專題9化學實驗 第5講定量實驗分析型實驗題 熱點一定量測定數據的方法和過程分析 熱點二實驗數據的處理與分析 練出高分 熱點一定量測定數據的方法和過程分析 數據的測定方法1 沉淀法先將某種成分轉化為沉淀 然后稱量純凈 干燥的沉淀的質量 再進行相關計算 2 測氣體體積法對于產生氣體的反應 可以通過測定氣體體積的方法測定樣品純度 量氣裝置的設計 下列裝置中 a是常規的量氣裝置 b c d是改進后的裝置 3 測氣體質量法將生成的氣體通入足量的吸收劑中 通過稱量實驗前后吸收劑的質量 求得所吸收氣體的質量 然后進行相關計算 4 滴定法即利用滴定操作原理 通過酸堿中和滴定 沉淀滴定和氧化還原反應滴定等獲得相應數據后再進行相關計算 典例 2014 北京理綜 27 碳 硫的含量影響鋼鐵性能 碳 硫含量的一種測定方法是將鋼樣中碳 硫轉化為氣體 再用測碳 測硫裝置進行測定 1 采用裝置a 在高溫下將x克鋼樣中碳 硫轉化為co2 so2 氣體a的成分是 若鋼樣中硫以fes形式存在 a中反應 3fes 5o21 3 解析 鋼樣 含有鐵 碳 硫 在高溫下與o2反應 除生成co2 so2外 還有剩余的o2 故氣體a中含有co2 so2 o2 該反應中 s元素由 2價被氧化為 4價 即生成so2 再結合元素守恒及元素的化合價升降總數相等 配平該反應方程式 3fes 5o2fe3o4 3so2 答案 so2 co2 o2 fe3o4so2 2 將氣體a通入測硫裝置中 如圖 采用滴定法測定硫的含量 h2o2氧化so2的化學方程式 用naoh溶液滴定生成的h2so4 消耗zmlnaoh溶液 若消耗1mlnaoh溶液相當于硫的質量為y克 則該鋼樣中硫的質量分數 解析 h2o2具有強氧化性 so2具有強還原性 二者發生氧化還原反應生成h2so4 化學方程式為h2o2 so2 h2so4 消耗1mlnaoh溶液相當于硫的質量為yg 則消耗zmlnaoh溶液相當于硫的質量為yzg 那么鋼樣中硫的質量分數為答案 h2o2 so2 h2so4 3 將氣體a通入測碳裝置中 如下圖 采用重量法測定碳的含量 氣體a通過b和c的目的是 計算鋼樣中碳的質量分數 應測量的數據是 解析 裝置b中活性mno2將so2氧化 裝置c中k2cr2o7 濃h2so4具有強氧化性 用于吸收氣體a中的so2 防止so2進入co2吸收瓶 影響實驗結果 實驗中應測定實驗前后co2吸收瓶的質量變化 從而確定co2的質量 繼而求出鋼樣中碳的質量分數 答案 排除so2對co2測定的干擾 co2吸收瓶吸收co2前 后的質量 題組訓練 1 2014 重慶理綜 9 中華人民共和國國家標準 gb2760 2011 規定葡萄酒中so2最大使用量為0 25g l 1 某興趣小組用題圖1裝置 夾持裝置略 收集某葡萄酒中so2 并對其含量進行測定 1 儀器a的名稱是 水通入a的進口為 解析a儀器的名稱為冷凝管或冷凝器 為使冷卻效果好 應將冷卻水從處于低處的b口通入 2 b中加入300 00ml葡萄酒和適量鹽酸 加熱使so2全部逸出并與c中h2o2完全反應 其化學方程式為 解析so2具有強還原性 h2o2具有強氧化性 二者發生氧化還原反應 so2 h2o2 h2so4 冷凝管 或冷凝器 b so2 h2o2 h2so4 3 除去c中過量的h2o2 然后用0 0900mol l 1naoh標準溶液進行滴定 滴定前排氣泡時 應選擇題圖2中的 若滴定終點時溶液的ph 8 8 則選擇的指示劑為 若用50ml滴定管進行實驗 當滴定管中的液面在刻度 10 處 則管內液體的體積 填序號 10ml 40ml 40ml 解析naoh盛裝在堿式滴定管中 應將橡皮管向上彎曲排出氣泡 故選 滴定至終點時溶液的ph 