阿伏加德罗常数的测定.docx
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阿伏加德罗常数的测定
阿伏加德罗常数的测定
阿伏加德罗常数的测定
阿伏加德罗常数的测定与原理
阿伏加德罗常数的符号是NA,单位是每摩(mol-1),数值是
NA=(6.0221376±0.0000036)×1023/mol
阿伏加德罗常数由实验测定。
它的测定精确度随着实验技术的发展而不断提高。
测定方法有电化学当量法、布朗运动法、油滴法、X射线衍射法、黑体辐射法、光散射法等。
这些方法的理论依据不同,但测定结果几乎一样,可见阿伏加德罗常数是客观存在的重要常数。
例如:
用含Ag+的溶液电解析出1mol的银,需要通过96485.3C(库仑)的电量。
已知每个电子的电荷是1.60217733×10-19C,则
下面着重介绍单分子膜法测定常数的操作方法。
实验目的
1.进一步了解阿伏加德罗常数的意义。
(d—1)(详见注释),那么形成单分子膜需用硬脂酸的质量为:
(3)根据水槽直径,计算出水槽中水的表面积S。
已知每个硬脂酸分子的截面积A=2.2×10-15cm2,在水面形成的硬脂酸的分子个数为:
S/A。
(4)根据
(2)和(3)的结果,可计算出每个硬脂酸分子的质量为:
(5)1mol硬脂酸的质量等于284g(即M=284g/mol),所以1mol硬脂酸中含有硬脂酸的分子个数,即阿伏加德罗常数N为:
注释:
当最后一滴硬脂酸溶液滴下后,这滴溶液在水面呈透镜状,说这滴溶液没有扩散,即没有参与单分子膜的形成。
这时单分子膜已经形成完毕,应停止滴入溶液,所以,在计算形成单分子膜所需硬脂酸溶液的滴数时,应将最后一滴减掉,即滴数计为d—1。
说明:
一、实验成功标志
根据实验数据计算的阿伏加德罗常数NA在(5-7)×1023范围内为成功。
二、失败征象
实验测定的阿伏加德罗常数数量级不等于1×1023。
三、原因分析
1.因为苯是易挥发的溶剂,故在配制、使用硬脂酸苯溶液的过程中因为苯的挥发,造成浓度的变化。
2.在测量每滴硬脂酸苯溶液体积时是连续滴液的,在形成单分子膜时的滴液是间歇的,同时,滴管内液体多少不同,手捏胶头的力不同这些因素,均可导致液滴的大小不均匀。
3.水槽洗涤不干净,将会造成很大的误差。
4.水槽水面直径测量不准确也会造成误差。
四、注意问题
1.苯中有少量的水,可用无水氯化钙或氧化钙除去。
2.配好待用的硬脂酸苯溶液一定要严加密封,防止苯的挥发。
在使用过程中要随时加塞塞住。
3.在使用胶头滴管滴液时,均要采取垂直滴入法,以保持液滴大小均匀。
4.在形成单分子膜的过程中,应保持水面平静,防止单分子膜重叠。
5.水槽的洗涤:
每做完一次实验,一定要把水槽洗涤干净。
否则,第二次实验所需硬脂酸苯溶液的滴数将明显减少,因为残留在水槽内的硬脂酸分子会占据部分水面。
洗涤方法:
用自来水充满水槽,让水从水槽边溢出,反复2-3次即可。
(1)称取的硬脂酸要准确;
(2)胶头滴管的尖嘴要细,挤液滴时要使每一滴的体积都相等;(3)水槽必须洗涤干净,重复实验时每次水的面积要相同;
(4)要测准形成单分子膜所滴液滴的滴数。
实验说明:
这是一个定量要求较高的学生实验,教师应讲清实验原理,并在操作上作出示范。
硬脂酸和苯须用分析纯试剂(A.R.),并应用分析天平称量硬脂酸。
苯中含有的少量水应用无水CaCl2处理掉,这些是减少本实验误差的几项重要措施,建议有条件的学校按教材的规定进行实验。
但上述措施并非实验成功的关键,用化学纯试剂(C.P.)和托盘天平(感量0.2mg或0.5mg)也能做好阿伏加德罗常数的测定实验。
教师于课前用小烧杯准确称取90mg~100mg硬脂酸(准确到0.001g),用少量经除水处理的苯(处理方法是向300mL苯中加无水氯化钙5g,充分振荡后过滤,以除去苯中含有的少量水分)溶解后,注入250mL容量瓶中。
用苯冲洗烧杯数次,洗液都倒入容量瓶。
再往容量瓶中加苯到刻度线,摇匀即成。
此溶液供学生实验使用。
将这溶液分装在试管里,用塞子塞紧,防止苯挥发而增大溶液的浓度。
实验时把试管分发给学生,并告诉学生,用滴管吸取硬脂酸苯溶液后,要随即将试管口塞紧。
