導(dǎo)語：體積法測定氧氣摩爾質(zhì)量實(shí)驗設(shè)計論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1問題的提出

在學(xué)習(xí)摩爾質(zhì)量一節(jié)時[1]，各種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量的數(shù)值都是通過理論推導(dǎo)得出的，導(dǎo)致課堂教學(xué)顯得枯燥無味，不便于學(xué)生掌握，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。那么，能否通過實(shí)驗來測定，將這一知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)由感性認(rèn)識逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇哉J(rèn)識，從而降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)？

2研究目的

為了解決這一問題，我們通過網(wǎng)絡(luò)，以“常溫下氧氣摩爾質(zhì)量的測定”、“氧氣摩爾質(zhì)量的測定”、“摩爾質(zhì)量的測定”等詞條進(jìn)行搜索，結(jié)果都沒有找到所需的內(nèi)容。為此，我們設(shè)計了如下實(shí)驗。

3實(shí)驗方法

3.1實(shí)驗原理

雙氧水在二氧化錳的催化作用下分解生成氧氣。通過網(wǎng)上資料查到，標(biāo)準(zhǔn)狀況（20℃，1atm）下，氧氣的密度為1.43g/L，水的密度為0.998g/cm3。再將《水的密度表》[2]和《過氧化氫濃度密度對照表》[3]進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)在同一條件下，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%~5%的雙氧水的密度與水的密度非常接近，特別是3%的雙氧水與水的密度幾乎相等，約為0.998g/cm3，為了方便數(shù)據(jù)處理，我們按1.0g/cm3進(jìn)行計算。設(shè)常溫常壓下（實(shí)驗時間為2014年10月16日下午17:30~18:30，實(shí)驗條件為：98.8kPa，16℃，實(shí)驗地點(diǎn)為貴州省金沙縣城區(qū)），氧氣的摩爾質(zhì)量為M（g/mol），當(dāng)用1mL3%的雙氧水（廣東恒健制藥有限公司生產(chǎn)的“恒健”牌過氧化氫溶液）來做實(shí)驗時，完全反應(yīng)后產(chǎn)生的氧氣體積為V（mL），則有：2H2O2=H2O+O2↑2×34M1mL×1.0g/mL×3%VmL×1.43g/L×10-3L/mL3%M=2×34×1.43×10-3VM=3.241V（g/mol）①上式說明，只要測得1mL溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的雙氧水在常溫常壓下完全分解后產(chǎn)生的氧氣體積V，即可計算出氧氣的摩爾質(zhì)量。但如何才能準(zhǔn)確測定反應(yīng)中所產(chǎn)生的O2的體積呢？通過“常溫下氣體摩爾體積的測定”[4]一文的研讀，發(fā)現(xiàn)該方法可行，但文中所述實(shí)驗方法是利用排水集氣法收集并測量反應(yīng)產(chǎn)生的O2體積，涉及到反應(yīng)前后兩次調(diào)節(jié)集氣筒和集液筒中液面高度的操作，操作比較麻煩。為了簡化實(shí)驗操作，我們考慮作以下改進(jìn)。（1）由于是通過測量體積而不是稱質(zhì)量來測定氧氣的摩爾質(zhì)量，故無需考慮氣體的純度，可以用排空氣集氣法來收集并測量氧氣的體積，這樣可以免去排水集氣法收集并測量反應(yīng)產(chǎn)生的O2體積時，調(diào)節(jié)集氣筒和集液筒中液面高度的操作，從而簡化了實(shí)驗操作。（2）由于筆者曾經(jīng)使用并研究過玻璃注射器，了解其對壓力的感應(yīng)非常靈敏，且具有刻度準(zhǔn)確、氣密性良好等特點(diǎn)，因此將其與氣體發(fā)生裝置直接相連，不僅使反應(yīng)產(chǎn)生的氣體被自動收集到其中，又能較準(zhǔn)確地讀出氣體體積，從而使該實(shí)驗實(shí)現(xiàn)了一定程度的自動化，減少了人工操作步驟，大大地簡化了實(shí)驗操作。（3）為了縮短實(shí)驗操作的時間，我們還考慮連續(xù)實(shí)驗時所需解決的廢液和廢氣的排出問題。于是在反應(yīng)室底部設(shè)計了廢液出口，當(dāng)進(jìn)行下一次實(shí)驗時，只需打開止水夾將玻璃注射器活塞歸零，再關(guān)閉止水夾就能同時解決廢液和廢氣的排出問題。

