Question

已知理想氣體各參數(shù)p（壓強(qiáng)）、V（體積）、T（溫度）、n（物質(zhì)的量）滿足理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT。某學(xué)校課外活動(dòng)小組粗略測(cè)定理想氣體狀態(tài)方程中氣體常數(shù)R的值，下面是測(cè)定實(shí)驗(yàn)的分析報(bào)告，請(qǐng)?zhí)顚懹嘘P(guān)空白：

（一）測(cè)定原理：在理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT中，氣體常數(shù)R=pV/nT的數(shù)值可以通過實(shí)驗(yàn)來確定。本實(shí)驗(yàn)通過金屬鎂置換出鹽酸中的氫來測(cè)定R的值。其反應(yīng)為：

Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑

如果稱取一定質(zhì)量的鎂與過量的鹽酸反應(yīng)，則在一定溫度和壓力下，可以通過測(cè)出反應(yīng)放出氫氣的體積。實(shí)驗(yàn)室的溫度和壓力可以分別由溫度計(jì)和氣壓計(jì)測(cè)得。氫氣物質(zhì)的量可以通過反應(yīng)中鎂的質(zhì)量來求得。將以上所得各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入R= pV /nT式中，即可算出R值。

（二）實(shí)驗(yàn)用品及試劑：①儀器：托盤天平、測(cè)定氣體常數(shù)的裝置（如上圖所示）；②試劑：6mol·L^-1HCl、鎂條若干。

（三）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1．在托盤天平上稱出鎂條的質(zhì)量（稱量鎂條天平的游碼示數(shù)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(dòng)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(jiǎn)單有效）

                                                                              

                                                                                                                                                           。

5．如果裝置不漏氣，調(diào)整量氣管B的位置，使量氣管A內(nèi)水面與量氣管B 內(nèi)水面在同一水平面上（要求“在同一水平面上”的原因是                                   ；實(shí)現(xiàn)“在同一水平面上”的操作是                                                   ），然后準(zhǔn)確讀出量氣管A內(nèi)水面凹面最低點(diǎn)的讀數(shù)V₁（如右圖所示）。

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

7．記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)的室溫t和大氣壓P。（已知室溫為27℃，大氣壓為100kPa）

（四）數(shù)據(jù)記錄與處理（在橫線上填寫適當(dāng)內(nèi)容）：

鎂條的質(zhì)量	w=		g
氫氣的物質(zhì)的量	n=		mol
反應(yīng)前量氣管A內(nèi)讀數(shù)	V1=		ml
反應(yīng)后量氣管A內(nèi)讀數(shù)	V2=		ml
氫氣的體積	V		ml
室溫	T		K
大氣壓	P		Pa

氣體常數(shù)R的值（計(jì)算過程和結(jié)果）：

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

Answer 1

（三）4．提升B管，使B管內(nèi)液面高于A管，通過觀察A管內(nèi)液面是否下降可知是否漏氣，若A管內(nèi)液面不下降，則說明氣密性好；若A管內(nèi)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(nèi)外氣體壓強(qiáng)相等（均為大氣壓）；調(diào)節(jié)的方法是上下移動(dòng)B管即可。

6．下

（四）

鎂條的質(zhì)量	w=	0.15	g
氫氣的物質(zhì)的量	n=	0.00625	mol
反應(yīng)前量氣管A內(nèi)讀數(shù)	V1=	2.8	ml
反應(yīng)后量氣管A內(nèi)讀數(shù)	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(shù)R值的計(jì)算過程：

（五）①偏小   ②偏大

解析:

本試題的目的是用實(shí)驗(yàn)測(cè)定物理學(xué)中的理想氣體狀態(tài)方程中氣體常數(shù)R的數(shù)值，實(shí)驗(yàn)通過金屬鎂與鹽酸反應(yīng)置換出氫氣來測(cè)定R的值，顯然是一道理化實(shí)驗(yàn)綜合題。題目要求學(xué)生將物理知識(shí)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想有機(jī)結(jié)合，利用物理學(xué)中的壓強(qiáng)知識(shí)來準(zhǔn)確讀取量氣管的讀數(shù)值，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行有關(guān)的操作和數(shù)據(jù)的處理，試題的綜合度較強(qiáng)，對(duì)學(xué)生的能力要求較高。必須先弄清實(shí)驗(yàn)原理：稱取一定質(zhì)量的鎂與過量的鹽酸反應(yīng)，測(cè)出反應(yīng)放出氫氣的體積V。實(shí)驗(yàn)室的溫度T和壓力P可以分別由溫度計(jì)和氣壓計(jì)測(cè)得。氫氣物質(zhì)的量n可以通過反應(yīng)中鎂的質(zhì)量來求得。將以上所得各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入R= pV /nT式中，即可算出R值。檢查儀器是否漏氣的簡(jiǎn)單有效的方法：可以通過提升B管，使B管內(nèi)水柱有一定的壓強(qiáng)，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(diǎn)的數(shù)值時(shí)，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(nèi)外氣體壓強(qiáng)相等（均為大氣壓）。調(diào)節(jié)的方法是上下移動(dòng)B管即可。另外在讀數(shù)時(shí)，還必須將滴定管的讀數(shù)方法遷移至本題中的量氣管。0刻度在最上方，應(yīng)從上至下讀數(shù)。在讀取量氣管內(nèi)氣體體積V₁時(shí)，眼睛仰視讀數(shù)，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(jù)R= pV /nT可知，R的測(cè)定值偏低；若沒等反應(yīng)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(cè)定值偏高。