常温下体积法测定氧气摩尔质量的实验设计(化学教学2015年第5期）.docVIP

常温下体积法测定氧气摩尔质量的实验设计 王发应　罗显中 刘玲 （金沙中学　贵州　金沙　551800） 摘要：为了使摩尔质量的教学从理性认识转变为感性认识，使学生通过实验真正地理解和掌握摩尔质量的概念及由来，我们充分利用玻璃注射器对压力应灵敏、刻度准确、气密性良好等特点使实验实现了一定程度的自动化法 关键词：摩尔质量的测定　自动化　一、问题的提出 二研究目的 为了解决问题， 三、实验方法 1、实验原理 双氧水在二氧化锰的催化作用下分解生成氧气。 通过网上查资料查到，标准状况（20℃，1atm）下g/L，水的密度为0.998g/㎝3。在同一条件下，g/cm3进行计算。 设常温常压下（实验时间为2014年10月16日下午17：30～18:30，实验条件为：98.8KPa，16℃），氧气的摩尔质量为M（g/mol），当用1mL3%的双氧水（）V(mL)，则有： 2H2O22H2O＋O2↑ 2×34　　　　　　 M 1mL×1.0g/mL×3% VmL×1.43g/L×10-3L/mL 3%M＝2×34×1.43×10-3V M=3.241V（g/mol）………………………① 上式说明，只要测得1mL溶质的质量分数为3%的双氧水在常温常压下完全分解后产生的氧气体积V，即可计算出氧气的摩尔质量。 但如何才能准确测定反应中所产生的O2的体积呢？通过《常温下气体摩尔体积的测定》［4］一文的研读，发现该方法可行，但文中所述实验方法是利用排水集气法收集并测量反应产生的O2体积，涉及到反应前后两次调节集气筒和集液筒中液面高度的操作，操作比较麻烦。为了简化实验操作，我们考虑到以下几个问题： （1）由于是通过测量体积而不是称质量来测定氧气的摩尔量，故无需考虑气体的纯度，则可以用排空气集气法来收集并测量氧气的体积，这样可以免去排水集气法收集并测量反应产生的O2体积中，调节集气筒和集液筒中液面高度的操作，从而简化实验操作； （2）由于笔者曾经使用并研究过玻璃注射器，非常了解其对压力的感应非常灵敏、刻度准确、而且气密性良好等特点，因此想到：如果将其与气体发生装置直接相连，则反应产生的气体会被自动收集到其中，又能较准确地读出气体体积，从而使该实验实现了一定程度的自动化，减少了人工操作步骤，进而能大大地简化实验操作； （3）为了缩短实验操作的时间，我们又还考虑连续实验中所需解决的废液和废气的排出问题。而在反应室底部设计废液出口，当进行下一次实验时，只需将玻璃注射器活塞归零，就能同时解决废液和废气的排出问题。 2、实验装置（如图1所示） 基于上述分析和思考，根据实验原理，我们设计了如图1所示的实验装置。 图示说明： ①支架（用装饰用铝塑板粘合而成） ②20mL医用玻璃注射器（用于收集并测量反应产生的O2体积。为了提高测量的精确度，我们用直尺测量其上两个最小刻度［1mL］之间的距离，直尺显示为3mm，于是打印了一张间距为1mm的纸条，帖在玻璃注射器的对应刻度上，从而将玻璃注射器的精确度提高到了0.33mL） ③注射用针头帽（将注射用针头的针管拨掉，用胶水将其粘在反应室侧壁上的孔中） ④5mL医用塑料注射器（用于抽取并添加液体反应物3%双氧水） ⑤橡皮塞（用于封闭反应室） ⑥反应室（用半截20mL医用塑料注射器制成，用作盛装反应的催化剂――块状或颗粒状的二氧化锰及反应容器） ⑦块状或颗粒状二氧化锰（将二氧化锰粉末与熟石膏按3：1或2：1的体积比混匀后加水调和晾干制成） ⑧废液出口管及开关（用一段输液管和止水夹组成） ⑨废液收集容器（半截空药瓶制成） 3、实验步骤 （1）检查气密性。如图1所示，打开废液出口开关，拉动5mL注射器活塞抽入一定量空气，关闭废液出口开关，推、拉5mL注射器活塞活塞，如果20mL注射器活塞移动的示数与5mL注射器相同，表明装置气密性良好，就可以用来做实验了。否则应用水将橡皮塞外沿和玻璃注射器内壁润湿后插回原位旋紧，然后重复上述操作，直至两注射器活塞移动的示数相同为止，才能进行实验。 （2）实验操作 ①实验准备。取下反应室口橡皮塞，加入适量二氧化锰颗粒，重新塞好橡皮塞；然后取下5mL注射器筒抽取4－5mL3%标准浓度的双氧水，插回原位。 ②制取并收集氧气 打开废液出口开关，将20mL注射器活塞归零，关闭废液出口开关，推动5mL注射器活塞，向反应室中注入1mL3%双氧水标准溶液。在二氧化锰的催化作用下，双氧水分解生成氧气，随着反应进行的的同时，玻璃注射器活塞在产生的氧气形成的压力下慢慢向外移动。待反应室中不再产生气泡，恢复至室温，读取收集到的氧气的体积，同时从气压计中读取此时的大气压和室温，记录在表一中。重复这一步操作三到四次。将几次实验测得的氧气体积的平均值减去加入的双氧水的体积（因为加入的双氧水排出的空气也会进入玻璃注射器）代入①