二氧化碳相对分子质量的测定

实验一二氧化碳相对分子质量的测定
一、实验目的
1.学习启普发生器的工作原理和使用方法。

2.掌握气体的发生、净化等基本原理和操作方法。

3.学习理想气体状态方程式和阿伏加德罗定律。

4.学习水银气压计的使用方法。

二、知识介绍
1.气体的发生
根据气体的发生时反应物的状态以及反应条件有下列五种情况：
⑴s-s，△；⑵s-l，不△；⑶s-l，△；⑷l-l，不△；⑸l-l，△
在具体的实验中，根据不同情况选择不同的装置。

2.关于启普发生器
启普发生器是组合仪器，常称气体发生器，因由1862 年荷兰化学家启普发明而得名的。

要从以下几方面了解和掌握启普发生器：⑴构造；⑵反应物；⑶反应条件；⑷加入试剂方法；⑸工作原理；⑹检查气密性的方法；⑺更换试剂；⑻实验结束。

3.气体的净化
实验室制备的气体中，常含有酸雾、水汽、杂质气体等，为了得到纯净的气体必须进行气体的净化。

使用的仪器：洗气瓶、干燥塔、U形管、干燥管等。

这些仪器通过采购可以配备，但一般都是根据具体的实验利用支试管、锥形瓶、集气瓶等自制洗气装置。

干燥剂和干燥装置的选择：根据气体的酸性或碱性，氧化性或还原性等选择干燥剂；再根据干燥剂状态选择干燥装置。

净化一般规律：先除去气体中各种各类杂质，最后除去水汽。

4.检查气密性
气密性检验是气体发生中最重要的一步操作。

最简易的检测方法是空气热胀冷缩法，该方法有其优点和缺点，要根据具体发生装置选择不同的检验方法，如注水法、外接导管浸水法、滴定管压气法等。

5.气体收集方法
根据气体性质的不同，选择不同的收集方法。

6.验满方法（排空气取气法）
根据气体性质的不同，选择不同的验满方法。

7.动槽式水银气压计
动槽式（又名福丁式、福廷式）水银气压计由内管、外套管与水银槽三部分组成，在水银槽的上部有一象牙针，针尖位置即为度标尺的零点。

每次观测必须按要求将槽内水银面调至象牙针尖的位置上，注意游尺的读数方法及单位。

三、基本原理
理想气体状态方程式为：pV=nRT
根据阿伏加德罗定律，同温同压下，同体积的任何气体都含有相同数目的分子。

因此，在同温同压下，同体积的两种气体的质量之比，等于它们的相对分子质量之比。

根据pV=nRT，在同温同压下，同体积的两种气体的摩尔数相等，即：n1=n2
本实验是测定相同体积的二氧化碳和空气（平均相对分子质量M2为29.0）相比，则二氧化碳的相对分子质量（M1）为：
由上式可见，只要测定同体积的二氧化碳（W1）和空气的质量（W2），就计算出二氧化碳的相对分子质量。

我们在相同条件下，测定锥行瓶（带瓶塞）与二氧化碳的质量（m1）、锥行瓶（带瓶塞）与空气的质量（m2），则，二氧化碳的质量为：
W1=（m1－m2）+ W2
根据实验时测得的大气压和温度以及锥行瓶的容积，可以求出空气的质量（W2）：
现在就是锥行瓶的容积的确定，可将锥行瓶充满水（一定盖上瓶塞！）称量（m3），由于同体积的水和空气的质量相比，可以忽略不计，又由于水的密度为1，则水的质量数值就是锥行瓶的容积数值。

因此，最后可以测定二氧化碳的相对分子质量。

四、实验内容
1.CO2气体的制备与净化
CO2气体由HCl和CaCO3制取。

使用简易装置，用分液漏斗和锥形瓶组装。

制备反应式：CaCO3 + 2HCl == CaCl2 + CO2 + H2O
净化过程：
⑴1mol·L－1CuSO4：除去H2S，反应式：CuSO4 + H2S == CuS+ H2SO4
⑵1mol·L－1NaHCO3：除去HCl酸雾，反应式：NaHCO3 + 2HCl == NaCl+ CO2 + H2O
⑶浓H2SO4：除去水分。

