第6課時(shí)大題考法(2)定量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)定量實(shí)驗(yàn)是將化學(xué)實(shí)驗(yàn)與化學(xué)計(jì)量有機(jī)的結(jié)合在一起，測定物質(zhì)化學(xué)組成與含量的探究性實(shí)驗(yàn)，是近幾年高考命題的?？碱}型。設(shè)計(jì)中先通過實(shí)驗(yàn)測出相關(guān)的有效數(shù)據(jù)，然后經(jīng)計(jì)算得出物質(zhì)的組成與含量。由于定量實(shí)驗(yàn)?zāi)康男?、?shí)用性強(qiáng)，能給予學(xué)生較大的創(chuàng)造空間，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，因此復(fù)習(xí)過程中注重定性實(shí)驗(yàn)拓展到定量實(shí)驗(yàn)的探討。 題型一測定物質(zhì)含量典例1(2017全國卷)凱氏定氮法是測定蛋白質(zhì)中氮含量的經(jīng)典方法，其原理是用濃硫酸在催化劑存在下將樣品中有機(jī)氮轉(zhuǎn)化成銨鹽，利用如圖所示裝置處理銨鹽，然后通過滴定測量。已知：NH3H3BO3=NH3H3BO3；NH3H3BO3HCl=NH4ClH3BO3。回答下列問題：(1)a的作用是_。(2)b中放入少量碎瓷片的目的是_。f的名稱是_。(3)清洗儀器：g中加蒸餾水；打開k1，關(guān)閉k2、k3，加熱b，蒸氣充滿管路；停止加熱，關(guān)閉k1，g中蒸餾水倒吸進(jìn)入c，原因是_；打開k2放掉水。重復(fù)操作23次。(4)儀器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示劑。銨鹽試樣由d注入e，隨后注入氫氧化鈉溶液，用蒸餾水沖洗d，關(guān)閉k3，d中保留少量水。打開k1，加熱b，使水蒸氣進(jìn)入e。d中保留少量水的目的是_。e中主要反應(yīng)的離子方程式為_，e采用中空雙層玻璃瓶的作用是_。(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)樣品m克進(jìn)行測定，滴定g中吸收液時(shí)消耗濃度為c molL1的鹽酸V mL，則樣品中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_%，樣品的純度_%。解析(1)導(dǎo)管a與大氣相通，其作用是避免燒瓶內(nèi)氣壓過大，發(fā)生危險(xiǎn)。(2)加熱液體時(shí)加入碎瓷片，其作用是防止液體暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管、蛇形冷凝管，要指明。(3)停止加熱，瓶內(nèi)水蒸氣冷凝，氣體壓強(qiáng)減小，會(huì)引起g中液體倒吸入c中，利用蒸餾水倒吸來洗滌儀器e、f。(4)止水夾k3處可能漏氣，導(dǎo)致測定的N元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，故d中保留少量水起液封作用，防止氨氣逸出。e中發(fā)生的主要反應(yīng)是銨鹽與氫氧化鈉反應(yīng)，需要加熱，使氨氣全部逸出?！爸锌针p層玻璃瓶”比較陌生，可以聯(lián)想平時(shí)生活中保溫玻璃瓶來分析問題。(5)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，由氮原子守恒可得：n(N)n(NH3)n(HCl) mol，則w(N)100%。又因C2H5NO2的相對(duì)分子質(zhì)量為75，樣品的純度%。答案(1)避免b中壓強(qiáng)過大(2)防止暴沸直形冷凝管(3)c中溫度下降，管路中形成負(fù)壓(4)液封，防止氨氣逸出NHOHNH3H2O保溫使氨完全蒸出(5)備考方略定量實(shí)驗(yàn)中的常用方法(1)重量分析法在重量分析中，一般首先采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ贡粶y組分以單質(zhì)或化合物的形式從試樣中與其他組分分離。