實(shí)驗(yàn)測(cè)定阿伏加德羅常數(shù)

楊蕾

阿伏加德羅常數(shù)是高中化學(xué)的考試熱點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定阿伏加德羅常數(shù)是其中重要的考查內(nèi)容，常用方法有電解法和利用NaCl晶體結(jié)構(gòu)求算法，解析如下。

一、電解法

例1 阿伏加德羅常數(shù)（N_A）、物質(zhì)的量（n）和粒子數(shù)（N）之間有如下關(guān)系：

測(cè)定阿伏加德羅常數(shù)有多種方法，其中電解法是常用的方法。試回答下列有關(guān)問(wèn)題。

（l）實(shí)驗(yàn)室有同樣濃度的NaCI、CuS0₄、AgNO₃、H₂SO₄等溶液，若實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不考慮電極上的析出物與電解后的溶液之間的反應(yīng)，則你認(rèn)為選用哪種溶液作電解液，既能使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便，又能使測(cè)定結(jié)果誤差小，請(qǐng)說(shuō)明理由：______。

（2）采用你所選定的溶液來(lái)實(shí)驗(yàn)，至少應(yīng)測(cè)定哪些數(shù)據(jù)：____。

（3）若已知一個(gè)電子的電量（符號(hào)為q），選定符號(hào)代表有關(guān)數(shù)據(jù)，列出求算阿伏加德羅常數(shù)（N_A）的數(shù)學(xué)表達(dá)式：______。

解析：從實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便、測(cè)定結(jié)果誤差小來(lái)選擇電解質(zhì)溶液，再通過(guò)電解過(guò)程中電極的析出量來(lái)求算阿伏加德羅常數(shù)。

（1）閃產(chǎn)生的氣體體積較難測(cè)定準(zhǔn)確，故不選用NaCl或H₂SO₄。溶液。在同樣條件下，通過(guò)等量的電量時(shí)，同體析出量越多，稱量和計(jì)算時(shí)產(chǎn)生的誤差越小，故該實(shí)驗(yàn)選用AgNO₄溶液最好。

（2）根據(jù)題中公式要求準(zhǔn)確測(cè)出通過(guò)電路的電子數(shù)——N（e），及電極所析出銀的物質(zhì)的量——n（c）.至少應(yīng)測(cè)定電流、通電時(shí)間及電解產(chǎn)物銀的質(zhì)量。

（3）根據(jù)（2）對(duì)缺省數(shù)據(jù)設(shè)定符號(hào)，如以I代表電流，以t代表通電時(shí)間，以m代表所析出銀的質(zhì)量，而要求出銀的物質(zhì)的量，還需要的數(shù)據(jù)為銀的摩爾質(zhì)量，設(shè)用M表示，因此得：

答案：（1）用AgNO₃溶液作電解液好。因用NaCl或H₂SO₄產(chǎn)牛的氣體體積較難測(cè)定準(zhǔn)確，在同樣條件下，通過(guò)等量的電量時(shí)，固體析出量越多，稱量和汁算時(shí)產(chǎn)生的誤差越小

（2）電流、通電時(shí)間及電解產(chǎn)物銀的質(zhì)量

（3）

練習(xí)：測(cè)定阿伏加德羅常數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法中有…種電解法：以石墨為電極電解CuCl₂，溶液，當(dāng)電流為IA，通過(guò)時(shí)間為tmin，陰極增重mg（設(shè)一個(gè)電子的電量為qC，銅的相對(duì)原子質(zhì)量為M），則阿伏加德羅常數(shù)可表示為（）。

解析：利用電量相等建立關(guān)系式整理即得。

答案：B

二、利用NaCI晶體結(jié)構(gòu)求算法

例2 下圖為NaCl的晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)X射線衍射測(cè)得，NaCI晶體中Na+與Cl-之間的問(wèn)隔為2.819×10^-8cm，已知NaCl晶體的摩爾質(zhì)量為58.44g·mol^-1，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以確定阿伏加德羅常數(shù)的值。

解析：

（一）方案：

（1）將固體NaCI研細(xì)、干燥，準(zhǔn)確稱取8～15gNaCI晶體，并裝入25.0 mL容量瓶中。

（2）用滴定管向容量瓶中滴加苯（需用CaCl₂除去其中的水分）。不斷振蕩，繼續(xù)加苯至容量瓶刻度線，計(jì)算NaCI晶體的體積，并求其密度。

（3）重復(fù)上述步驟2～3次，取幾次結(jié)果的平均值計(jì)算。

（二）計(jì)算公式：

上式中M為NaCI晶體的摩爾質(zhì)量（58.44 9·mol^-1），ι為NaCl晶體中Na與Cl之間的間隔（2.819×10^-8cm），p為NaCl晶體的密度（g·cm^-3）。

小結(jié)：利用NaCl晶體結(jié)構(gòu)及摩爾質(zhì)量，求算阿伏加德羅常數(shù)的值，關(guān)鍵是測(cè)得晶體的密度。而選擇容量瓶作為測(cè)量容器，通過(guò)測(cè)定一定質(zhì)量NaCl的體積，能較好地達(dá)到要求。