8 8 在酚酞的變色范圍內 故可選用酚酞作指示劑 液面在10ml時滴定管中有刻度的液體為40ml 因滴定管的下端有一段無刻度 故管內液體的體積大于40ml 答案 酚酞 4 滴定至終點時 消耗naoh溶液25 00ml 該葡萄酒中so2含量為 g l 1 解析so2與naoh存在如下關系 so2 h2so4 2naoh64g2molm so2 0 0900mol l 1 0 025l 0 24 5 該測定結果比實際值偏高 分析原因并利用現有裝置提出改進措施 解析鹽酸為揮發性酸 揮發出的hcl消耗naoh 使測量值偏大 可以用難揮發的稀硫酸代替鹽酸進行該實驗 原因 鹽酸的揮發 改進措施 用不揮發的強酸如硫酸代替鹽酸 或用蒸餾水代替葡萄酒進行對比實驗 扣除鹽酸揮發的影響 2 鋁鎂合金是飛機制造 化工生產等行業的重要材料 研究性學習小組的同學為測定某含鎂3 5 的鋁鎂合金 不含其他元素 中鎂的質量分數 設計了下列兩種不同實驗方案進行探究 方案一 實驗方案 將鋁鎂合金與足量naoh溶液反應 測定剩余固體質量 實驗中發生反應的化學方程式是 解析將鋁鎂合金與足量naoh溶液反應 鎂不和naoh溶液反應 鋁發生反應 2al 2naoh 2h2o 2naalo2 3h2 答案2al 2naoh 2h2o 2naalo2 3h2 實驗步驟 1 稱取10 8g鋁鎂合金粉末樣品 溶于體積為v 物質的量濃度為4 0mol l 1的naoh溶液中 充分反應 則naoh溶液的體積v ml 解析假設合金中鎂的質量分數最少為3 則10 8g鋁鎂合金粉末樣品中含有鋁10 476g 其物質的量是0 388mol 根據反應2al 2naoh 2h2o 2naalo2 3h2 知 需要n naoh n al 0 388mol v naoh 0 388mol 4 0mol l 1 0 097l 97 2 過濾 洗滌 干燥 稱量固體 該步驟中若未洗滌固體 測得鎂的質量分數將 填 偏高 偏低 或 無影響 解析過濾后 金屬鎂的表面會沾有其他離子 如果沒有洗滌 稱量后的固體的質量將大于鎂的實際質量 所測得鎂的質量分數將偏高 偏高 方案二 實驗方案 將鋁鎂合金與足量稀硫酸溶液反應 測定生成氣體的體積 實驗步驟 1 同學們擬選用下列實驗裝置完成實驗 你認為最簡易的裝置其連接順序是a接 接 接 填接口字母 可不填滿 解析很明顯 該同學采用排水法來測量產生氫氣的體積 故a應連接e d連接g 最后讀數時要調節廣口瓶和量筒中的液面高度 f接口的導管太短 edg 2 仔細分析實驗裝置后 同學們經討論認為以下兩點會引起較大誤差 稀硫酸滴入錐形瓶中 即使不生成氫氣 也會將瓶內空氣排出 使所測氫氣體積偏大 實驗結束時 連接廣口瓶和量筒的導管中有少量水存在 使所測氫氣體積偏小 于是他們設計了如圖所示的實驗裝置 裝置中導管a的作用是 實驗前后量氣管中液面讀數分別為v1ml v2ml 則產生氫氣的體積為 ml 若需確定產生氫氣的量 還需測定的數據是 解析 用導管a連接后 滴入錐形瓶的稀硫酸的體積等于進入分液漏斗的氣體體積 從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差 量氣管的0刻度在上 故產生氫氣的體積為 v1 v2 ml 若需確定產生氫氣的量 還需知道實驗時的溫度和壓強 答案 使分液漏斗內氣體壓強與錐形瓶內氣體壓強相等 打開分液漏斗活塞時稀硫酸能順利滴下 滴入錐形瓶的稀硫酸的體積等于進入分液漏斗的氣體體積 從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差 v1 v2 實驗時的溫度和壓強 熱點二實驗數據的處理與分析 實驗數據統計與整理的一般方法1 