计算机、数据采集器、pH传感器和SO₂传感器，进入相关软件系统。点火装置点燃其中的火柴头后，可以直接在软件界面 看到SO₂浓度的动态变化。如果产生SO₂浓度过高，超过SO₂传感器量程，还可以轻轻振荡三颈瓶，让SO₂溶于水生成亚硫酸，再向其中加入两滴管3%双氧水，此时亚硫酸被双氧水氧化成了硫酸，溶液的pH值降至最低，读取此时的pH值数据，再根据关系式S~H₂SO₄~2H^＋即可求得火柴头中硫的百分含量。

四、精选例题两则

【例1】乙醇的分子式为C₂H₆O，根据碳四价、氧二价、氢一价的原则可以写出两种结构(I)和(域)。为了测定乙醇的结构式，利用量气法设计无水乙醇和钠反应的装置(如 图9)进行实验。在烧瓶中放入足量的钠，从分液漏斗中缓缓滴入一定量的乙醇，通过测量量筒中水的体积，就可知反应生成的氢气的体积。

(1)实验前检验该装置的气密性的实验操作是______________________。

(2)有人认为装置中有空气，所测的气体体积应扣除装置中空气的体积，才是氢气的体积，你认为_____(填“正确”或“不正确”)。

(3)如果实验开始前b导管内未充满水，则实验结果将______(填 “偏大”或“偏小”)。

(4)若测得有1.15g C₂H₆O参加反应，把量筒C中的水的体积换算成标准状况下H₂的体积为280mL，试结合计算和讨论，判断图10中(I)和 (Ⅱ)两式中，哪个正确______。

解析：(1)检查气密性，利用装置体系形成液封后的压强差(正压或负压)原理，即先关闭分液漏斗活塞，把导管插入液面下，然后手捂烧瓶，使装置内外压强不同，则看到有气泡冒出，松开手会看到导管液面上升，即证明气密性良好。

(2)原来装置中有空气，但反应后装置中仍有空气，故排出的气体的体积即为氢气的体积。

(3)如果实验开始前b导管内充满水，则量筒中排出的水的体积即为氢气的体积；而当导管中未充满水时，排到量筒中的水的体积偏小，则导致实验结果偏小。

(4)参加反应的乙醇的物质的量n(C₂H₆O)== 0.025mol，生成氢气的物质的量n(H₂) ==0.0125mol，即有2mol C₂H₆O～1mol H₂～2mol H，可知在C₂H₆O中能被钠置换的H原子只有1个，即有1个H原子与其他5个不同，故可知C₂H₆O的结构为(Ⅱ)。

答案：(1)连接好装置，关闭分流漏斗的活塞，将右侧导管插入水槽，微热烧瓶，右侧导管若有气泡冒出，移走热源后倒吸一段水柱并保持一段时间内高度不变，证明装置气密性良好。

(2)不正确；(3)偏小；(4)(Ⅱ)。

【例 2】氨基钠(NaNH₂)常用作有机合成促进剂，是合成维生素a的原料。某学习小组用如下装置，以NH₃和Na为原料加热至350~360℃制备氨基钠并检验其生成的产物和测定产品纯度。

制备时，通入的氨气过量待钠充分反应后，取m g产品，按如图装置进行实验(产品所含杂质仅为Na₂O)。用注射器向试管中缓慢加入V₀mL

H₂O至产品恰好完全反应，G中液面从刻度V₁变成V₂(已知V₂＞V₁，体积已换算成标准状况，单位mL，读取刻度时保持量气管两侧液面相平)，则产品的纯度为__________；若读取V₁时，G中液面低于漏斗侧液面，则所测得的纯度比实际产品纯度____________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。

解析：测量含少量杂质Na₂O的NaNH₂产品纯度，当注射器中H₂O滴入具支试管中，杂质Na₂O跟水发生反应Na₂O＋H₂O=2NaOH，不产生气体；而产品NaNH₂跟水发生反应 NaNH₂＋H₂O=NH₃↑＋NaOH，在浓碱性条件下NH₃逸出，通过测量NH₃的体积 (考虑到NH₃易溶于水，故量气管中液体为煤油)，求得NH₃的物质的量，最后根据NaNH₂~NH₃的关系式，求得产品中NaNH₂的纯度。

若读取V₁时，量气装置左低右高，设高度差为h，则量气管中气体压强P_气体=P_大气压＋ρgh，此时读取的V₁比实际值小，由产品纯度公式可知，所测得的产品纯度比

实际产品纯度偏高。

答案：，偏高。

化学是一门实验科学，化学实验具有发展学生科学思维、培养学生实验探究能力的作用。囿于各地区各学校实验条件的巨大差异，重视开展一些类似气体体积测量这样只借助简单玻璃仪器就能完成的经典实验就显得非常重要且必要。学生通过动手做实验，可以在“做”中“学”化学，利于理解化学的科学本质，因为很多化学原理、反应规律都是通过实验得到的结论。