Question

利用如圖1所示實驗裝置可以測定一條條件下1mol氣體的體積，圖1中儀器C稱為液體量瓶，瓶頸上有110～130mL刻度線．將一定質量的鎂帶和過量的衡硫酸在儀器A瓶中完全反應，產生的H₂將B瓶中的液體壓入液體量瓶中，根據液體的體積可以轉換成H₂的體積．
實驗步驟：
（1）裝配好化學反應氣體體積測定儀，作氣密性檢查．
（2）用砂皮擦去鎂帶表面的氧化物，然后稱取0.100g～0.110g的鎂帶，把數據記錄于表格．
（3）取下A瓶加料口的橡皮塞，用小燒杯加入20mL水，再把已稱量的鎂帶加到A瓶的底部，用橡皮塞塞緊加料口．
（4）用注射器從A瓶加料口處抽氣，使B瓶導管內外液面持平．
（5）用注射器吸取10mL 3mol/L硫酸，用針頭扎進A瓶加料口橡皮塞，將破酸注入A瓶，注入后迅速拔出針頭．
（6）當鎂帶完全反應后，讀取C瓶中液體的體積，把數據記錄于表格．
（7）用注射器從A瓶加料口處抽氣，使B瓶中導管內外液面持平，記錄抽出氣體的體積，把數據記錄于表格．
重復上述操作進行第二次實驗，避免偶然誤差．
根據上述實驗方法回答下列問題：
實驗室溫度：25℃，壓強：101kPa．該條件下1mol氫氣體積的理論值：為24.5L
（1）連接裝置及氣密性檢查：當A瓶加料口塞上橡膠塞，

 

可以確認裝置氣密性合格．
（2）B中所裝液體一般是

 

（填“水”或“品紅”）．A中發生反應的離子方程式為

 

．
（3）實驗數據如下：溫度：25℃（鎂元素的相對原子質量為24.3）

實驗次數	m（Mg）/g	硫酸體積/mL	液體量瓶中液體體積/mL	抽出氣體體積/mL	氫氣體積/mL	計算1mol氫體積/L
1	0.100	10.0	110.0	6.5	X
2	0.115	10.0	121.0	8.0

①上表中X=

 

．
②計算1mol氫氣體積兩次實驗的平均值=

 

L．
③計算實驗誤差：（實驗值-理論值）/理論值×100%=

 

．
④引起該誤關的可能原因

 

（填字母）．
A．鎂帶中含有跟硫酸不反應的雜質
B．沒有除去鎂帶表面的氧化鎂
C．鎂帶中含有雜質鋁
D．所用稀硫酸不足量
（4）許多同學在實驗中測得的數據偏高（記錄數據時已恢復至室溫）．為此，某化興趣小組的同學對此實驗方案提出了兩條修正建議：
①A、B瓶的氣體中含有水汽，增加的氣體體積中所含的水汽，不該計入氫氣的體積．
②B瓶中導管（圖2中陰影部分V_B）內液柱部分在反應后為空氣所占據，不該計入氫氣的體積．
你認為他們的意見合理的是

 

（合理則填序號，否則填“無”）．如有合理之處，請根據下面的數據給出修正的1mol氫氣體積的數學表達式．（鎂元素的相對原子質量為24.3）

實驗次數	m（Mg） g	硫酸體積mL	液體量瓶中液體體積mL	抽出氣體體積mL	B瓶的一段液柱體積mL	水汽體積百分含量	計算1mol氫體積L
1	0.100	10.0	110.0	6.5	VB	a%

1mol氫氣體積=

 