數據的表格化 1 根據實驗原理確定應記錄的項目 所測的物理量 2 應注意數據的有效數字及單位和必要的注釋 3 設計的表格要便于數據的查找 比較 便于數據的計算和進一步處理 便于反映數據間的聯系 2 數據的圖像化圖像化是用直線圖或曲線圖對化學實驗結果加以處理的一種簡明化形式 它適用于一個量的變化引起另一個量的變化的情況 圖像化的最大特點是鮮明 直觀 簡單 明了 典例 2012 廣東理綜 31 1 2 3 碘在科研與生活中有重要應用 某興趣小組用0 50mol l 1ki 0 2 淀粉溶液 0 20mol l 1k2s2o8 0 10mol l 1na2s2o3等試劑 探究反應條件對化學反應速率的影響 解析解答本題時 要圍繞實驗目的 探究反應條件對化學反應速率的影響 進行分析與處理 1 淀粉溶液遇i2顯藍色 溶液由無色變為藍色時 溶液中有i2 說明na2s2o3消耗盡 為確保能觀察到藍色 溶液中na2s2o3要耗盡 由題給離子反應可得關系式 s2o i2 2s2o 則有n s2o n s2o 2 1時 能觀察到藍色 答案na2s2o3 2 2 為探究反應物濃度對化學反應速率的影響 設計的實驗方案如下表 表中vx 理由是 解析實驗的目的是探究k2s2o8溶液的濃度對化學反應速率的影響 故應保證每組實驗中其他物質的濃度相等 即溶液的總體積相等 即為20 0ml 從而可知vx 2 0 答案2 0保證反應物k2s2o8的濃度改變 而其他物質的濃度不變 3 已知某條件下 濃度c s2o 反應時間t的變化曲線如圖所示 若保持其他條件不變 請在坐標圖中 分別畫出降低反應溫度和加入催化劑時c s2o t的變化曲線示意圖 進行相應的標注 解析降低溫度時 化學反應速率減慢 c s2o 變化減慢 加入催化劑時 化學反應速率加快 c s2o 變化加快 c s2o t的變化曲線如圖所示 答案如圖所示 遞進題組 題組一實驗數據的篩選與取舍1 某樣品是由碳酸鈉與氯化鈉組成的固體混合物 現欲測定樣品中碳酸鈉的質量分數 某同學稱取10 00g樣品 配成1000ml溶液 用 填儀器名稱 量取25 00ml放入錐形瓶中 加入甲基橙作指示劑 用0 1500mol l 1標準鹽酸溶液滴定至終點 平行測定三次 有關實驗數據記錄如下表 則樣品中碳酸鈉的質量分數為 解析碳酸鈉溶液呈堿性 應選用堿式滴定管 或25ml移液管 第2組測定體積為離群值 應舍去 用1 3組求體積的平均值 答案堿式滴定管 或25ml移液管 95 40 2 2011 新課標全國卷 26 1 2 0 80gcuso4 5h2o樣品受熱脫水過程的熱重曲線 樣品質量隨溫度變化的曲線 如下圖所示 請回答下列問題 1 試確定200 時固體物質的化學式 要求寫出推斷過程 解析分析cuso4 5h2o受熱脫水過程的熱重曲線可知 200 時和113 時的產物相同 可根據113 時樣品質量確定脫水產物 設113 時產物為cuso4 5 n h2o 則有 25018n0 80g0 80g 0 57g 0 23g 200 時產物為cuso4 h2o晶體 答案cuso4 h2o 25018n0 80g0 80g 0 57g 0 23g 200 時產物為cuso4 h2o晶體 2 取270 所得樣品 于570 灼燒得到的主要產物是黑色粉末和一種氧化性氣體 該反應的化學方程式為 把該黑色粉末溶解于稀硫酸中 經濃縮 冷卻 有晶體析出 該晶體的化學式為 其存在的最高溫度是 解析根據灼燒產物是黑色粉末可知分解生成cuo 則具有氧化性的另一產物為so3 所以灼燒時反應方程式為cuso4cuo so3 cuo溶于稀硫酸得cuso4溶液 結晶時又生成cuso4 5h2o 由脫水過程的熱重曲線可知其存在的最高溫度為102 