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氯化氢溶液和液氨溶液的混合气体实验与分析

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-08-12 10:26:00【

  今天纽瑞德小编月月为大家带来一个有趣的化学小实验,来分析一下逸散定律。这个实验是通过氯化氢溶液和液氨溶液的混合,发生反应进而观察进行的。透过这个实验,我们就能清楚地瞭解混合气体的现象,同时,也以定性分析理论解释清楚实验的结果。

 

  1.述扩散现象的实验如下:

 扩散实验1-纽瑞德特气

 

  2.用二个棉花塞住玻璃管的两端开口,其中一团棉花吸满氨水(NH3),另一个棉花吸满氯化氢(HCl盐酸),这二团棉花同时放到玻璃管的两端。几分钟后,氨分子遇到氯化氢分子,就会出现一圈白色的氯化氨 (NH4Cl):

  NH3(g)+HCl(g)→NH4Cl(s)

  3.气体穿越玻璃管的时间慢得令人惊讶,因为照理说,在25°C下,氯化氢(HCl)和氨(NH3)分子的移动速率大约每秒450到660公尺。

  4.那为什麽需要花好几秒钟,「氨NH3」和「氯化氢HC」分子才相遇呢?

  5.答案是玻璃管裡面含有空气,所以,在穿越玻璃管的过程中,「NH3」和「HCl」必须经历与「O2」和「N2」分子无数次的碰撞。

  6.虽然这些碰撞会大大减慢它们穿过玻璃管的速度,但是,我们还是可以把「NH3」和「HCl」相对移动距离,看成与它们的速度有关:

 

扩散实验2-纽瑞德特气

  7.不过,仔细的实验显示,以上的预测并不完全正确,依据观察所得的距离比是1.3,不是像格拉汉预测的1.5。

  8.这个差异并不是因为分子动力理论或是格拉汉定律错误,而是因为气体在扩散实验的移动,并不像在逸散实验裡那样单纯。

  9. 扩散实验的「氨气NH3」和「氯化氢HCl」气体,要穿越玻璃管的时候,会跟管内的气体短兵相接,产生碰撞。

  10.因为「氨气NH3」跟「氯化氢HCl」分子与「氮气N2」与「氧气O2」分子碰撞无数次,移动速度不得不减慢,所以,「氨气NH3」跟「氯化氢HCl」的速率,不完全等于它们的分子速率。

  11.速率愈快,分子碰撞的次数愈多,结果阻碍的气体分子的移动。因为「氨气」的分子量比较小(因此速率较快),所以它移动的时候受到分子碰撞的阻碍,远比「氯化氢」气体多。

  12.所以,「氨气」分子遇到「氯化氢」的「移动距离」,比格拉汉定律预期的「移动距离」短。(依据格拉汉定律,「氨气」移动距离与「氯化氢」移动距离的比值是1.5)。

  13.虽然我们只讨论一个「定性分析qualitative treatment」的实验范例,但是透过这个实验,我们就能清楚地瞭解混合气体的现象,同时,也以定性分析理论解释清楚实验的结果。

 

  研析心得:

 

  1.格拉汉从错综複杂的气体现象中,归纳出逸散定律的结论。而扩散实验,在验证格拉汉定律时,发现实际情况与定律的误差:氨气分子跑的距离,比定律所估计的距离短,为什麽?

  2.首先检查,气体扩散实验的情况,与格拉汉逸散实验有什麽不同?

  3.气体扩散实验的玻璃管裡,充满空气,可是格拉汉逸散实验,是由充满空气的隔间,穿过孔洞,到一个真空的隔间。

  4.依据勒沙特列原理,格拉汉逸散实验中,装满空气的隔间内的气体分子,应该会拼命往,完全没有气体的真空隔间方向钻。

  5.也就是所有的气体,犹如水受到地心引力,往排水孔流失,气体分子会受真空孔洞的吸引,拼命往牆壁上的孔洞钻。

  6.但是,扩散实验的气体,却不是这样。玻璃管,塞了氨水棉花的一端,氨气浓度非常高,按照勒沙特列原理,会逐渐地往浓度低的方向移动,也就是氯化氢棉花的方向移动。

  7.而塞了氯化氢的棉花那一端,氯化氢的浓度非常高,同样会往浓度低的方向移动,也就是氨水棉花的方向移动。

  8.这二种不同的实验情况,怎麽影响气体粒子的移动速率呢?

  9.第一、在扩散实验中,氯化氢分子或氨气分子在玻璃管中的移动,是依据自己本来的移动方向与速率的惯性往前跑,绝大多数的分子并不是笔直地往玻璃管另一端跑,而是往四面八方乱跑;有可能先碰撞到上面的玻璃管,再反弹到下面的玻璃管,这样反弹无数次,以曲折的路径前进。

  10.可是,在逸散实验中的气体粒子,受到真空孔洞强大引力吸引,围绕著孔洞的气体粒子,各自以十分接近直线的路径穿越孔洞,这样的移动速率一定较快。所以,「扩散实验的玻璃管中的气体粒子」,移动速度应该比「逸散实验中的气体粒子」慢。

  11.第二、扩散实验的玻璃管本身就有气体,氯化氢分子和氨分子会撞击到其他气体粒子,造成减速;而其中质量较大的氨分子移动速率较快,撞击到其他分子的次数更多,减速的情况更严重。

  12.但是,逸散实验中的气体粒子,从开始穿越孔洞开始,到进入真空隔间的过程中,几乎没有受到其他气体的阻碍。所以,逸散实验中的气体粒子,一定跑得比较快。

 

  气体小常识:

 

  氯化氢分子是由一个氯原子和一个氢原子组成的。分子式为HCl。氯化氢是无色而有刺激性气味的气体。氯化氢水溶液为盐酸,纯盐酸为无色液体,在空气中冒雾(由于盐酸有强挥发性),有刺鼻酸味。

 

  液氨,又称为无水氨,是一种无色液体,有强烈刺激性气味。液氨主要用于生产硝酸、尿素和其他化学肥料,还可用作医药和农药的原料。

 

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此文关键字:液氨 氯化氢