Question

某学生利用氯酸钾分解制氧气的反应，测定氧气的摩尔质量．实验步骤如下：
①把适量的氯酸钾粉末和少量二氧化锰粉末混合均匀，放入干燥的试管中，准确称量，质量为a g．
②装好实验装置．
③检查装置气密性．
④加热，开始反应，直到产生一定量的气体．
⑤停止加热（如图，导管出口高于液面）．
⑥测量收集到气体的体积．
⑦准确称量试管和残留物的质量为b g．
⑧测量实验室的温度．
⑨把残留物倒入指定的容器中，洗净仪器，放回原处，把实验桌面收拾干净．
⑩处理实验数据，求出氧气的摩尔质量．
回答下列问题：
（1）如何检查装置的气密性？

将导管的出口浸入水槽的水中，手握住试管，有气泡从导管口逸出，放开手后，有少量水进入导管，表明装置不漏气

．
（2）以下是测量收集到气体体积必须包括的几个步骤；①调整量筒内外液面高度使之相同；②使试管和量筒内的气体都冷却至室温；③读取量筒内气体的体积．这三步操作的正确顺序是：

②①③

（请填写步骤代号）
（3）测量收集到气体体积时，如何使量筒内外液面的高度相同？

慢慢将量筒下移

．
（4）如果实验中得到的氧气体积是c L（25℃、1.01×l0⁵ Pa），水蒸气的影响忽略不计，氧气的摩尔质量的计算式为（含a、b、c，不必化简）：M（O₂）=

22.4L?mol-1×298K×(ag-bg)

273K×cL

．

Answer 1

分析：这是一道集考查实验基本操作和化学计算于一体的试题．
（1）检查气密性的方法：将导管的出口放入水中，用手紧握试管，观察水中的导管口是否有气泡冒出；
（2）要准确测量气体体积必须保持量筒内外气体的温度和压强相等，因此在读取量筒内气体的体积之前，应使试管和量筒内的气体都冷却至室温；再调节量筒内外液面高度使之相同；
（3）观察装置图可知，量筒内液面高于水槽液面，只要将量筒慢慢下移即可．从气体的热胀冷缩和读量筒中气体体积的方法两方面进行分析．
（4）利用恒压下的气体公式求得气体的物质的量和摩尔质量．

解答：解：（1）检验装置的气密性时，将导管的出口浸入水槽的水中，手握住试管，有气泡从导管口逸出，放开手后，有少量水进入导管，表明装置不漏气．测量收集到气体体积时，慢慢将量筒下降使量筒内外液面的高度相同，保持相同的压强．
（2）因为排出的气体是需要用排出的水的体积衡量的，而反应前后的量筒温度是不同的，因此，反应终止应该先停止加热，待体系恢复到室温时，才取出导管．这一步操作跟通常的实验不同，所以停止加热时导管的出口要高于量筒内的液面，此时即使不取出导管而停止加热，也不会造成水的倒吸；停止加热、回到室温后，将量筒下移以调节量筒内的液面与水槽一致，此时量筒内气体压强也为大气压，读数才是正确的；所以正确的操作顺序为：②使气体都冷却至室温；①调整量筒内外液面高度使之相同；③读取量筒内气体的体积；即②①③；
（3）试管和量筒内的气体都冷却后，量筒内的液面一定高于量筒外的液面，慢慢将量筒下移，量筒上方气体体积减小，压强增大，当量筒内气体压强等于外界大气压时，量筒内液面和水槽内液面相平．
（4）由实验可知生成氧气的质量=ag-bg，
25℃、1.01×l0⁵ Pa时V_m=

298k×22.4L?mol-1

273K

；n（O₂）=

cL

Vm

；
M（O₂）=

m(O2)

n(O2)

=

22.4L?mol-1×298K×(ag-bg)

273K×cL

．
故答案为：（1）将导管的出口浸入水槽的水中，手握住试管，有气泡从导管口逸出，放开手后，有少量水进入导管，表明装置不漏气；
（2）②①③；
（3）慢慢将量筒下移；
（4）

22.4L?mol-1×298K×(ag-bg)

273K×cL

．

点评：本题较全面的考查化学实验双基知识．包括的考点有实验的操作、原理、数据的采用和处理，考察对装置图形的观察，利用常用的中学仪器做定量实验．本题改变了实验条件，作一些处理，便可定量，是给中学作一个导向，使中学实验可以更富创新意识和引起学生兴趣．