答案cuso4cuo so3 cuso4 5h2o102 題組二實驗數據的合理組合3 現有一份cuo和cu2o的混合物 用h2還原法測定其中的cuo質量xg 實驗中可以測定以下數據 w 混合物的質量 g w h2o 生成水的質量 g w cu 生成cu的質量 g v h2 標準狀況下消耗h2的體積 l 已知摩爾質量 cu 64g mol 1 cuo 80g mol 1 cu2o 144g mol 1 h2o 18g mol 1 1 為了計算x至少需要測定上述4個數據中的 個 這幾個數據的組合共有 種 請將這些組合一一填入下列空格中 說明 選用w w h2o w cu v h2 表示 不必列出具體算式 每個空格中填一種組合 有幾種組合就填幾種 不必填滿 解析本題是考查學生根據實驗試題的要求 設計實驗方案的能力及數據處理能力 而且本題是數學知識與化學結合的一個題目 本題想解決的是cuo和cu2o二元混合物的質量組成 要通過列二元一次方程組的方法求解 所以需要獲得兩個數據 將題中所給數據進行排列組合 有下列6種組合 2 從上述組合中選出一個含w數據的求x的計算式 3 以上數據組合中易于取得的一組是 在6種組合中不難看出v h2 w h2o 一組不能成立 因為這一組僅與氧元素有關而與銅元素無關 不能形成兩個有效的二元一次方程 無法求出cuo和cu2o的量 所以實際只有5組數據組合是合理的 但在這5種組合中 結合氫氣要過量的特點 v h2 這一數據在獲得上有一定的困難 測w h2o 易受空氣中的水及co2的干擾 并且裝置復雜 數據合理 但不簡易 w及w cu 在獲取上是最容易且可靠的 答案 1 25 2 可從以下三組中任選一組 3 w和w cu 4 在0 1 01 105pa時進行下列實驗 甲 乙 丙三位同學各取30 0ml同濃度的鹽酸 加入相同組成的鎂鋁合金粉末 測定產生氣體的體積 有關數據列表如下 試求 1 鹽酸的物質的量濃度是多少 解析依據表格數據可知 甲同學實驗鹽酸過量 乙 丙實驗中合金過量 鹽酸完全反應 按乙 丙中產生氫氣的體積計算n hcl 2hcl h2 答案2 0mol l 1 2 合金中各成分的質量分數 解析甲中鹽酸過量 合金完全反應用甲組數據計算 n h2 0 025mol設合金中mg al的物質的量分別為x y 答案mg的質量分數為47 1 al的質量分數為52 9 定量化學實驗數據的加工處理策略實驗所得的數據 可分為有用 有效數據 正確 合理數據 錯誤 無效數據 及無用 多余數據等 能從大量的實驗數據中找出有用 有效 正確 合理的數據是實驗數據分析處理題的一個重要能力考查點 也是近年來命題變化的一個重要方向 反思歸納 對實驗數據篩選的一般方法和思路為 五看 一看數據是否符合測量儀器的精度特點 如用托盤天平測得的質量的精度為0 1g 若精度值超過了這個范圍 說明所得數據是無效的 二看數據是否在誤差允許范圍內 若所得的數據明顯超出誤差允許范圍 要舍去 三看反應是否完全 是否是過量反應物作用下所得的數據 只有完全反應時所得的數據 才能進行有效處理和應用 四看所得數據的測試環境是否一致 特別是氣體體積數據 只有在溫度 壓強一致的情況下才能進行比較 運算 五看數據測量過程是否規范 合理 錯誤和違反測量規則的數據需要舍去 1 表格型題的解題要點在于通過審題 獲取有用信息 然后對表格中數據進行比較分析 依據物質的性質 變化規律進行解答 2 直角坐標系題的解題要點在于解題時要求學生首先弄清楚自變量和因變量到底是什么 注意理解起點 終點 轉折點的含義 然后根據所學知識分析概念 圖像 數值三者之間的關系 練出高分 2 3 4 1 練出高分 1 碳酸鎂晶須是一種新型的吸波隱形材料中的增強材料 