重量分析法不需要選擇合適的指示劑，實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確判斷反應(yīng)是否發(fā)生完全，以及反應(yīng)前后固體(或液體)質(zhì)量的變化。重量分析的過程包括了分離和稱量兩個(gè)過程。根據(jù)分離的方法不同，重量分析法又可分為沉淀法、揮發(fā)法、萃取法等。計(jì)算方法采用重量分析法進(jìn)行定量計(jì)算時(shí)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式或原子守恒確定相關(guān)物質(zhì)之間的定量關(guān)系，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列出關(guān)系式，并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。(2)滴定分析法滴定分析法是將已知準(zhǔn)確濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，滴加到被測溶液中(或者將被測溶液滴加到標(biāo)準(zhǔn)溶液中)，直到所加的標(biāo)準(zhǔn)溶液與被測物質(zhì)按化學(xué)計(jì)量關(guān)系定量反應(yīng)為止，然后測量標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和所消耗的體積，算出待測物質(zhì)的含量。實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確量取待測溶液，根據(jù)指示劑的顏色變化確定滴定終點(diǎn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測溶液間的反應(yīng)類型的不同，可將滴定分析法分為四大類：中和滴定、氧化還原滴定、絡(luò)合滴定和沉淀滴定。(3)氣體體積法通過測量反應(yīng)生成氣體的體積進(jìn)行定量分析的方法，實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確測量生成氣體的體積。測氣體體積的方法可分為直接測量法和間接測量法兩種：直接測量法直接測量法就是將氣體通入帶有刻度的容器中，直接讀取氣體的體積。根據(jù)所用測量儀器的不同，直接測量法可分為倒置量筒法和滴定管法兩種間接測量法間接測量法是指利用氣體將液體(通常為水)排出，通過測量所排出液體的體積從而得到氣體體積的測量方法。常用的測量裝置為用導(dǎo)管連接的裝滿液體的廣口瓶和空量筒。排水法收集氣體時(shí)，要保證“短進(jìn)長出”對(duì)點(diǎn)練1有資料顯示過量的氨氣和氯氣在常溫下可合成巖腦砂(主要成分為NH4Cl)，某小組對(duì)巖腦砂進(jìn)行以下探究。.巖腦砂的實(shí)驗(yàn)室制備(1)C裝置中盛放堿石灰的儀器名稱為_。(2)為使氨氣和氯氣在D中充分混合并反應(yīng)，上述裝置的連接順序?yàn)閍dc_、_jihgb。(3)裝置D處除易堵塞導(dǎo)管外，還有不足之處為_。(4)檢驗(yàn)氨氣和氯氣反應(yīng)有巖腦砂生成時(shí)，除了蒸餾水、稀HNO3、AgNO3溶液、紅色石蕊試紙外，還需要的試劑為_。.天然巖腦砂中NH4Cl純度的測定(雜質(zhì)不影響NH4Cl純度測定)已知：2NH4Cl3CuO3Cu2HClN23H2O。步驟：準(zhǔn)確稱取1.19 g巖腦砂；將巖腦砂與足量的氧化銅混合加熱(裝置如下)。(5)連接好儀器后，檢查裝置的氣密性時(shí)，先將H和K中裝入蒸餾水，然后加熱G，_，則氣密性良好。(6)裝置H的作用是_。