3.2實(shí)驗裝置

基于上述分析和思考，根據(jù)實(shí)驗原理，我們設(shè)計了如圖1所示的實(shí)驗裝置。圖1實(shí)驗裝置圖示說明：①支架（裝飾用鋁塑板粘合而成）②20mL醫(yī)用玻璃注射器（用于收集并測量反應(yīng)產(chǎn)生的O2體積。為了提高測量的精確度，用直尺測量注射器上兩個最小刻度[1mL]之間的距離，直尺顯示為3mm，于是打印了一張間距為1mm的短豎線紙條，用透明膠帶粘貼在玻璃注射器的對應(yīng)刻度上，從而將玻璃注射器的精確度提高到了0.33mL）③注射用針頭帽（將注射用針頭的針管拔掉，用膠水將其粘在反應(yīng)室側(cè)壁上的孔中）④5mL醫(yī)用塑料注射器（用于抽取并添加液體反應(yīng)物3%雙氧水）⑤橡皮塞（用于封閉反應(yīng)室）⑥反應(yīng)室（用半截20mL醫(yī)用塑料注射器制成，用作反應(yīng)容器，盛裝反應(yīng)的催化劑――塊狀或顆粒狀的二氧化錳）⑦塊狀或顆粒狀二氧化錳（將二氧化錳粉末與熟石膏按3:1或2:1的體積比或質(zhì)量比混勻后加水調(diào)和晾干制成）⑧廢液出口管及開關(guān)（用一段輸液管和止水夾組成）⑨廢液收集容器（半截空藥瓶制成）

3.3實(shí)驗步驟

3.3.1檢查氣密性如圖1所示，打開廢液出口開關(guān)，拉動5mL注射器活塞抽入一定量空氣，關(guān)閉廢液出口開關(guān)，推、拉5mL注射器活塞，如果20mL注射器活塞移動的示數(shù)與5mL注射器相同，表明裝置氣密性良好，就可以用來做實(shí)驗了。否則應(yīng)用水將橡皮塞外沿和玻璃注射器內(nèi)壁潤濕后插回原位旋緊，然后重復(fù)上述操作，直至兩注射器活塞移動的示數(shù)相同為止。3.3.2實(shí)驗操作（1）實(shí)驗準(zhǔn)備。取下反應(yīng)室口橡皮塞，加入適量二氧化錳顆粒，重新塞好橡皮塞；然后取下5mL注射器筒抽取4~5mL3%標(biāo)準(zhǔn)濃度的雙氧水，插回原位。（2）制取并收集氧氣。打開廢液出口開關(guān)，將20mL注射器活塞歸零，關(guān)閉廢液出口開關(guān)，推動5mL注射器活塞，向反應(yīng)室中注入1mL3%雙氧水標(biāo)準(zhǔn)溶液。在二氧化錳的催化作用下，雙氧水分解生成氧氣，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，玻璃注射器活塞在產(chǎn)生的氧氣形成的壓力下慢慢向外移動。待反應(yīng)室中不再產(chǎn)生氣泡，恢復(fù)至室溫，讀取收集到的氧氣的體積，同時從氣壓計中讀取此時的大氣壓和室溫，記錄在表1中。重復(fù)相同操作3~4次。將幾次實(shí)驗測得的氧氣體積的平均值減去加入的雙氧水的體積（因為加入的雙氧水排出的空氣也會進(jìn)入玻璃注射器）代入①式中，即可得出常溫下氧氣的摩爾質(zhì)量。