1 合成該物質的步驟如下 步驟1 配制0 5mol l 1mgso4溶液和0 5mol l 1nh4hco3溶液 步驟2 用量筒量取500mlnh4hco3溶液于1000ml四口燒瓶中 開啟攪拌器 溫度控制在50 2 3 4 1 練出高分 步驟3 將250mlmgso4溶液逐滴加入nh4hco3溶液中 1min內滴加完后 用氨水調節溶液ph到9 5 步驟4 放置1h后 過濾 洗滌 步驟5 在40 的真空干燥箱中干燥10h 得碳酸鎂晶須產品 mgco3 nh2on 1 5 回答下列問題 步驟3中加氨水后的離子方程式 步驟4為加快過濾速度 常用 填過濾方法 2 3 4 1 練出高分 步驟3 將250mlmgso4溶液逐滴加入nh4hco3溶液中 1min內滴加完后 用氨水調節溶液ph到9 5 步驟4 放置1h后 過濾 洗滌 步驟5 在40 的真空干燥箱中干燥10h 得碳酸鎂晶須產品 mgco3 nh2on 1 5 回答下列問題 步驟3中加氨水后的離子方程式 步驟4為加快過濾速度 常用 填過濾方法 2 3 4 1 練出高分 解析 加入氨水促進hco的電離 適當增大co的濃度 加快過濾的方法只能是減壓過濾 減壓過濾 或抽濾 2 3 4 1 練出高分 2 測定合成的mgco3 nh2o中的n值 稱量1 000g碳酸鎂晶須 放入右圖所示的廣口瓶中 加入適量水 滴入稀硫酸與晶須反應 生成的co2被naoh溶液吸收 在室溫下反應4 5h 反應后期將溫度升到30 最后的燒杯中的溶液用已知濃度的鹽酸滴定 測得co2的總量 重復上述操作2次 2 3 4 1 練出高分 圖中氣球的作用是 上述反應后期要升溫到30 主要目的是 設3次實驗測得每1 000g碳酸鎂晶須產生的co2平均值為amol 則n值為 用含a的表達式表示 解析 開始產生的co2速率大于naoh溶液吸收co2的速率 氣球逐漸脹大 暫時儲存co2 避免產生的co2使內部壓強過大 造成氣體泄漏 后期co2被naoh吸收時 氣球逐漸變小 2 3 4 1 練出高分 使溶解在水中的co2逸出 便于吸收完全 找出關系 mgco3 nh2o co284 18n11 000a得n 1 000 84a 18a 2 3 4 1 練出高分 答案 暫時儲存co2 有利于co2被naoh溶液吸收 且能保持裝置中壓強相對穩定 升高溫度氣體的溶解度減小 使溶解在水中的co2逸出 便于吸收完全 1 84a 18a 2 3 4 1 練出高分 3 稱取100g上述晶須產品進行熱重分析 熱重曲線如下圖 則該條件下合成的晶須中 n 選填 1 2 3 4 5 2 3 4 1 練出高分 解析從圖中看 剩余質量為82 3g時 減少的質量為失去的結晶水的質量 剩余39 5g時 減少的質量為分解出的co2的質量 列式 100g 18n 84 18n 100g 82 3g 得n 1 答案1 2 3 4 1 2 某課外活動小組設計了以下實驗方案驗證ag與濃hno3反應的過程中可能產生no 其實驗流程圖如下 2 3 4 1 1 測定硝酸的物質的量反應結束后 從如圖b裝置中所得100ml溶液中取出25 00ml溶液 用0 1mol l 1的naoh溶液滴定 用酚酞作指示劑 滴定前后的滴定管中液面的位置如右圖所示 在b容器中生成硝酸的物質的量為 則ag與濃硝酸反應過程中生成的no2的物質的量為 2 3 4 1 解析本題根據ag和濃hno3反應原理 考查了酸堿中和滴定及氣體成分的分析方法 根據圖示消耗naoh溶液的體積為20 00ml n hno3 20 00 10 3l 0 1mol l 1 4 0 008mol n no2 3 0 012mol 答案0 008mol0 012mol 2 3 