Question

利用如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置可以測(cè)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(zhì)量的鎂帶和過量的衡硫酸在儀器A瓶中完全反應(yīng)，產(chǎn)生的H₂將B瓶中的液體壓入液體量瓶中，根據(jù)液體的體積可以轉(zhuǎn)換成H₂的體積．
實(shí)驗(yàn)步驟：
（1）裝配好化學(xué)反應(yīng)氣體體積測(cè)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(shù)據(jù)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(dǎo)管內(nèi)外液面持平．
（5）用注射器吸取10mL 3mol/L硫酸，用針頭扎進(jìn)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(dāng)鎂帶完全反應(yīng)后，讀取C瓶中液體的體積，把數(shù)據(jù)記錄于表格．
（7）用注射器從A瓶加料口處抽氣，使B瓶中導(dǎo)管內(nèi)外液面持平，記錄抽出氣體的體積，把數(shù)據(jù)記錄于表格．
重復(fù)上述操作進(jìn)行第二次實(shí)驗(yàn)，避免偶然誤差．
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方法回答下列問題：
實(shí)驗(yàn)室溫度：25℃，壓強(qiáng)：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(dāng)A瓶加料口塞上橡膠塞，

 

可以確認(rèn)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(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：溫度：25℃（鎂元素的相對(duì)原子質(zhì)量為24.3）

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	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(jì)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(jì)算1mol氫氣體積兩次實(shí)驗(yàn)的平均值=

 

L．
③計(jì)算實(shí)驗(yàn)誤差：（實(shí)驗(yàn)值-理論值）/理論值×100%=

 

．
④引起該誤關(guān)的可能原因

 

（填字母）．
A．鎂帶中含有跟硫酸不反應(yīng)的雜質(zhì)
B．沒有除去鎂帶表面的氧化鎂
C．鎂帶中含有雜質(zhì)鋁
D．所用稀硫酸不足量
（4）許多同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)偏高（記錄數(shù)據(jù)時(shí)已恢復(fù)至室溫）．為此，某化興趣小組的同學(xué)對(duì)此實(shí)驗(yàn)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(jì)入氫氣的體積．
②B瓶中導(dǎo)管（圖2中陰影部分V_B）內(nèi)液柱部分在反應(yīng)后為空氣所占據(jù)，不該計(jì)入氫氣的體積．
你認(rèn)為他們的意見合理的是

 

（合理則填序號(hào)，否則填“無”）．如有合理之處，請(qǐng)根據(jù)下面的數(shù)據(jù)給出修正的1mol氫氣體積的數(shù)學(xué)表達(dá)式．（鎂元素的相對(duì)原子質(zhì)量為24.3）

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	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(jì)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(shù)學(xué)表達(dá)式）．

Answer 1

分析：（1）裝置氣密性可以利用裝置內(nèi)氣體壓強(qiáng)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(diào)整，A中是鎂和硫酸反應(yīng)生成硫酸鎂和氫氣，依據(jù)產(chǎn)物寫出離子方程式；
（3）①依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟分析，加入的硫酸溶液體積也計(jì)算在量氣瓶中的液體體積，反應(yīng)后抽出的氣體體積調(diào)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(jù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)計(jì)算兩次體積平均值；
③依據(jù)實(shí)驗(yàn)誤差計(jì)算公式和計(jì)算得到的數(shù)據(jù)計(jì)算；
④A、鎂帶中含有跟硫酸不反應(yīng)的雜質(zhì)，對(duì)反應(yīng)生成氫氣量減少，體積偏��；
B、鎂條表面的氧化物沒有除，部分氧化物和硫酸反應(yīng)而沒有氣體生成，會(huì)導(dǎo)致氣體體積偏��；
C、鎂帶中含有少量的鋁，相同質(zhì)量的鎂和鋁，鋁生成的氫氣多，所以會(huì)導(dǎo)致氣體體積偏大；
D、所用稀硫酸不足量，鎂條不能全部反應(yīng)，生成氫氣減小，體積偏��；
（4）分析題干信息水汽增加的體積不能計(jì)入氣體體積，液柱部分被空氣占據(jù)的體積不能計(jì)入氫氣的體積，依據(jù)圖標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算得到；

解答：解：（1）當(dāng)A瓶加料口塞上橡膠塞微熱，儲(chǔ)液瓶（B瓶）內(nèi)導(dǎo)管中液面會(huì)上升，觀察上升液面在1分鐘內(nèi)明顯下降，證明裝置氣密性完好；
故答案為：儲(chǔ)液瓶（B瓶）內(nèi)導(dǎo)管中液面會(huì)上升，觀察上升液面在1分鐘內(nèi)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(yīng)是鎂和硫酸反應(yīng)生成硫酸鎂和氫氣的反應(yīng)，反應(yīng)離子方程式為：Mg+2H⁺═Mg²⁺+H₂↑；
故答案為：品紅；Mg+2H⁺═Mg²⁺+H₂↑；
（3）①實(shí)驗(yàn)步驟分析，加入的硫酸溶液體積也計(jì)算在量氣瓶中的液體體積，反應(yīng)后抽出的氣體體積調(diào)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(shù)據(jù)分析氣體體積X=110mL-10mL+6.5mL=106.5mL；
故答案為：106.5；
 ②實(shí)驗(yàn)1測(cè)定體積為106.5mL，計(jì)算得到1mol氫氣的體積=

0.1065L×24.3g/mol

0.100g

×1mol=25.9L；實(shí)驗(yàn)2測(cè)定氫氣的體積=121mL-10mL+8mL=119mL，計(jì)算得到1mol氫氣的體積=

0.119L×24.3g/mol

0.115g

×1mol=25.1L；兩次測(cè)定的平均值=

25.9+25.1

2

25.5L
故答案為：25.5； 
③實(shí)驗(yàn)誤差=（實(shí)驗(yàn)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(yīng)的雜質(zhì)，對(duì)反應(yīng)生成氫氣量減少，體積偏��；
B、鎂條表面的氧化物沒有除，部分氧化物和硫酸反應(yīng)而沒有氣體生成，會(huì)導(dǎo)致氣體體積偏�。�
C、鎂帶中含有少量的鋁，相同質(zhì)量的鎂和鋁，鋁生成的氫氣多，所以會(huì)導(dǎo)致氣體體積偏大；
D、所用稀硫酸不足量，鎂條不能全部反應(yīng)，生成氫氣減小，體積偏�。�
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(jì)入氫氣的體積；
②B瓶中導(dǎo)管（圖2中陰影部分V_B）內(nèi)液柱部分在反應(yīng)后為空氣所占據(jù)，不該計(jì)入氫氣的體積；以上是產(chǎn)生誤差的原因所以是合理的方法，修正的1mol氫氣體積的數(shù)學(xué)表達(dá)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(diǎn)評(píng)：本題考查了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)測(cè)定物質(zhì)氫氣體積的方法和步驟，數(shù)值換算和數(shù)據(jù)應(yīng)用，誤差分析判斷的依據(jù)，注意圖標(biāo)數(shù)據(jù)的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．