实训目的
（1）了解气体密度法测定气体相对分子质量的原理和方法。
（2）掌握启普发生器的使用，练习分析天平、台秤的使用方法。
（3）学会气体的净化和干燥。
预习要求
预习本书中关于气体的发生、净化、干燥和收集等基本操作内容。
参考学时
4学时。
实训原理
根据阿伏加德罗定律，在等温、等压下，等体积的任何气体含有相同数目的分子。因此，在等温、等压下，等体积的两种气体的质量之比等于它们的相对分子质量之比，即
式中：M1和m1分别代表第一种气体的相对分子质量和质量；M2和m2分别代表第二种气体的相对分子质量和质量；d代表第一种气体对第二种的相对密度。
本实训是把同体积的二氧化碳气体与空气相比较。因为空气的平均相对分子质量为29．0，所以只要测得二氧化碳与空气在相同条件下的质量，便可按下式计算出二氧化碳的相对分子质量：
即
根据实训时的大气压（p）和温度（T），利用理想气体状态方程式，可计算出同体积的空气的质量：m空气＝pV×29．0／（RT），这样就可求得二氧化碳气体对空气的相对密度，从而测定二氧化碳气体的相对分子质量。
仪器及试剂
仪器：启普发生器、洗气瓶、250mL锥形瓶、台秤、分析天平、温度计、气压计、橡皮管、橡皮塞等。
试剂：HCl（工业用，6mol·L-1）、H2SO4（工业用）、饱和NaHCO3溶液、无水CaCl2、大理石等。
实训内容
1．台秤、分析天平的使用方法
参见“实训2”。
2．启普发生器的安装和使用方法
在实训中常常利用启普发生器制备氢气、二氧化碳、硫化氢等气体。
（1）启普发生器的构造。
启普发生器是由球形漏斗和一个葫芦状的玻璃容器组成的，如图2-17所示。葫芦状的容器由球体和半球体构成，其底部有一液体出口，平常用玻璃塞（有的用橡皮塞）塞紧。球体的上部有一气体出口，与带有玻璃旋塞的导气管相连，如图2-18所示。
图2-17 启普发生器分部图
1—葫芦状容器；2—球形漏斗；3—旋塞导管
图2-18 启普发生器装置
1—固体药品；2—玻璃棉（或橡皮垫圈）
（2）启普发生器的使用方法。
①装配。在球形漏斗插入葫芦状的玻璃容器前，将球形漏斗颈和玻璃旋塞磨口处涂一薄层凡士林油，然后在葫芦状容器的球体下部先放些玻璃棉（或橡皮垫圈）。玻璃棉（或橡皮垫圈）的作用是避免固体掉入半球体底部。再从玻璃旋塞处插入球形漏斗，并转动几次，使其严密。
②检查气密性。开启旋塞（见图2-17部件3），从球形漏斗口加水至充满半球体时，关闭旋塞。继续加水，待水从漏斗管上升到漏斗球体内，停止加水，并在水面处作一记号。静置片刻，如果水面不下降，证明不漏气。否则，需要检查葫芦状的玻璃容器各出口处是否密闭。
③加试剂。由气体出口处加入固体药品。加入的固体的量不宜过多，以不超过中间球体容积的1／3为宜。否则，固液反应激烈，酸液容易被气体从导管冲出。然后从球形漏斗加入适量稀酸（约6mol·L-1），以将要淹到固体药品为宜。
④发生气体。使用时，打开旋塞，由于中间球体内压力降低，酸液即从底部通过狭缝进入中间球体与固体接触而产生气体，如果气流过快，可通过调节旋塞来控制气体的流速。停止使用时，关闭旋塞，由于产生的气体使中间球体内压力增大，就会将酸液压回到球形漏斗中，使固体与液体不再接触而停止反应。再用时，只要打开旋塞即可。
⑤添加或更换试剂。更换酸液：由于发生器中的酸液经常使用会变稀，此时需更换酸液。方法是可先用塞子将球形漏斗上口塞紧，然后把液体出口的塞子拔下，让废液缓缓流出后，将葫芦状容器洗净，再塞紧塞子，从球形漏斗中加入酸液。
更换或添加固体：先把导气管旋塞关好，让酸液压入半球体与固体脱离后，用塞子将球形漏斗上口塞紧，再把装有玻璃旋塞的导气管取下，更换或添加固体。
⑥实训结束后，将废液倒入废液缸内（或回收），剩余固体倒出洗净回收。仪器洗涤后，在球形漏斗与球形容器连接处以及在液体出口和玻璃塞之间夹一纸条，以免由于时间过久，磨口黏结一起而拔不出来。
（3）使用启普发生器的注意事项。
①移动启普发生器时，应两手握住球体下部，切勿只握住球形漏斗，以免葫芦状容器落下而打碎。
②启普发生器不能受热，装入发生器的固体必须是颗粒较大或块状的。
3．气体的收集
（1）气体的收集方法。
气体的收集方法主要有排水集气法和排空气集气法两种。排水集气法（见图2-19），适用于难溶于水的气体，如H2、O2、N2、CO、NO、CH4、C2H2、C2H4等。排空气集气法，适用于密度与空气相差较大的气体，如H2、NH3、CO2、HCl、Cl2、SO2等，其中，比空气轻的气体采用瓶口向下排空气法（见图2-20），比空气重的气体采用瓶口向上排空气法（见图2-21）。
