上海市～格致中學～李厚平～常溫下測量1mol氫氣體積實驗裝置設計的研討(已修改)
2025-06-19 13:48 本頁面
【正文】 常溫下測量1 mol氫氣體積實驗裝置設計的研討李厚平上海市格致中學 200001摘 要 常溫下測量1mol氫氣體積的實驗原理為：Mg + H2SO4 MgSO4 + H2 ， 而常見的實驗裝置歸納起來有二種：一種為用量氣管直接讀取反應所產(chǎn)生氫氣體積數(shù)，另一種是用量筒來讀取反應產(chǎn)生的氫氣所排出水的體積數(shù)，再換算成氫氣體積數(shù)。在這些實驗中我們發(fā)現(xiàn)，實驗誤差都比較大，其主要原因是該實驗的化學反應是一個放熱反應，所產(chǎn)生氣體又是一種極易逸散的氫氣。針對以上問題，我們對常溫下測量1mol/L氫氣體積的實驗裝置和實驗操作步驟進行了設計和探究。關鍵詞 精密度、反應熱、系統(tǒng)可變因素一、 主要問題常溫下測量1mol氫氣體積的實驗原理為：Mg + H2SO4 MgSO4 + H2 ， 而常見的實驗裝置歸納起來有二種：一種為用量氣管直接讀取反應所產(chǎn)生氫氣體積數(shù)，另一種是用量筒來讀取反應產(chǎn)生的氫氣所排出水的體積數(shù)，再換算成氫氣體積數(shù)。在這些實驗中我們發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題：1． 實驗系統(tǒng)可變因素缺乏控制。2． 所做實驗的數(shù)據(jù)呈離散性（精密度較差）。3． 實測氣體體積與理論氫氣體積相比較存在較大誤差（準確度差）。二、 問題分析1． 實驗系統(tǒng)可變因素缺乏控制，表現(xiàn)在：（1）實驗反應機理上： Mg + H2SO4 MgSO4 + H2 在實驗中可理解為: 表1反應前實驗裝置內(nèi)狀態(tài): 反應后實驗裝置內(nèi)狀態(tài):Mg、H2SO4溶液及飽和蒸壓、V水汽 MgSO4與H2SO4混合溶液及飽和蒸壓、PT1 、V空氣1 V空氣2 、PTHV水汽2反應過程中實驗裝置內(nèi)： T2＞ T1 V空氣2 ＞V空氣1 V水汽2 ＞V水汽1 所以說實驗所測得的氣體體積讀數(shù)，實際上是混合氣體體積的讀數(shù)（以下同）。（2）反應熱的控制上：由于每個實驗所用的鎂帶質(zhì)量存有一定的差異，通過反應熱，最終由TV空氣V水汽混合溶液體積及混合溶液的飽和蒸壓體積，表現(xiàn)出實驗結果的差異性。（3）實驗裝置的氣密性上： 由于氫氣是一種極易逸散的氣體，對于用橡皮塞、乳膠管連接的實驗裝置中存放氫氣而做到氫氣不外溢是很難的，特別是在實驗裝置內(nèi)壓強大于實驗環(huán)境大氣壓的情況下做到氫氣不外溢就更難。且實驗裝置內(nèi)壓強越大氫氣外溢速度就越快。2． 所做實驗的數(shù)據(jù)呈離散性（精密度較差）產(chǎn)生原因：由二、1.(1)～(3)可知實驗系統(tǒng)可變因素未能有效控制是實驗的數(shù)據(jù)呈離散性的主要原因。3． 實測氣體體積與理論氫氣體積相比較存在較大誤差產(chǎn)生原因：除與上述二、還與分析天平稱量的準確性、鎂帶的純度、實驗環(huán)境等因素有關。三、 解決問題的方案提出1． 控制實驗系統(tǒng)可變因素。2． 減小實測氣體體積與理論氫氣體積間誤差。3． 使用常規(guī)儀器、減少試劑用量，降低實驗成本。四、 方案落實1． 確定基本實驗裝置。2． 確定基本操作步驟。3． 實驗數(shù)據(jù)的取得。4． 對實驗裝置、操作步驟進行可行性分析。5． 對實驗裝置、操作步驟的進一步改進及擴展思考。五、 方案實施過程1． 基本實驗裝置（以下稱本裝置）：見下圖圖2。U型氣壓計針筒玻璃三通小燒杯試管三孔像皮塞溫度計氣壓平衡開關刻度標尺水投料器冷卻水稀硫酸 圖1 實驗裝置
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