Question

为了测定某烷烃样品（丁烷，并含少量丙烷等气态烃）的平均式量，设计了下面的实验：
①取一个配有合适胶塞的洁净、干燥的锥形瓶，准确称量，得到质量m₁
②往锥形瓶中通入干燥的该烷烃样品，塞好胶塞，准确称量，重复操作，直到前后两次称量结果基本相同，得到质量m₂
③往锥形瓶内加满水，塞好胶塞，称量得到质量m₃
已知实验时的温度t（K）,压强p（kPa），水的密度ρ_水（g·L^－1）,空气的平均式量29.0、密度ρ_空气（g·L^－1）
回答下列问题：
（1）本实验的原理是（具体说明）什么？
（2）步骤②中为什么要重复操作，直到前后两次称量结果基本相同？
（3）具体说明本实验中怎样做到每次测量都是在相同体积下进行的？
（4）本实验中收集气体样品的操作，可选用的方法是（填图中标号）             。

图3—2
（5）锥形瓶内空气的质量（m_空气）是                            （列出算式）。
（6）瓶中样品的质量（m_样品）是                                （列出算式）。
（7）由实验测得烷烃的平均式量是                              （列出算式）。

Answer 1

（1）根据阿伏加德罗定律，同温、同压下，两种同体积的不同气体的质量之比等于它们的相对分子质量之比．
（2）为了保证瓶内空气已完全被排出，并充满了样品气．
（3）第一次称量前，锥形瓶塞紧胶塞后，在瓶口处的胶塞上做一记号，以后每次测量，胶塞塞入瓶口的位置都以此为准．
（4）D （5）ρ(空气)(m₃-m₁)／ρ(水)
（6）m₂-m₁+m(空气)或m₂-m₁+ρ(空气)(m₃-m₁)／ρ(水)
（7） 29.0×m(样品)／m(空气)（或其它合理答案） 

本题考查学生对阿伏加德罗定律的理解程度，同时考查学生对一些最基本的实验操作目的和方法是否掌握和理解。根据阿伏加德罗定律，同温、同压下，同体积的各种气体都含有相同的分子数。所以同温、同压下，两种同体积的不同气体的质量之比等于它们的相对分子质量之比。这样，如果已知其中一种气体的相对分子质量，就可以测定另一种气体的相对分子质量．本实验是在同温、同压下，分别测定同体积含杂质的丁烷气和空气的质量（m_样品、m_空气）来求得样品气的平均相对分子质量（M_样品）。为了保证锥形瓶内的空气完全被排出，并充满样品气，本实验中采取了化学分析（如酸碱滴定）中常用的测平行数据的方法，即重复操作，直到两次称量结果基本相同为止。在实验中，为了保证每次测量都是在相同体积（V_瓶）下进行的，最简单的做法是，在第一次称量前，塞好胶塞后，在瓶口处的胶塞上做一记号，以后每次测量，胶塞塞入瓶口的位置都以此为准．由于本实验要求准确称量锥形瓶中样品的质量，因此样品气必须是干燥的，不能选排水集气法收集．又因为样品气体比空气重，所以只能选用向上排气法来收集样品气，而必须把导管插入瓶底才能把瓶内的空气赶尽．在实验中：
①m₁＝m_瓶＋m_空气，②m₂＝m_瓶＋m_样品，③m₃＝m_瓶＋m_水，
③－①得m₃－m₁＝m_水－m_空气
因为m_水≥m_空气
所以m_水＝m₃－m₁（小量忽略法）
所以V_瓶＝m(水)／ρ(水)＝(m₃-m₁)／ρ(水)m_空气＝ρ_空气×(m₃-m₁)／ρ(水)
②－①得 m_样品＝（m₂－m₁）＋m_空气
因为M(样品)／M(空气)＝m(样品)／m(空气)
所以M_样品＝M_空气×m(样品)／m(空气)＝29.0×m(样品)／m(空气)