(7)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，裝置I增重0.73 g，則天然巖腦砂中NH4Cl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_。(8)若用K中氣體體積測定NH4Cl純度，當(dāng)量氣管內(nèi)液面低于量筒內(nèi)液面時(shí)，所測純度_(填“偏高”“ 無影響”或“偏低”)。解析：(1)C裝置中盛放堿石灰的儀器名稱為干燥管。(2)制取氨氣的氣流順序?yàn)閍dc，制取氯氣的氣流順序?yàn)閎ghij，考慮到氯氣的密度比空氣大，氨氣的密度比空氣小，所以氨氣從e口進(jìn)，氯氣從f口進(jìn)，氨氣和氯氣會(huì)形成逆向流動(dòng)，更有利于二者充分混合，同時(shí)注意確定連接順序時(shí)，氯氣氣流是從右向左的，合理的連接順序?yàn)閍dce、fjihgb。(3)裝置D處發(fā)生反應(yīng)生成了氯化銨，氯化銨為固體小顆粒，導(dǎo)管太細(xì)，固體顆粒容易堵塞導(dǎo)管；因?yàn)槁葰庥卸?，需要有尾氣處理裝置，所以不足之處為無尾氣處理裝置。(4)檢驗(yàn)固體氯化銨中的銨根離子需要?dú)溲趸c濃溶液和紅色石蕊試紙，檢驗(yàn)氯離子需要蒸餾水、硝酸銀溶液和稀硝酸，所以還需要的試劑為氫氧化鈉濃溶液。(5)連接好儀器后，檢查裝置的氣密性時(shí)，先將H和K中裝入蒸餾水，然后加熱G，導(dǎo)管末端有氣泡冒出，停止加熱，量氣管內(nèi)形成一段水柱，則氣密性良好。(6)產(chǎn)生的氣體通過裝置H中的濃硫酸，能夠吸收混合氣體中的水蒸氣，防止對(duì)HCl測定造成干擾，減小實(shí)驗(yàn)誤差。(7)裝置I增重為氯化氫氣體的質(zhì)量，0.73 g氯化氫的物質(zhì)的量為0.02 mol，根據(jù)反應(yīng)2NH4Cl3CuO3Cu2HClN23H2O可知，消耗氯化銨的物質(zhì)的量為0.02 mol，質(zhì)量為0.02 mol53.5 gmol11.07 g，則天然巖腦砂中NH4Cl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%89.9%。(8)當(dāng)量氣管內(nèi)液面低于量筒內(nèi)液面時(shí)，氮?dú)獾膲簭?qiáng)偏大，所測定的體積偏小，求得氯化銨的質(zhì)量偏小，所測純度偏低。答案：(1)干燥管(2)ef(3)無尾氣處理裝置(4)氫氧化鈉濃溶液(5)導(dǎo)管末端有氣泡冒出，停止加熱，量氣管內(nèi)形成一段水柱(6)吸收反應(yīng)產(chǎn)生的水蒸氣，防止對(duì)HCl測定造成干擾(7)89.9%(8)偏低題型二確定物質(zhì)組成典例2堿式碳酸鈷Cox(OH)y(CO3)z常用作電子材料，磁性材料的添加劑，受熱時(shí)可分解生成三種氧化物。為了確定其組成，某化學(xué)興趣小組同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(1)請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：稱取3.65 g樣品置于硬質(zhì)玻璃管內(nèi)，稱量乙、丙裝置的質(zhì)量；按如圖所示裝置組裝好儀器，并檢驗(yàn)裝置氣密性；加熱甲中玻璃管，當(dāng)乙裝置中_(填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象)，停止加熱；打開活塞a，緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)分鐘后，稱量乙、丙裝置的質(zhì)量；計(jì)算。(2)步驟中緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)分鐘的目的是_。(3)某同學(xué)認(rèn)為上述實(shí)驗(yàn)裝置中存在一個(gè)明顯缺陷，為解決這一問題，可選用下列裝置中的_(填字母)連接在_(填裝置連接位置)。