实验项目 二氧化碳的制备及其相对分子质量的测定

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1、实验项目二氧化碳的制备及其相对分子质量的测定二氧化碳（CO2）为空气中常见化合物之一，被认为是造成温室效应的主要来源。常温下CO2是一种无色无味气体，密度略大于空气，能溶于水，并生成碳酸。液态CO2和超临界CO2均可作为溶剂，其超临界比液体状态具有更高的溶解性（具有与液体相近的密度和高溶解性，并兼备气体的低粘度和高渗透力）。液体CO2可作为织物的清洗剂，洗涤后液体CO2可通过减压变成气体很容易和织物分离，完全省去了用传统溶剂清洗带来的复杂后处理过程。液态CO2蒸发时会吸收大量的热，当它释放大量的热则凝成固体CO2，俗称干冰。干冰的使用范围很广，在食品、卫

2、生、工业、餐饮及人工降雨等领域都有应用。本实验由大理石和稀盐酸在启普气体发生器中反应制得二氧化碳，然后根据阿伏伽德罗定律的基本原理测定其相对分子质量。一、实验目的1.学习气体相对密度法测定相对分子质量的原理和方法。2.加深理解理想气体状态方程式和阿佛加德罗定律。3.巩固启普气体发生器的使用，熟练掌握气体的发生、净化、干燥和收集等基本操作。二、实验原理阿伏伽德罗定律：同温、同压、同体积的气体含相同的分子数，即摩尔数相同。根据阿伏伽德罗定律，对于p、V、T相同的A、B两种气体，若以mA、mB分别代表体积的A、B两种气体的质量，MA、MB分别代表A、B两种气体

3、的相对分子质量。其理想气体状态方程式分别为：对于气体A:pV=mA/MART对于气体B:pV=mB/MBRT由以上两式整理得：mA/mB=MA/MB通过上式可知，利用相同温度、体积、压强下的二氧化碳质量（mCO2）、空气质量m空气和已知的空气平均相对分子质量可计算出二氧化碳的相对分子质量（MCO2）。先根据实验时测得的大气压（p）和室温（T）由理想气体状态方程计算得到体积为V的空气质量m空气，再利用实验测得的（CO2+瓶+塞）的平均总质量及（空气+瓶+塞）的总质量G1（g）差值即mCO2﹣m空气，计算得到同体积的二氧化碳气体质量mCO2。最后利用公式求得

4、MCO2。其中29.0为空气的平均相对分子质量。二氧化碳的制备CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O大理石中含有硫，所以在气体发生过程中会有硫化氢、酸雾、水汽产。因此，将产生的气体依次通过装有硫酸铜溶液、碳酸氢钠溶液的洗气瓶和装有无水氯化钙的干燥管可分别除去H2S气体、酸雾和水汽。最后收集得到纯净干燥的二氧化碳气体，经称重、计算得二氧化碳相对分子质量。三、仪器与试剂仪器：启普发生器，洗气瓶（2个），分析天平，干燥管，碘量瓶，玻璃管，台秤，烧杯等。试剂：石灰石，无水CaCl2，NaHCO3(1mol.L-1)，CuSO4(1mol.L-1)。四、

5、实验步骤1.装配仪器并检查其气密性检查启普发生器的气密性后，按图装配仪器(从左到右)，再检查整体装置的气密性。图11.1CO2气体发生装置2.加装试剂按要求在启普发生器中加入适量大理石和稀HCl（6mol.L-1），盐酸体积不宜超过漏斗的球形细颈处，向前后两洗气瓶中分别加入CuSO4（1mol.L-1）和NaHCO3（1mol.L-1），最后在干燥管内加入无水CaCl2。3.称量空瓶质量取一洁净而干燥的碘量瓶[1]，塞紧塞子，并在分析天平上称量（空气+瓶+塞）的总质量G1（g）。4.气体制备、收集缓慢打开启普发生器旋塞，控制好反应速度，气体经过净化、干燥

6、后，将导气管伸入碘量瓶中，收集4-5min后，用点燃的火柴靠近瓶口（略微低于瓶口），如果火柴熄灭，说明气体已收集满[2]。5.称量碘量瓶和二氧化碳的总质量缓慢取出导气管，用塞子塞紧瓶口，称量充满CO2的容器的总质量（CO2+瓶+塞）（g）。6.重复步骤4、5，直到碘量瓶和二氧化碳的总质量与上次称量的质量相差不大于2mg时为止，记下最后两次称量的质量G2、G3。7.最后在瓶内装满水，塞紧塞子，在台秤上称重G5，并测得实验时室温和大气压。五、数据记录和处理：1.室温T（K）=273+t℃=2.气压p（pa）=3.（空气+瓶+塞）的总质量G1（g）=4.第一次

7、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=9.瓶内空气的质量W空气（g）=10.CO2气体的质量WCO2（g）=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）=44.0113.七、思考题1.为什么用石灰石代替纯试剂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

8、的质量，而计算二氧化碳气体的质量时却不能忽略？[注释][1]加盐酸前必须关闭启普