图2-19 排水集气法
图2-20 向下排空气法
图2-21 向上排空气法
（2）注意事项。
采用排水集气法时，一是集气瓶应装满水，不应留有气泡，方法是集气瓶装满水后，用毛玻璃片从瓶口一侧慢慢平推至盖住瓶口；二是停止收集时，应先拔出导管或移走水槽后，才能移开灯具，以免倒吸。
采用排空气集气法时，一是集气导管应尽量接近集气瓶底；二是密度与空气接近或在空气中易氧化的气体不宜用排空气集气法，如CO等气体。
4．气体的净化与干燥
由于实训室制备的气体常常带有酸雾和水汽，为了得到比较纯净的气体，必须将其除去。酸雾可用水或玻璃棉除去；水汽可利用浓硫酸、无水氯化钙或硅胶吸收而除去。一般情况下，在此过程中使用的仪器有：洗气瓶（见图2-22）、干燥塔（见图2-23）、U形管（见图2-24）或干燥管（见图2-25）等仪器。洗气瓶内盛装液体（如水、浓H2SO4溶液等），干燥塔或U形管内盛装无水氯化钙和硅胶，U形管或干燥管内盛装玻璃棉。
图2-22 洗气瓶
图2-23 干燥塔
图2-24 U形管
图2-25 干燥管
不同性质的气体应根据具体情况，分别采用不同的洗涤液和干燥剂进行处理。例如，用锌粒与酸作用制备氢气时，由于制备氢气的锌粒中常含有硫、砷等杂质，所以在气体发生过程中常夹杂有硫化氢、砷化氢等气体。硫化氢、砷化氢和酸雾可通过高锰酸钾溶液、乙酸铅溶液除去，再通过装有无水CaCl2的干燥管进行干燥。其化学反应方程式为
再如，干燥H2、CO2、N2的试剂可选用P2O5、浓H2SO4溶液；干燥H2S、Cl2、O3、HCl的试剂可选用无水CaCl2等。
5．二氧化碳气体的发生和净化
按装置（见图2-26）装配好CO2气体的发生和净化装置。
图2-26 制取、净化和收集CO2气体装置图
1—石灰石＋稀HCl溶液；2—CuSO4溶液；3—NaHCO3溶液；4—无水CaCl2；5—锥形瓶
取一个洁净而干燥的锥形瓶，选一个合适的橡皮塞塞入瓶口，在塞子上作一个记号，以固定塞子塞入瓶口的位置。然后在分析天平上称出空气、瓶和塞子的总质量（mA）。
从启普发生器产生的CO2气体，经过净化和干燥后，导入锥形瓶底部。3～5min后，用带火星的木条在瓶口检查CO2是否充满。待CO2充满瓶后，再慢慢取出导气管，用塞子塞住瓶口，在分析天平上称出CO2气体、瓶和塞子的总质量（mB1）。重复通入CO2气体和称量的操作，直到前后两次CO2气体、瓶和塞子的总质量（mB2，mB3，…）相符为止（两次质量相差不超过1～2mg），求得其平均值，即为CO2气体、瓶和塞子的总质量（mB）。这样做是为了保证瓶内的空气已完全被排出并充满了CO2气体。
最后在瓶内装满水，塞好塞子，在台秤上准确称量水、瓶和塞子的总质量（mC），精确至0．1g。记下室温和大气压。
6．数据记录与结果处理
室温t＝_________℃，T＝_________K
气压p＝_________Pa
空气＋瓶＋塞子的质量mA＝_________g
CO2气体＋瓶＋塞子的质量mB＝_________g
水＋瓶＋塞子的质量mC＝_________g
瓶的容积V＝（mC-mA）／1．00＝mL
瓶内空气的质量m空气＝_________g
瓶和塞子的质量mD＝mA-m空气＝_________g
CO2气体的质量mCO2＝mB-mD＝_________g
误差_________________________
注意事项
（1）CO2在收集前必须是经过净化和干燥的。因为大理石中含有硫（S），所以在气体发生过程中有硫化氢、酸雾、水汽等物质产生，此时可通过饱和NaHCO3溶液、浓H2SO4、无水CaCl2除去。
（2）导气管必须插入瓶底。因为二氧化碳气体的相对密度大于空气，所以必须把导气管插入瓶底才能把瓶内的空气赶尽。
（3）每次测量时应注意塞子是否在第一次称量时塞入瓶口的位置上，以保证体积不变。
（4）严格按照分析天平、启普发生器等仪器的正确使用方法，防止违规操作发生。
实训思考
（1）在制备二氧化碳的装置中，能否把图2-26中瓶2和瓶3倒过来装置？为什么？
（2）为什么（CO2气体＋瓶＋塞子）的质量要在分析天平上称量，而（水＋瓶＋塞子）的质量则可以在台秤上称量？两者的要求有何不同？
（3）为什么在计算锥形瓶的容积时不考虑空气的质量，而在计算二氧化碳的质量时却要考虑空气的质量？
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