(4)若按正確裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得如下數(shù)據(jù)：乙裝置的質(zhì)量/g丙裝置的質(zhì)量/g加熱前80.0062.00加熱后80.3662.88則該堿式碳酸鈷的化學(xué)式為_。解析(1)加熱甲中玻璃管，當(dāng)乙裝置中不再有氣泡產(chǎn)生，即堿式碳酸鈷分解完畢；(2)步驟中緩緩?fù)ㄈ肟諝鈹?shù)分鐘，將裝置中生成的CO2和H2O全部排入乙、丙裝置中，以免影響測量結(jié)果；(3)在活塞a前，加裝裝置D，裝置中盛放的堿石灰容易吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳；(4)堿式碳酸鈷樣品3.65 g，反應(yīng)前乙裝置的質(zhì)量為80.00 g，反應(yīng)后質(zhì)量為80.36 g，故生成水的質(zhì)量為80.36 g80.00 g0.36 g，物質(zhì)的量為0.02 mol，含OH的物質(zhì)的量為0.04 mol；反應(yīng)前丙裝置的質(zhì)量為62.00 g，反應(yīng)后質(zhì)量為62.88 g，生成二氧化碳的質(zhì)量為62.88 g62.00 g0.88 g，物質(zhì)的量為0.02 mol，含CO的物質(zhì)的量為0.02 mol，故鈷的質(zhì)量為3.65 g17 gmol10.04 mol60 gmol10.02 mol1.77 g，物質(zhì)的量為0.03 mol，根據(jù)Co、H、C原子守恒可知，xyz0.03 mol0.02 mol20.02 mol342，故堿式碳酸鈷的化學(xué)式為Co3(OH)4(CO3)2。答案(1)不再有氣泡產(chǎn)生時(shí)(2)將裝置中產(chǎn)生的H2O(g)和CO2全部排入乙、丙裝置中(3)D活塞a前(或裝置甲前)(4)Co3(OH)4(CO3)2易錯(cuò)警示(1)測定實(shí)驗(yàn)中要有消除干擾氣體的意識(shí)如用惰性氣體將干擾氣體排出，或用溶液吸收干擾氣體等。(2)測定實(shí)驗(yàn)中要有被測量氣體全部被測量的意識(shí)如可采取反應(yīng)結(jié)束后繼續(xù)向裝置中通入惰性氣體以使被測量氣體全部被吸收劑吸收的方法。(3)測定實(shí)驗(yàn)中要有“數(shù)據(jù)”的采集處理意識(shí)稱量固體質(zhì)量時(shí)，中學(xué)一般用托盤天平，可估讀到0.1 g，精確度要求高的實(shí)驗(yàn)中可以用分析天平或電子天平。測量液體體積時(shí)，一般實(shí)驗(yàn)中選用適當(dāng)規(guī)格的量筒，可估讀到0.1 mL，準(zhǔn)確度要求高的定量實(shí)驗(yàn)如中和滴定中選用滴定管，可估讀到0.01 mL。容量瓶作為精密的定容儀器，用于配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液，一般不用于量取液體的體積。氣體除了量取外，還可以稱量。稱氣體的質(zhì)量時(shí)一般有兩種方法：一種方法是稱反應(yīng)裝置在放出氣體前后的質(zhì)量減小值；另一種方法是稱吸收裝置前后的質(zhì)量增大值。用pH試紙(測得整數(shù)值)或pH計(jì)(精確到0.01)直接測出溶液的pH，經(jīng)過計(jì)算可以得到溶液中H或OH的物質(zhì)的量濃度。對(duì)點(diǎn)練2某學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室中利用如圖裝置(夾持裝置略去)測定某鐵硫化物(FexSy)的組成，并探究反應(yīng)后D裝置所得溶液中含硫化合物的組成。實(shí)驗(yàn)步驟：步驟如圖連接裝置，檢查裝置氣密性，裝入試劑；步驟旋開分液漏斗活塞與旋塞，并點(diǎn)燃酒精噴燈；步驟足夠長時(shí)間后，D中產(chǎn)生氣泡速率變快時(shí)，停止加熱，繼續(xù)向燒瓶中滴水一段時(shí)間步驟實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將D中所得溶液加水配制成250 mL溶液；請(qǐng)回答：(1)步驟中，停止加熱后還需繼續(xù)向燒瓶中滴水一段時(shí)間，其目的為_。