L（填寫數學表達式）．

Answer 1

分析：（1）裝置氣密性可以利用裝置內氣體壓強變化和液面變化分析判斷裝置氣密性；
（2）利用品紅溶液呈紅色便于觀察液面調整，A中是鎂和硫酸反應生成硫酸鎂和氫氣，依據產物寫出離子方程式；
（3）①依據實驗步驟分析，加入的硫酸溶液體積也計算在量氣瓶中的液體體積，反應后抽出的氣體體積調整液面平衡，所以需要在氣體體積中加入抽出氣體的體積；
②依據實驗的數據計算兩次體積平均值；
③依據實驗誤差計算公式和計算得到的數據計算；
④A、鎂帶中含有跟硫酸不反應的雜質，對反應生成氫氣量減少，體積偏小；
B、鎂條表面的氧化物沒有除，部分氧化物和硫酸反應而沒有氣體生成，會導致氣體體積偏小；
C、鎂帶中含有少量的鋁，相同質量的鎂和鋁，鋁生成的氫氣多，所以會導致氣體體積偏大；
D、所用稀硫酸不足量，鎂條不能全部反應，生成氫氣減小，體積偏小；
（4）分析題干信息水汽增加的體積不能計入氣體體積，液柱部分被空氣占據的體積不能計入氫氣的體積，依據圖標數據計算得到；

解答：解：（1）當A瓶加料口塞上橡膠塞微熱，儲液瓶（B瓶）內導管中液面會上升，觀察上升液面在1分鐘內明顯下降，證明裝置氣密性完好；
故答案為：儲液瓶（B瓶）內導管中液面會上升，觀察上升液面在1分鐘內明顯下降；
（2）品紅溶液呈紅色，比水更直觀觀察液面變化；裝置中的反應是鎂和硫酸反應生成硫酸鎂和氫氣的反應，反應離子方程式為：Mg+2H⁺═Mg²⁺+H₂↑；
故答案為：品紅；Mg+2H⁺═Mg²⁺+H₂↑；
（3）①實驗步驟分析，加入的硫酸溶液體積也計算在量氣瓶中的液體體積，反應后抽出的氣體體積調整液面平衡，所以需要在氣體體積中加入抽出氣體的體積；
圖表數據分析氣體體積X=110mL-10mL+6.5mL=106.5mL；
故答案為：106.5；
 ②實驗1測定體積為106.5mL，計算得到1mol氫氣的體積=

0.1065L×24.3g/mol

0.100g

×1mol=25.9L；實驗2測定氫氣的體積=121mL-10mL+8mL=119mL，計算得到1mol氫氣的體積=

0.119L×24.3g/mol

0.115g

×1mol=25.1L；兩次測定的平均值=

25.9+25.1

2

25.5L
故答案為：25.5； 
③實驗誤差=（實驗值-理論值）/理論值×100%=

25.5-24.5

24.5

×100%=4.08%
故答案為：4.08%； 
 ④A、鎂帶中含有跟硫酸不反應的雜質，對反應生成氫氣量減少，體積偏小；
B、鎂條表面的氧化物沒有除，部分氧化物和硫酸反應而沒有氣體生成，會導致氣體體積偏小；
C、鎂帶中含有少量的鋁，相同質量的鎂和鋁，鋁生成的氫氣多，所以會導致氣體體積偏大；
D、所用稀硫酸不足量，鎂條不能全部反應，生成氫氣減小，體積偏小；
故答案為：C；
（4）①A、B瓶的氣體中含有水汽，增加的氣體體積中所含的水汽，不該計入氫氣的體積；
②B瓶中導管（圖2中陰影部分V_B）內液柱部分在反應后為空氣所占據，不該計入氫氣的體積；以上是產生誤差的原因所以是合理的方法，修正的1mol氫氣體積的數學表達式=

(106.5-VB)×10-3L×(1-a%)×24.3g/mol

0.1g

×1mol=0.243（106.5-v_B）（1-a%）；
故答案為：①②；0.243（106.5-V_B）（1-a%）．

點評：本題考查了實驗設計測定物質氫氣體積的方法和步驟，數值換算和數據應用，誤差分析判斷的依據，注意圖標數據的計算應用，題目難度中等．