Question

為了測定某烷烴樣品（丁烷，并含少量丙烷等氣態(tài)烴）的平均式量，設(shè)計(jì)了下面的實(shí)驗(yàn)：
①取一個(gè)配有合適膠塞的潔凈、干燥的錐形瓶，準(zhǔn)確稱量，得到質(zhì)量m₁
②往錐形瓶中通入干燥的該烷烴樣品，塞好膠塞，準(zhǔn)確稱量，重復(fù)操作，直到前后兩次稱量結(jié)果基本相同，得到質(zhì)量m₂
③往錐形瓶內(nèi)加滿水，塞好膠塞，稱量得到質(zhì)量m₃
已知實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度t（K）,壓強(qiáng)p（kPa），水的密度ρ_水（g·L^－1）,空氣的平均式量29.0、密度ρ_空氣（g·L^－1）
回答下列問題：
（1）本實(shí)驗(yàn)的原理是（具體說明）什么？
（2）步驟②中為什么要重復(fù)操作，直到前后兩次稱量結(jié)果基本相同？
（3）具體說明本實(shí)驗(yàn)中怎樣做到每次測量都是在相同體積下進(jìn)行的？
（4）本實(shí)驗(yàn)中收集氣體樣品的操作，可選用的方法是（填圖中標(biāo)號）             。

圖3—2
（5）錐形瓶內(nèi)空氣的質(zhì)量（m_空氣）是                            （列出算式）。
（6）瓶中樣品的質(zhì)量（m_樣品）是                                （列出算式）。
（7）由實(shí)驗(yàn)測得烷烴的平均式量是                              （列出算式）。

Answer 1

（1）根據(jù)阿伏加德羅定律，同溫、同壓下，兩種同體積的不同氣體的質(zhì)量之比等于它們的相對分子質(zhì)量之比．
（2）為了保證瓶內(nèi)空氣已完全被排出，并充滿了樣品氣．
（3）第一次稱量前，錐形瓶塞緊膠塞后，在瓶口處的膠塞上做一記號，以后每次測量，膠塞塞入瓶口的位置都以此為準(zhǔn)．
（4）D （5）ρ(空氣)(m₃-m₁)／ρ(水)
（6）m₂-m₁+m(空氣)或m₂-m₁+ρ(空氣)(m₃-m₁)／ρ(水)
（7） 29.0×m(樣品)／m(空氣)（或其它合理答案） 

本題考查學(xué)生對阿伏加德羅定律的理解程度，同時(shí)考查學(xué)生對一些最基本的實(shí)驗(yàn)操作目的和方法是否掌握和理解。根據(jù)阿伏加德羅定律，同溫、同壓下，同體積的各種氣體都含有相同的分子數(shù)。所以同溫、同壓下，兩種同體積的不同氣體的質(zhì)量之比等于它們的相對分子質(zhì)量之比。這樣，如果已知其中一種氣體的相對分子質(zhì)量，就可以測定另一種氣體的相對分子質(zhì)量．本實(shí)驗(yàn)是在同溫、同壓下，分別測定同體積含雜質(zhì)的丁烷氣和空氣的質(zhì)量（m_樣品、m_空氣）來求得樣品氣的平均相對分子質(zhì)量（M_樣品）。為了保證錐形瓶內(nèi)的空氣完全被排出，并充滿樣品氣，本實(shí)驗(yàn)中采取了化學(xué)分析（如酸堿滴定）中常用的測平行數(shù)據(jù)的方法，即重復(fù)操作，直到兩次稱量結(jié)果基本相同為止。在實(shí)驗(yàn)中，為了保證每次測量都是在相同體積（V_瓶）下進(jìn)行的，最簡單的做法是，在第一次稱量前，塞好膠塞后，在瓶口處的膠塞上做一記號，以后每次測量，膠塞塞入瓶口的位置都以此為準(zhǔn)．由于本實(shí)驗(yàn)要求準(zhǔn)確稱量錐形瓶中樣品的質(zhì)量，因此樣品氣必須是干燥的，不能選排水集氣法收集．又因?yàn)闃悠窔怏w比空氣重，所以只能選用向上排氣法來收集樣品氣，而必須把導(dǎo)管插入瓶底才能把瓶內(nèi)的空氣趕盡．在實(shí)驗(yàn)中：
①m₁＝m_瓶＋m_空氣，②m₂＝m_瓶＋m_樣品，③m₃＝m_瓶＋m_水，
③－①得m₃－m₁＝m_水－m_空氣
因?yàn)?i>m_水≥m_空氣
所以m_水＝m₃－m₁（小量忽略法）
所以V_瓶＝m(水)／ρ(水)＝(m₃-m₁)／ρ(水)m_空氣＝ρ_空氣×(m₃-m₁)／ρ(水)
②－①得 m_樣品＝（m₂－m₁）＋m_空氣
因?yàn)镸(樣品)／M(空氣)＝m(樣品)／m(空氣)
所以M_樣品＝M_空氣×m(樣品)／m(空氣)＝29.0×m(樣品)／m(空氣)