4精確度

（32.82-32）÷32×100%=2.5%亦即實(shí)驗的精確度為97.5%。

5誤差分析

本實(shí)驗的誤差來自如下兩個方面：（1）雙氧水的密度是按1.0g/cm3進(jìn)行處理的，而實(shí)際上沒有這么大。（2）本實(shí)驗所用藥品為廣東恒健制藥有限公司生產(chǎn)的“恒健”牌過氧化氫溶液，標(biāo)簽上標(biāo)明“含過氧化氫（H2O2）2.5%~3.5%”，并不是我們所需要的標(biāo)準(zhǔn)3%的過氧化氫溶液。從實(shí)驗結(jié)果來看，測量值比實(shí)際值略偏大，說明該廠生產(chǎn)的并非標(biāo)準(zhǔn)濃度的過氧化氫溶液，用于科研工作的定量實(shí)驗中會產(chǎn)生一定誤差。

6實(shí)驗說明

針對藥品所造成的實(shí)驗誤差，我們又買來其他廠家生產(chǎn)的不同品牌的標(biāo)識為3%的過氧化氫溶液進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗，但測量結(jié)果仍然存在不同程度的誤差，有時偏高，有時偏低，而在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗室又無法獲取3%的標(biāo)準(zhǔn)過氧化氫溶液，因此實(shí)驗只能到此為止。但這并不影響我們設(shè)計實(shí)驗的初衷，因為我們設(shè)計該實(shí)驗的目的，是旨在設(shè)計一個簡單的實(shí)驗裝置和利用一些現(xiàn)成的物品，提供一種在普通中學(xué)實(shí)驗室甚至日常生活中，均能輕松測量摩爾質(zhì)量的實(shí)驗方法，并達(dá)到高達(dá)97.5%的精確度，可以說實(shí)驗已經(jīng)獲得了成功。

7本實(shí)驗的優(yōu)點(diǎn)

（1）使摩爾質(zhì)量的教學(xué)通過實(shí)驗從感性認(rèn)識逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇哉J(rèn)識，同時讓學(xué)生感受和體驗了科學(xué)研究的方法和過程。（2）充分利用玻璃注射器對壓力感應(yīng)靈敏、氣密性良好、刻度準(zhǔn)確的特點(diǎn)，使實(shí)驗實(shí)現(xiàn)了一定程度的自動化，大大簡化了實(shí)驗操作。（3）利用體積法來進(jìn)行測定，避免了質(zhì)量法中因稱量物質(zhì)的微小質(zhì)量而帶來的操作難度大、對稱量儀器精密度要求高、且要考慮稱量過程中因注射器體積變化空氣浮力對質(zhì)量的影響等不利因素，解決了不具備質(zhì)量法測定氧氣摩爾質(zhì)量實(shí)驗條件的普通中學(xué)的實(shí)驗設(shè)備問題。（4）利用初中化學(xué)中所學(xué)基本化學(xué)反應(yīng)原理進(jìn)行設(shè)計，實(shí)驗原理簡單，淺顯易懂，學(xué)生容易理解和接受。實(shí)驗所用物品均為學(xué)生所熟悉，使學(xué)生感受到生活中處處有化學(xué)，創(chuàng)新就在身邊，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。（5）一瓶市售醫(yī)用3%雙氧水（100mL)售價為1元錢，而每次實(shí)驗只需3~4mL，實(shí)驗成本幾乎為零，且反應(yīng)產(chǎn)物為水和氧氣，環(huán)保無污染。（6）如果改變實(shí)驗原理，更換藥品后，用同樣的操作方法，還能測量其他氣體（如H2、CO2、Cl2等氣體）的摩爾質(zhì)量。

作者:王發(fā)應(yīng)羅顯中劉玲單位:金沙中學(xué)