镁与盐酸：测氢气的摩尔体积与 R
称一段镁条，让它在倒立于水中的量气管里与盐酸反应，用排水法收集氢气。对齐内外液面、扣除水的饱和蒸气压，由读数算出气体常数 R 和氢气在 0 °C、100 kPa 的摩尔体积；再看看漏掉每一项校正会差多少。
实验目的 由反应生成的氢气测定气体常数 R 与摩尔体积，并说明道尔顿分压定律与液面校正的作用。
操作步骤
- 选择实验编号，记下镁条质量（分析天平，±0.1 mg）、水温和气压计读数。
- 放入镁条：酸沉到镁条处，氢气泡升到管顶，水面下降。等镁条完全溶解、气泡停止。
- 升降量气管，直到管内液面与管外液面相平，再读取气体体积（读弯月面最低处，读到 0.05 mL）。
- 计算：p(H₂) = p(气压) − p°(H₂O, T)；n(H₂) = n(Mg)；R = pV/(nT)；再把体积换算到 0 °C、100 kPa 得到摩尔体积。
- 取消“扣除水的饱和蒸气压”，再把量气管提高或压低而不作液面校正，看 R 偏离多少。
注意观察
- 提高量气管，管内水面随之升高，气体压强变小而体积变大；压低则相反——这正是玻意耳定律。只有内外液面相平时，管内气体压强才等于大气压。
- 22 °C 时水的饱和蒸气压约 2.6 kPa：忘记扣除它，R 会偏高约 2.7 %（8.54 而非 8.31）。
- 内外液面差 15 cm 相当于约 1.5 kPa：不作校正，R 又偏 1.5 % 左右。两项都校正后，R 与 8.314 只差读数的舍入。
真实实验室
- 盐酸有腐蚀性，戴护目镜；氢气易燃，实验区不能有明火。
- 镁条表面的氧化层与镁反应却不放出氢气，结果偏低：实验前用砂纸或钢丝绒擦亮镁条。
- 少量氢气会溶在水里，量气管与水温不一致也会带来误差：反应结束后静置几分钟，等气体与水达到同一温度再读数。
- 若无法对齐液面，可量出内外液面高度差 h，从气压中减去 ρgh（每厘米水柱约 98 Pa）。