气体常数
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2023年2月26日发(作者：作家排行榜)实验3置换法测定气体常数R
一、目的要求
1.了解光电分析天平的基本构造，性能及使用规则
2.练习测量气体体积的操作
3.掌握理想气体状态方程和分压定律的应用
二、基本原理
理想气体状态方程PV=nRT表示一定量理想气体的体积与压强的乘积与气
体的物质的量和它的绝对温度的积之比R是一个常数，即nT
PV
R
。因此对一定
量的气体，若在一定温度、压力条件下测出其体积就可求出R，本实验是测定铝
与稀盐酸反应产生的氢气的体积。
23
3262HAlClHClAl
即将一定重量（w）的铝片与过量的稀HCl作用，在一定的温度与压力条件
下，测出被置换的湿氢气的体积V，而氢气的物质的量可由铝片的重量算出，由
于氢气是在水面上收集的，故混有水蒸气，若查出实验温度下所得饱和蒸汽压，
就可由分压定律，算出氢气的分压：
OHH
OHH
Ppp
ppp
22
22
由2
H
P
、2
H
V
、2
H
n
、T等就可利用公式
Tn
VP
R
H
HH
2
22
求出R。
三、实验内容
1、在光电天平上称取两片已擦去表面氧化膜的
铝片，每片重约20-30毫克。
2、按图3-1把仪器装好，打开试管2的塞子由漏斗3往量气管1内装水至
略低于刻度“0”装置，上下移动漏斗以赶净胶管和量气管气壁的气泡，然后将
试管的塞子塞紧。
3、检查装置是否漏气，将漏斗向上或向下移动一段距离，使漏斗中水面低
于或高于量气管中的水面。固定漏斗位置，量气管中水面若不停移动，表示装置
漏气，应检查各连接处是否接好，重复操作直至不漏气为止。
4、取下试管，调整漏斗高度，使量气管水面略低于刻度0，然后用一小滴
甘油将铝片沾在试管内壁上部，用量筒量取5ml3mol/LHCl，把长颈漏斗插入
到试管中，将HCl由漏斗加入试管，尽量避免HCl沾在试管上与铝片作用。取
出漏斗装好试管，再检查装置是否漏气。如不漏气，调整漏斗位置，使量气管内
水面与漏斗内水面在同一水平面，记下量气管内液面的位置V1。
5、轻轻振荡试管，使铝片落入HCl中，铝片与HCl反应放出H2（如没有
反应，可稍微加热），大量的氢气进入量气管中，将管内的水压到漏斗中，为了
避免量气图3-1量气法测定装置
管中压力过大而造成漏气，在量气管内水平面下降的同
时，慢慢下移漏斗，使两者的水面基本保持相同水平，反应停止后，待试管冷却
至室温，移动漏斗，使其水面与量气管水面相平，读出反应后量气管内水面的精
确读数V2，1-2分钟，再记录一次液面位置，如二者相差太大，需重复操作，
至两次记录数据相差不超过0.01ml。
1．记录实验时的室温t与大气压P，并从附录中查出室温时水的饱和蒸
汽压OH
P
2
2．用另一铝片重复上述操作。
数据记录ⅠⅡ
铝片重量（g）
m
反应前量器管液面位置（ml）
V1
反应后量器管液面位置（ml）
V2
室温（℃）t
大气压（mmHg）
P
室温时水的饱和蒸汽压（mmHg）
PH2O
氢气的分压（P-PH2O）（mmHg）
PH2
氢气的摩尔数（mol）
nH2
气体常数R的数值
R
误差%
%100
R-R
%OH
2
R
││
误差
四、思考题
1、实验中测得氢气的体积V与相同温度、相同压力下等摩尔干燥气体的体积是
否相同？
2、检查实验装置否漏气的原理是什么？
3、讨论下列情况对实验结果有何影响：
（1）量气管中的气泡未赶净；
（2）反应过程中实验装置漏气；
（3）铝片表面有氧化膜；
（4）反应过程中，如果从量气管中压入漏斗的水过多而使水从漏斗中溢出。
4、在读取量器管中水面的读数时，为什么要使漏斗中的水面与量气管中的水面
相平？
5、造成本实验误差的原因是什么？那几步是关键操作？
6、如果利用易溶于水的气体来测定R值时，将需何种装置收集气体？
7、扩展实验，利用这套仪器还可以测哪些物理量？设计一方案。
五、实验前阅读材料
1．气体的产生、净化与干燥(p.25-26)
2.基本物理量及参数的测定（p.47-49）
阅读材料
附：气压计的使用
测量大气压的仪器叫气压计，气压计的种类较多，实验室常用的是Fortin（福
