同學 我們之前有學過 收集難溶於水的氣體 例如：氫氣、氧氣、一 氧化碳 氮氣、一氧化氮...等氣體 必須採用排水集氣法 但是實驗進行後 集氣瓶內所收集到的氣體 都會是我們所預期中的氣體嗎？ 我們真正所要產生的氣體壓力 和莫耳數會是多少呢？ 這個單元 我們要學習的是利用排水集氣法 所得氣體的壓力校正計算方法 利用排水集氣法收集 難溶於水的氣體時 氣體會由導管通過水而冒出 利用氣體佔有體積 以及氣體所具有的壓力 將瓶內的水擠出集氣瓶外 由於收集氣體的同時 水也在蒸發 液體水與水蒸氣共存 故所收集到的氣體 會含有飽和的水蒸氣 集氣瓶中會含有實驗所製造的氣體 以及飽和水蒸氣兩種氣體 故壓力為該氣體與水蒸氣的壓力和 也就是排水集氣法所收集到的 氣體壓力並不是瓶內的總壓 根據道耳頓分壓定律 此時集氣瓶裡面的總壓 為我們所製造出的氣體壓力 加水的飽和蒸氣壓 故我們收集到的氣體壓力必須 將集氣瓶裡面的總壓扣除 該溫度下水的飽和蒸氣壓 但因為水的飽和蒸氣壓 會隨溫度不同而改變 因此我們必須查圖表 或由題目提供訊息 得知實驗進行的溫度下 水的飽和蒸氣壓數值 由圖表可得知 溫度愈高 水的飽和蒸氣壓愈大 呈現正相關 代表水分子在較高溫時 可獲得較多能量 較易掙脫分子間的束縛 所以有比較大的飽和蒸氣壓 表中要特別注意的是 在1大氣壓下 水的沸點為100°C 此時水的飽和蒸氣壓 與外界壓力相同 即為1 atm 760 mmHg 在知道實驗進行時的溫度下 水的飽和蒸氣壓數值後 就要觀察排水集氣法實驗完畢時 集氣瓶內的水面高度 與瓶外的水面高度是否有所差異 有時集氣瓶內外水面高度不一定相等 因此 瓶內氣體的總壓計算方式就有所不同 情形1 集氣瓶內外水面等高 此時瓶內氣體總壓 與外界大氣壓力相同 故瓶內所收集到的乾燥氣體壓力 等於外界大氣壓力扣除 該溫度下水的飽和蒸氣壓 情形2 瓶內水面較瓶外水面高h cm 我們先將兩邊的水面高度差 h cm所造成的壓力 換算單位為mmHg的表示法 也就是利用兩種不同的溶液密度 來將水的高度 轉為以汞的高度來表示 若是要提供相同的壓力P 公式為P=水的高度×水的密度 =汞的高度×汞的密度 已知水的密度1 g/cm3 汞的密度13.6 g/cm3 故可得汞的高度=水的高度 ×水的密度除以汞的密度 =水的高度×1 除以13.6 單位為cm 在這裡 若要將壓力全部以mmHg表示 則上面的汞的高度再×10 總而言之 也就是兩邊的水面高度差h cm 若改以mmHg為單位表示 要改寫為h×10/13.6 mmHg 此時瓶內氣體總壓比外界大氣壓力小 若將瓶內氣體壓力以mmHg 為單位來表示 則此時Pt=Patm-h×10/13.6 mmHg 故瓶內所收集到的乾燥氣體為 Pg=Patm-h×10/13.6 mmHg 再扣除該溫度下水飽和蒸氣壓 情形3 瓶內水面較瓶外水面低h cm 此時瓶內氣體總壓比外界大氣壓力大 若將瓶內氣體壓力以mmHg 為單位來表示 則此時Pt=Patm+h×10/13.6 mmHg 故瓶內所收集到的乾燥氣體壓力 則是Pg=Patm+h×10/13.6 mmHg 扣除該溫度下水飽和蒸氣壓 試試看 你學會了嗎？ 若在1 atm、25°C時 以排水集氣法收集氧氣200 mL 實驗完畢時集氣瓶內的水面 較瓶外水面低6.8 cm 若已知此溫度下 水的飽和蒸氣壓為25 mmHg 試著算算看 集氣瓶內乾燥的氧氣壓力為多少? 所收集到的氧氣莫耳數 又是多少呢？ 若我們在計算時 都以mmHg為單位 則集氣瓶內的總壓 Pt=Patm+h×10/13.6=760+6.8×10/13.6=765 mmHg Pg=Pt-該溫度下水的飽和蒸氣壓 =765-25=740 mmHg 若要求收集到的氧氣莫耳數 可將已知的數值 帶入理想氣體方程式中 =740/760×200/1000/0.082× 所得氧氣為7.97×10-3 mol 綜合之前所學 我們可以利用道耳頓分壓定律 來將排水集氣法所收集到的氣體 進行壓力的校正 排水集氣法集氣瓶中所收集到的氣體 包含了我們實驗所製造出來的氣體 以及飽和水蒸氣 因此 欲求得純粹的乾燥氣體壓力 應扣除實驗進行時的水的飽和蒸氣壓 才是真正的氣體壓力 也就是製造的氣體壓力等於 集氣瓶裡面的總壓扣除 該溫度下水的飽和蒸氣壓 若進一步要得到該氣體的莫耳數 可利用製造的氣體壓力×體積 =莫耳數×理想氣體常數×絕對溫度 轉變為莫耳數=製造的氣體壓力 ×體積除以理想氣體常數×絕對溫度 來求得 同學們 看完本單元你是否已經學會 如何將排水集氣法所收集到的 氣體壓力進行校正了呢？ 歡迎到留言區 與我們分享你的學習心得喔！ 我們下次再見