作者ddemon (小蔓)
看板NTUdent97
标题[公告] 普化实验ㄧ：氮气之莫耳体积
时间Mon Sep 22 00:56:30 2008
一、目的：
利用化学反应及里像气体定律球出氮气在标准温压（Standard Temperature
and Pressure，STP）下的莫耳体积（molar volume）。
二、实验技能：
学习药品称量，体积、压力及温度量测等实验技能。
三、原理：
莫耳（mole）是化学上很重要的一个计量单位，一莫耳是指12克碳-12中所含的原子
数目，即6.02 × 10^23个。一莫耳氢气与一莫耳氮气都各含有6.02 × 10^23个分子，
但因一分子氢和一分子氮的质量不一样，所以氢气和氮气的莫耳质量（molar mass）
个不相同，前者为2.016克，後者为28.02克。
一莫耳物质所占有的体积称为莫耳体积。理想气体在0℃、1atm之标准温压状况下，
莫耳体积为22.414升。氢气及氮气虽不是理想气体，但在STP下之莫耳体积也极接近此值。
本实验，取限量的胺基磺酸（H2NSO3H）与过量的亚硝酸钠（NaNO2）反应，产生氮气，如
式1-1：
NO2-(aq) + H2NSO3H(s) → HSO4-(aq) + H2O(l) + N2(g) （1-1）
利用所生成氮气的莫耳数（n1）、温度（T1）、压力（P1）和体积（V1），及理想气体定
律（ideal gas law），可求得氮气在STP下之莫耳体积（VSTP）。
P1 × V1 1 (atm) × VSTP (L)
———— ＝ ———————
N1 × T1 1 (mol) × 273 (K)
四、仪器与材料：
锥形瓶（250 mL）、烧杯（400 mL）、小玻璃试管（2支，7.5 cm × 1.2 cm）、量筒（
50 mL）、瓶底烧瓶（500 mL）、橡皮塞与玻璃连接管、镊子、温度计。
五、药品：
胺基磺酸（sulfamic acid，H2NSO3H）
亚硝酸钠（sodium nitrite，NaNO2）
六、实验步骤：
1. 洗净、烘乾2支小玻璃试管，冷却後称重，记录其精确重量。
注：电子天平的使用及药品称量，参考实验技能与示范。
2. 称取约1～1.1 g 的H2NSO3H固体，小心地倒入玻璃试管中，再次称、记其精确重量，
以计算试管中所含H2NSO3H重。
3. 称取约1～1.1 g 的NaNO2固体，记录其精确重量後，倒入250 mL 锥形瓶中，再加入
50 mL 蒸馏水将之溶解。
注：量筒的使用，参考实验技能与试范。
4. 参考图1-1，B瓶与D杯中装水，水面高度需如图所示。使C橡皮管充满水，用铁夹夹紧
後，按图连接仪器装置。小心调整B瓶中玻璃管高度，使长玻璃管端接近瓶底。
注1：使C橡皮管充满水的方法：可将C橡皮管拿至水龙头下灌水，待水从另一端流出後，
用铁夹夹住橡皮管，水即不会流出。
注2：调整玻璃管高度时，应用抹布包裹住玻璃管，在以旋转的方式调整其高度；避免使
用蛮力，造成玻璃断裂而割伤。
注3：橡皮管若老化沾黏或太硬夹不紧时即须更换，实验过程中保持橡皮管不扭曲以免阻
碍企气体通路。
5. 松开铁夹，检查C橡皮管是否完全充满水，确定水能在B瓶与D杯间自由流动後，夹紧铁
夹。
6. 参考图1-2，将A锥形瓶以广用夹固定并以约30～45度斜角贴放於桌面。利用镊子之协
助，将小玻璃试管顺着瓶壁滑放置於A锥形瓶底部，使试管斜靠於瓶壁不致倾倒（一旦倾
倒，NaNO2会立即与H2NSO3H反应并产生气体，此时应马上以大量水冲洗再重做）。放妥後
，小心地将橡皮塞塞紧。
注1：可先用空试管练习置放数次，待能稳当掌握时再正式进行实验。
注2：检查每一个橡皮塞（再旋紧15度）是否都已接合紧密，以免反应时气体泄漏。
7. 松开铁夹，调节D杯的高度，使D杯的水面与B瓶等高，达到水平後，表示反应密闭系统
中的压力与大气压力相同，此时将C橡皮管夹紧，载将烧杯中的水倒掉，秤量烧杯空重。
8. 松开广用夹，将锥形瓶直立，倾倒小玻璃试管，让椎形瓶中的NaNO2溶液进入试管中与
H2NSO3H混合反应，观察到气体产生後，再将C橡皮管上铁夹松开，夹在玻璃连接管上，让
水顺利排出至烧杯中。继续轻摇A瓶至反应完全，不再有气体产生後，以水浴冷却A瓶。
注1：刚开始混合产生反应时，不要剧烈摇混锥形瓶，以免气体产生太快而冲开橡皮塞。
注2：本实验会有负反应发生，产生红棕色NO2有毒气体。
注3：反应过程应保持橡皮管之出口在排开的水中，一直保持充满水的状态。
9. 待A瓶温度下降，冷却至与室温相同後，调整D杯或B瓶的高度使两者水面等高，让反应
系统回复到室温及室压，将铁夹夹紧。
注：本实验之结果计算，是以反应前、後维持同温同压为前提，故务必待系统温度回复室
温後，才可调整压力。
10.秤量烧杯与排开水之总重量，以计算排开水之体积。
11.测量、记录反应後A瓶内水温，及当时室温及室压。
12.实验完成清洗仪器时，应尽快将锥形瓶内反应液迅速倒入水槽中，以比免溶於水中的
NO2释出。
七、问题与讨论：
1. 试证明本实验中所用计算式：（Patm – PH2O）△V = PN2（V + △V）。
（前提：同温同压条件之下，此等式才成立）
其中 Patm：实验时之室压
PH2O：水之饱和蒸汽压
PN2：反应後密闭系统内，因反应所产生N2之分压
△V：N2所排开水之体积
V + △V：反应後密闭系统内，气体所占之总体积
2. 本实验所测得之氮气在STP下的莫耳体积是否与理想气体接近？试讨论误差产生之原因
。若使用类似之方法测定氨气（NH3）的莫耳体积是否适合？为什麽？
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