作者ddemon (小蔓)
看板NTUdent97
標題[公告] 普化實驗ㄧ：氮氣之莫耳體積
時間Mon Sep 22 00:56:30 2008
一、目的：
利用化學反應及裡像氣體定律球出氮氣在標準溫壓（Standard Temperature
and Pressure，STP）下的莫耳體積（molar volume）。
二、實驗技能：
學習藥品稱量，體積、壓力及溫度量測等實驗技能。
三、原理：
莫耳（mole）是化學上很重要的一個計量單位，一莫耳是指12克碳-12中所含的原子
數目，即6.02 × 10^23個。一莫耳氫氣與一莫耳氮氣都各含有6.02 × 10^23個分子，
但因一分子氫和一分子氮的質量不一樣，所以氫氣和氮氣的莫耳質量（molar mass）
個不相同，前者為2.016克，後者為28.02克。
一莫耳物質所佔有的體積稱為莫耳體積。理想氣體在0℃、1atm之標準溫壓狀況下，
莫耳體積為22.414升。氫氣及氮氣雖不是理想氣體，但在STP下之莫耳體積也極接近此值。
本實驗，取限量的胺基磺酸（H2NSO3H）與過量的亞硝酸鈉（NaNO2）反應，產生氮氣，如
式1-1：
NO2-(aq) + H2NSO3H(s) → HSO4-(aq) + H2O(l) + N2(g) （1-1）
利用所生成氮氣的莫耳數（n1）、溫度（T1）、壓力（P1）和體積（V1），及理想氣體定
律（ideal gas law），可求得氮氣在STP下之莫耳體積（VSTP）。
P1 × V1 1 (atm) × VSTP (L)
———— ＝ ———————
N1 × T1 1 (mol) × 273 (K)
四、儀器與材料：
錐形瓶（250 mL）、燒杯（400 mL）、小玻璃試管（2支，7.5 cm × 1.2 cm）、量筒（
50 mL）、瓶底燒瓶（500 mL）、橡皮塞與玻璃連接管、鑷子、溫度計。
五、藥品：
胺基磺酸（sulfamic acid，H2NSO3H）
亞硝酸鈉（sodium nitrite，NaNO2）
六、實驗步驟：
1. 洗淨、烘乾2支小玻璃試管，冷卻後稱重，記錄其精確重量。
註：電子天平的使用及藥品稱量，參考實驗技能與示範。
2. 稱取約1～1.1 g 的H2NSO3H固體，小心地倒入玻璃試管中，再次稱、記其精確重量，
以計算試管中所含H2NSO3H重。
3. 稱取約1～1.1 g 的NaNO2固體，記錄其精確重量後，倒入250 mL 錐形瓶中，再加入
50 mL 蒸餾水將之溶解。
註：量筒的使用，參考實驗技能與試範。
4. 參考圖1-1，B瓶與D杯中裝水，水面高度需如圖所示。使C橡皮管充滿水，用鐵夾夾緊
後，按圖連接儀器裝置。小心調整B瓶中玻璃管高度，使長玻璃管端接近瓶底。
註1：使C橡皮管充滿水的方法：可將C橡皮管拿至水龍頭下灌水，待水從另一端流出後，
用鐵夾夾住橡皮管，水即不會流出。
註2：調整玻璃管高度時，應用抹布包裹住玻璃管，在以旋轉的方式調整其高度；避免使
用蠻力，造成玻璃斷裂而割傷。
註3：橡皮管若老化沾黏或太硬夾不緊時即須更換，實驗過程中保持橡皮管不扭曲以免阻
礙企氣體通路。
5. 鬆開鐵夾，檢查C橡皮管是否完全充滿水，確定水能在B瓶與D杯間自由流動後，夾緊鐵
夾。
6. 參考圖1-2，將A錐形瓶以廣用夾固定並以約30～45度斜角貼放於桌面。利用鑷子之協
助，將小玻璃試管順著瓶壁滑放置於A錐形瓶底部，使試管斜靠於瓶壁不致傾倒（一旦傾
倒，NaNO2會立即與H2NSO3H反應並產生氣體，此時應馬上以大量水沖洗再重做）。放妥後
，小心地將橡皮塞塞緊。
註1：可先用空試管練習置放數次，待能穩當掌握時再正式進行實驗。
註2：檢查每一個橡皮塞（再旋緊15度）是否都已接合緊密，以免反應時氣體洩漏。
7. 鬆開鐵夾，調節D杯的高度，使D杯的水面與B瓶等高，達到水平後，表示反應密閉系統
中的壓力與大氣壓力相同，此時將C橡皮管夾緊，載將燒杯中的水倒掉，秤量燒杯空重。
8. 鬆開廣用夾，將錐形瓶直立，傾倒小玻璃試管，讓椎形瓶中的NaNO2溶液進入試管中與
H2NSO3H混合反應，觀察到氣體產生後，再將C橡皮管上鐵夾鬆開，夾在玻璃連接管上，讓
水順利排出至燒杯中。繼續輕搖A瓶至反應完全，不再有氣體產生後，以水浴冷卻A瓶。
註1：剛開始混合產生反應時，不要劇烈搖混錐形瓶，以免氣體產生太快而衝開橡皮塞。
註2：本實驗會有負反應發生，產生紅棕色NO2有毒氣體。
註3：反應過程應保持橡皮管之出口在排開的水中，一直保持充滿水的狀態。
9. 待A瓶溫度下降，冷卻至與室溫相同後，調整D杯或B瓶的高度使兩者水面等高，讓反應
系統回復到室溫及室壓，將鐵夾夾緊。
註：本實驗之結果計算，是以反應前、後維持同溫同壓為前提，故務必待系統溫度回復室
溫後，才可調整壓力。
10.秤量燒杯與排開水之總重量，以計算排開水之體積。
11.測量、記錄反應後A瓶內水溫，及當時室溫及室壓。
12.實驗完成清洗儀器時，應盡快將錐形瓶內反應液迅速倒入水槽中，以比免溶於水中的
NO2釋出。
七、問題與討論：
1. 試證明本實驗中所用計算式：（Patm – PH2O）△V = PN2（V + △V）。
（前提：同溫同壓條件之下，此等式才成立）
其中 Patm：實驗時之室壓
PH2O：水之飽和蒸汽壓
PN2：反應後密閉系統內，因反應所產生N2之分壓
△V：N2所排開水之體積
V + △V：反應後密閉系統內，氣體所佔之總體積
2. 本實驗所測得之氮氣在STP下的莫耳體積是否與理想氣體接近？試討論誤差產生之原因
。若使用類似之方法測定氨氣（NH3）的莫耳體積是否適合？為什麼？
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12F：→ ddemon:(恍然大悟!!) ^_____^ 09/22 22:26
13F：推 Evesdevil:所以學了牛逼 就要再學乃 嗯 還有嗎?XD 09/22 23:46