廷）式气压计，它是以水银柱平衡大气压力，水银柱的高度即表示大气压力的大
小。它是一根长90cm，一端封死并抽真空的玻璃管到插入与大气相同的水银槽
中而成，水银槽底为一根羚羊皮囊，转动其下面的调节螺旋就可以调节水银面的
高低。水银槽顶有一倒置的象牙针，其针尖是黄铜管上标尺刻度的零点，其铜管
都有刻度并开有长方形小窗，用来观察水银面，窗前有游标尺。读数时可按下列
步骤进行：
1、记下气压计上所附温度计的温度，准确的大气压数据需要进行温度校正；
2、缓慢旋转底部调节螺旋，使水银面和象牙尖刚接触；
3、转动游标尺调节螺旋，使游标尺高出汞面然后缓慢落下，直至游标尺下
沿与游标尺后面的金属片的下沿相重合且与玻管中水银弯月面相切，按游标尺零
点所对黄标尺刻度读出大气压的毫米整数部分，然后从游标尺上找一根正好与黄
铜游尺上某一刻度相吻合的刻度线，其数值就是毫米后小数部分的读数，然后再
从新读数一次。
气压计应垂直悬挂阴凉、通风、干燥、防震和无热辐射的地方。
气体的产生、净化、干燥与收集
一、气体的产生
实验室常用分解固体或者液体与固体作用等方法来制备少量的气体。用分解固体
的方法制备气体（如用氯酸钾分解制备氧气）用图2-20的装置。用液体与固体
反应制备气体的装置如图2-21的启普发生器（左），特别适合用来制备H2、CO2、
H2S等气体。启普发生器是由中间狭窄的球形玻璃容器和大的球形漏斗所组成，
二者以磨口相配合。容器的上半球有一侧口，用橡皮管与导气管相连接（气体出
口），下半球有一排液口（液体出口），球形漏斗上装有安全漏斗。固体试剂放在
中间圆球内，关闭活塞，从球形漏斗中将酸加入。使用时打开活塞，酸液自动下
将进入球内，与固体试剂接触而产生气体，停止使用时关闭活塞，产生的气体将
酸压入到球形漏斗，使酸与固体样品不再接触而停止反应，下次再用时，只需打
开活塞即可。
图2-20加热固体生成气体的装置图2-21固液反应产生气体的装置（左启
普发生器）
当固体样品颗粒很小或粉末状时，或者当反应须在加热情况下才能进行（如
Cl2的制备）时，不能使用启普发生器，可采用图2-21（中）的装置，固体装在
蒸馏瓶内，液体装在（衡压）漏斗中，使用时打开滴液漏斗的活塞，使液体滴在
固体上产生气体，液体不宜滴加过快过多，控制滴加速度，使气体不断的缓慢的
产生。
如是制备少量的气体，可以使用具有支口的试管，缺点是不易控制。
实验室中还经常利用气体钢瓶直接获得各种气体。气体钢瓶是特制的耐压钢
瓶，使用时通过减压器（气压表）有控制的将气体放出。钢瓶内压很大（有时高
达150atm以上），使用时应注意安全，操作要特别小心。
二、气体的干燥和净化
利用上述方法制取的气体常常带有水气、酸雾等杂质，因此对于气体纯度要
求较高的实验，在使用前必须进行净化和干燥，通常选用洗气瓶和干燥塔等仪器
（图2-22），配合特别的试剂达到净化和干燥的气体的目的。一般气体先用水洗
去酸雾（也可用玻璃棉），然后再通过浓硫酸（或无水氯化铜，硅胶等）除去水
汽，如CO2干燥就是采用的上法。H2的净化则要复杂一些，因为制备H2的原
料中含有As和S等杂质，故产生的H2中常夹杂H2S,AsH3等气体，常需要通过
KMnO4溶液和Pb(Ac)2溶液除去，最后才通过硫酸干燥。对于具有还原性、碱
性的气体（如H2S、NH3等）则不能用浓硫酸干燥。总之对于不同性质的气体
应根据其特性，采用不同的洗涤液和干燥剂进行处理。一般液体（如水、浓硫酸）
装在洗气瓶中，固体（如无水氯化钙、硅胶）装在干燥塔或U形管内。
表2-5常用气体干燥剂
气体常用干燥剂
H2、O2、N2、CO、CO2、
SO3
Cl2、HCl、H2S
NH3
HI、HBr
NO
H2SO4(浓)、CaCl2、P2O5
CaCl2
CaO(CaO+KOH)
CaI2、CaBr2
Ca(NO3)2
图2-22气体干燥装置（左洗气瓶，中干燥塔，右气体产生净化装置）
三、气体的收集（图2-23）
1．难溶于水的气体（如O2、H2等），可用排水集气法收集。
2．易溶于水且比空气轻者（如NH3），可用瓶口向下集气法收集。
3．易溶于水且比空气重者（如Cl2、CO2），可用瓶口向上排气集气法收
集。
图2-23气体的收集方法
（左排水集气法、中排气法收集轻气体、右排气法收集重气体）