(2)在C、D裝置之間不需要防倒吸裝置的理由是_。(3)步驟中配制溶液時(shí)所需的玻璃儀器除玻璃棒和燒杯外，還有_。(4)取25.00 mL步驟中所配溶液，加入足量的雙氧水，再加入足量鹽酸酸化的BaCl2溶液，將所得沉淀過濾、洗滌、干燥，稱其質(zhì)量為4.66 g。則FexSy的化學(xué)式為_。(5)有同學(xué)認(rèn)為可將裝置D改為裝有足量堿石灰的干燥管，通過測定反應(yīng)前后干燥管的增重來計(jì)算硫元素的含量。你認(rèn)為此方案是否合理：_(填“是”或“否”)，原因?yàn)開。(6)反應(yīng)后D裝置所得溶液中除含有Na2SO4外，還可能含有Na2SO3?，F(xiàn)用滴定法測定溶液中Na2SO3的含量?？晒┻x擇的試劑：0.100 0 molL1 KMnO4酸性溶液；0.100 0 molL1 H2O2溶液；0.100 0 molL1 KI淀粉溶液；0.100 0 molL1 BaCl2溶液；0.100 0 molL1 HCl溶液。所選試劑應(yīng)裝在_(填“酸式”或“堿式”) 滴定管中。所利用的反應(yīng)原理為_(用離子方程式表示)。解析：本實(shí)驗(yàn)的目的是測定某鐵硫化物(FexSy)的組成，并探究反應(yīng)后D裝置所得溶液中含硫化合物的組成。觀察裝置，A裝置中產(chǎn)生足量的氧氣經(jīng)干燥后，進(jìn)入C裝置與FexSy在加熱條件下反應(yīng)，生成硫的氧化物，進(jìn)入D被NaOH溶液吸收。(1)步驟中，停止加熱后還需繼續(xù)向燒瓶中滴水一段時(shí)間，繼續(xù)產(chǎn)生氧氣，F(xiàn)exSy其實(shí)已經(jīng)反應(yīng)完了，那么其目的為使生成的SO2全部進(jìn)入D中被NaOH溶液吸收。(2)此裝置中，不需要防倒吸裝置，雖然SO2易溶于水，但是其中還有難溶于水的氧氣，不會(huì)因?yàn)镾O2溶于水而使氣壓迅速降低發(fā)生倒吸。(3)步驟中配制250 mL溶液時(shí)，因?yàn)槭且渲埔欢w積的溶液，故需要250 mL容量瓶，所以所需的玻璃儀器除玻璃棒和燒杯外，還有250 mL容量瓶和膠頭滴管。(4)C裝置中產(chǎn)生的氣體，主要應(yīng)為SO2，所以D中生成Na2SO3，取25.00 mL步驟中所配溶液，加入足量的雙氧水，將其全部氧化為Na2SO4，再加入足量鹽酸酸化的BaCl2溶液，所得沉淀為BaSO4，質(zhì)量為4.66 g，其物質(zhì)的量為0.02 mol，250 mL溶液中含S元素的陰離子的物質(zhì)的量為0.2 mol，根據(jù)S原子守恒，12.0 g FexSy中n(S)0.2 mol，m(S)6.4 g，m(Fe)5.6 g，n(Fe)0.1 mol，所以，xy12，故FexSy的化學(xué)式為FeS2。(5)裝置D的作用是吸收裝置中產(chǎn)生的SO2，若改為裝有足量堿石灰的干燥管，空氣中的CO2和水蒸氣可能使干燥管增重，而且SO2可能被氧化，使增重偏大。(6)反應(yīng)后D裝置所得溶液中除含有Na2SO4外，還可能含有Na2SO3。要用滴定法測定溶液中Na2SO3的含量，可利用Na2SO3的還原性，故選一個(gè)氧化劑，還要有顏色的變化來判斷反應(yīng)的終點(diǎn)，所以只能選擇0.100 0 molL1 KMnO4酸性溶液，因其具有強(qiáng)氧化性，只能裝在酸式滴定管中，所利用的反應(yīng)原理為2MnO5SO6H=5SO2Mn23H2O。答案：(1)繼續(xù)生成O2，驅(qū)趕裝置內(nèi)殘留的SO2，使生成的SO2全部被NaOH溶液吸收(2)SO2中含不溶于NaOH溶液的O2(3)250 mL容量瓶、膠頭滴管(4)FeS2(5)否部分SO2被氧化；空氣中的CO2和水蒸氣可能使干燥管增重(6)酸式2MnO5SO6H=5SO2Mn23H2O