由教材实验中的计算公式可以看出,要准确测得阿伏加德罗常数,做好这个实验的关键是待测数据S、V1、d-1等三个数据的准确程度。
1.测量水槽中水的表面积S
用直尺测水槽内径时,很难保证直尺一定通过圆心,特别是内径较大的水槽,测量更加困难。
如果偏离圆心,测量结果将小于内径的尺寸。
建议在实验前先把水槽倒扣在纸上,描其轮廓线(圆),并剪下。
将得到的圆片从三个不同的方位三次对折,再用直尺沿折线测量,取三次测量结果的平均值。
再将此平均值减去两倍水槽壁的厚度,即为准确的内径数据,进而计算出水槽中水的表面积S。
另外,为了保证重复实验时每次取水的量(面积)相同,可以在水槽外作一个记号,标明加水的量。
或者在一根洁净玻璃棒上划一条刻痕,加水时将玻璃棒竖立在水槽里,加入的水量以刻痕为标准。
如果有条件,可尽量使用内径较大的水槽。
2.一滴硬脂酸苯溶液的体积V1
(1)使用的胶头滴管,尖嘴要拉得较细。
滴管尖嘴的粗细对实验的准确性有一定的影响,通常能达到每毫升50~100滴的滴管都可用。
(2)滴管位置要垂直。
不论吸取溶液还是滴出溶液,都要使胶头滴管竖直。
滴出溶液时,手指压胶头时用力宜均匀,以便每滴液滴的大小均匀。
在操作过程中,应尽量避免滴管尖嘴上回吸进空气,因混有空气的液滴体积一般比测量值小。
(3)使用量筒测定液滴的体积时,要使用小量筒。
因为量筒越大误差越大。
(4)由于本实验所用溶液浓度很小,建议用纯苯溶剂代替溶液进行每滴体积的测定实验。
如仍用溶液测定,由于苯容易挥发,经此操作后溶液浓度已经改变,在下边实验中不能继续使用。
3.形成单分子膜所需硬脂酸苯溶液的滴数(d-1)
测准硬脂酸苯溶液的滴数,是实验成功的关键,而测准的关键又在于下列两点:
(1)在每次测定实验前,水槽一定要仔细地洗干净,彻底消除油污,否则残留在水槽壁上的油污或硬脂酸会严重地、无规则地影响加液的滴数,从而影响实验结果。
为此,每次实验完毕都要先用热纯碱水刷洗水槽,再用清水冲洗几次,切勿用手或抹布去擦。
如果水槽内壁上的油污或硬脂酸没有洗净,形成单分子膜时滴入的硬脂酸苯溶液的滴数会减少;如果碱液不洗净,滴数又会增多。
碱液不宜用苛性钠配制,因为苛性钠的洗脱性不好,最好用纯碱溶液。
也不能使用肥皂、合成洗涤剂来洗水槽,因它们与硬脂酸有相似的结构,往往使测定滴数大大降低。
(2)要细心认真观察,善于从扩散现象和透镜现象的不同特征,准确判断加液的滴数。
一般说液滴下落后,在水面铺展开,随着苯的蒸发又较快地缩小至消失,这是扩散现象的特征;液滴在水面不扩展,呈透镜状,随着苯的蒸发,缩小至消失需较长时间,这是终滴的特征(这时可观察到不扩散的油珠状液滴)。
最后一滴已属多余,应扣除,实际需要(d-1)滴。
单分子膜是不是完全覆盖水面有时不易判断,尤其是最后一二滴扩散较慢,往往要等四五分钟,必须耐心等待,细心观察。
要避免让风吹过水槽表面,以免影响硬脂酸苯溶液的扩散。
此外,硬脂酸苯溶液中硬脂酸的质量分数对实验结果的影响较大,配制溶液时应特别注意取用硬脂酸的量要适宜。
如果过浓,形成单分子膜所用滴数(d-1)太少,几次测定会存在较大误差,必然影响结果的准确性。
一般(d-1)在20~30滴比较适宜。
如果过稀,固体样品的称量误差就会太大,使m/V值不准确,同样影响结果的准确程度。
为避免出现上述问题,在配制溶液时可分两步进行:
先配制浓溶液,再准确移取一定量浓溶液稀释到硬脂酸的质量分数适宜的范围。
使用分析天平称量,通常配成0.200g/1000mL,如果用托盘天平称量,则配成1.0g/10000mL。
问题和讨论提示:
1.如果观察硬脂酸苯溶液的时间较长,苯会挥发,液滴仍然会扩散,但是滴管中的苯会挥发,使硬脂酸的浓度增大,滴数减少,结果偏大;滴管太粗,每相差一滴,其体积相差较大,难以得到正确的结果。
2.采取以下措施可以减少实验的误差:
(1)称取的硬脂酸要准确;
(2)胶头滴管的尖嘴要细,挤液滴时要使每一滴的体积都相等;
(3)水槽必须洗涤干净,重复实验时每次水的面积要相同;
(4)要测准形成单分子膜所滴液滴的滴数。
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