4 1 2 測定no的體積 從如圖所示的裝置中 你認為應選用 裝置進行ag與濃硝酸反應實驗 選用的理由是 選用如圖所示儀器組合一套可用來測定生成no體積的裝置 其合理的連接順序是 填各導管口編號 在讀取量筒內液體體積之前 應進行的操作 2 3 4 1 解析裝置a可以利用n2排盡裝置內的氣體 防止no被氧化 所以選用裝置a 其裝置順序為a b c e 為了減少誤差 在讀取no體積時 一是要冷卻到室溫 二是量筒內液面應和集氣瓶內液面相平 答案 a因為a裝置可以通入n2將裝置中的空氣排盡 防止no被空氣中o2氧化 123547 液體冷卻到室溫 并使集氣瓶和量筒內液面相平 2 3 4 1 3 氣體成分分析若實驗測得no的體積為112 0ml 已折算到標準狀況 則ag與濃硝酸反應的過程中 填 有 或 沒有 no產生 作此判斷的依據是 解析根據3no2 h2o 2hno3 no0 012mol0 004molv no 0 004mol 22 4l mol 1 0 0896l 0 112l 所以 ag與濃硝酸反應的過程中有no產生 有 因為no2與水反應生成的no的體積小于 收集到的no的體積 2 3 4 1 3 目前流行的關于生命起源假設的理論認為 生命起源于約40億年前的古洋底的熱液環境 這種環境系統中普遍存在鐵硫簇結構 如fe2s2 fe4s4 fe8s7等 這些鐵硫簇結構參與了生命起源的相關反應 某化學興趣小組在研究某鐵硫簇結構的組成時 設計了下列實驗 2 3 4 1 實驗 確定硫的質量 2 3 4 1 按圖連接裝置 檢查好裝置的氣密性后 在硬質玻璃管a中放入1 0g鐵硫簇結構 含有部分不反應的雜質 在試管b中加入50ml0 100mol l 1的酸性kmno4溶液 在試管c中加入品紅溶液 通入空氣并加熱 發現固體逐漸轉變為紅棕色 待固體完全轉化后 將b中溶液轉移至250ml容量瓶 洗滌試管b后定容 取25 00ml該溶液用0 01mol l 1的草酸 h2c2o4 溶液滴定剩余的kmno4 記錄數據如下 2 3 4 1 2 3 4 1 實驗 確定鐵的質量 將實驗 硬質玻璃管a中的殘留固體加入稀鹽酸中 充分攪拌后過濾 在濾液中加入足量的naoh溶液 過濾后取濾渣 經充分灼燒得0 6g固體 試回答下列問題 1 判斷滴定終點的方法是 當滴入最后一滴草酸溶液時 錐 形瓶中溶液由淺紅色變為無色 且半分鐘內不變化 2 3 4 1 2 試管c中品紅溶液的作用是 有同學提出 撤去c裝置對實驗沒有影響 你的看法是 選填 同意 或 不同意 理由是 驗證so2是否被酸性kmno4 溶液完全吸收 同意 當b中溶液顏色不變化 即可證明so2已被酸性kmno4溶液完全吸收 2 3 4 1 3 根據實驗 和實驗 中的數據可確定該鐵硫簇結構的化學式為 解析第1次滴定時h2c2o4溶液體積誤差較大 舍去 第2 3次取平均值 v h2c2o4 25 00ml 與h2c2o4反應的kmno4的物質的量為0 01mol l 1 0 025l 0 0001mol 與so2反應的kmno4的物質的量為0 05l 0 100mol l 1 10 0 0001mol 0 004mol 2 3 4 1 答案fe3s4 2 3 4 1 問題探究 滴定過程中 細心的同學發現該kmno4溶液顏色褪去的速率較平常滴定時要快得多 為研究速率加快的原因 該同學繼續進行了下列實驗 實驗數據如下表 2 3 4 1 4 分析上述數據 滴定過程中反應速率加快的一種可能原因是 解析對比實驗1 2知 mn2 可使反應速率加快 對比實驗1 3知 溫度升高 反應速率加快 mn2 對反應起到催化作用 或反應放熱使溫度升高 加快反應速率 2 3 4 1 4 為測試一鐵片中鐵