2.测定
⑴称量150mL锥行瓶：锥行瓶要干燥、洁净，选择合适的橡皮塞，盖在锥形瓶上松紧度要适宜，并在塞子的侧面标一记号，以利于下面实验时固定塞子的位置。

在分析天平上称量质量。

⑵收集CO2：用排空气法收集净化后的CO2气体。

⑶称量收集CO2：在分析天平上称量收集CO2和锥行瓶（带塞）。

⑷重复②、③操作：两次称量的之差不要大于0.2mg。

⑸测量锥行瓶的容积：在锥行瓶内装满水，注意瓶塞的位置，在台秤上称量即可。

五、数据处理
1.室温t（k）= 273+x℃=
2.气压p（pa）= 示数（hpa）→=
3.空气、瓶、塞的总质量G1（g）=
4.第一次时，CO2、瓶、塞的总质量G2（g）=
5.第二次时，CO2、瓶、塞的总质量G3（g）=
6.CO2、瓶、塞的平均总质量G4（g）=
7.水、瓶、塞的总质量G5（g）=
8.瓶的容积V（m3）=
9.瓶内空气的质量W空气（g）=
10.CO2气体的质量W CO2（g）=
11.CO2气体的相对分子质量（g·－1mol－1）=
12.CO2气体的理论相对分子质量（g·moL－1）= 44.01
13.
六、存在的问题和注意事项
1.本实验用工业大理石代替纯试剂CaCO3制备CO2。

一是反应速度太快，难以控制；二是粉末状试剂在反应过程中极易产生泡沫随气体导出，增加净化的难度。

2.在纯化过程中，“水汽”——最后洗涤！
3.收集气体完毕，在验满后一定要轻轻拔出导管，以避免快速抽出时搅动气体而带出。

4.每次盖塞时一定注意塞子的位置（以标记为准！）。

5.确定锥形瓶的体积时，水里面不能有气泡。

在台秤称量时，要擦干外面的水滴。

6.本实验所使用的公式和定律，弄清它们之间的关系以及它们各自的单位。

容器体积(V)m3；大气压(p)Pa；水的密度1.00g·cm－3；摩尔气体常数(R)8.314 Pa·m3·k－1·mol－1
七、思考题
1.为什么用大理石代替纯试剂CaCO3制备CO2？
2.为什么称量二氧化碳时必须使用分析天平，而确定二氧化碳体积时使用台秤称量？
3.为什么计算瓶子的容积时可以忽略空气的质量，而计算二氧化碳气体的质量时却不能忽略？锥形瓶的重量远大于
空气的重量，应此计算锥形瓶的容量时，不考虑空气的重量，而CO2与空气一样是气体，重量接近，应此需要考虑空气的重量。

4.所谓‘恒重’的意义是什么？
1、为什么当（CO2 + 瓶 + 塞子）达到恒重时，即可认为锥形瓶中已充满CO2气体？
答：若未充满，两次CO2%不同，则不恒重。

2、为什么（CO2 + 瓶 + 塞子）的重量要在分析天平上称量，而（水+瓶+塞子）的重量可以在台秤称量？
答：若（CO2+瓶+塞子）的重量用台秤称量，只能准确到0.1g，以此计算CO2体积，误差很大，而（水 + 瓶 + 塞子）的重量在台秤上称量，体积误差只有0.1ml，相对误差很小，可忽略不计，在误差容许范围之内，所以（CO2 + 瓶 + 塞子）的重量要在天平上称量，而（水 + 瓶 + 塞子）的重量则可以在台秤上称量。

4、讨论CO2净化干燥的原理
答：因为制二氧化碳的药品是稀盐酸和石灰石。

石灰石含有硫，所以在制取过程中有硫化氢、酸雾、水汽产生。

硫酸铜的主要作用是除硫化氢，碳酸氢钠的主要作用是除酸雾，无水氯化钙与二氧化碳不反应，故可以用来做干燥剂。

5、本实验中，对CO2相对分子质量测定结果影响最大的是哪一个步骤？实验时应注意什么问题？
答：本实验的关键是要得到准确的（CO2 + 瓶 + 塞子）的重量。

要得到（CO2 + 瓶 + 塞子）的重量的准确数值，必须保证碘量瓶内充满纯的CO2气体。

①CO2气体收集之前必须经过净化和干燥；②CO2气体比空气重，收集时导管要插入碘量瓶的底部；③要有足够的收集时间，保证空气被排尽；④气体受热易膨胀，在塞上瓶塞前，避免用手直接拿碘量瓶的瓶身，以免CO2气体溢出。