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
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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：
算出二氧化碳的相对分子质量。
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
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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WCO2（g）=
－1
11.CO2气体的相对分子质量（g·mol－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？
4.所谓‘恒重’的意义是什么？
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