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第十一章 化學實驗熱點
新
教
材
第70講 以物質含量或組成測定為主的綜合實驗
復習目標
1.掌握物質組成或含量測定的一般方法。
2.掌握定量測定實驗的思維模型。
內容索引
類型一 物質含量的測定
類型二 物質組成的測定
真題演練 明確考向
專項突破
歸納整合
類型一 物質含量的測定
(1)在重量分析中，一般首先采用適當的方法，使被測組分以單質或化合物的形式從試樣中與其他組分分離。
1.重量分析法
類型一 物質含量的測定
據實驗中發生反應的化學方程式或原子守恒確定相關物質之間的定量關系，再結合實驗數據列出關系式，并進行相關計算。
(4)計算方法
(3)重量分析法的過程包括分離和稱量兩個過程。
根據分離的方法不同，重量分析法又可分為沉淀法、揮發法、萃取法等。
(2)重量分析法不需要指示劑
關鍵是準確判斷反應是否完全，以及反應前后固體(或液體)質量的變化。
歸納整合
(1)滴定分析法是將已知準確濃度的標準溶液，滴加到待測溶液中(或者將待測溶液滴加到標準溶液中)，直到所加的標準溶液與待測溶液按化學計量關系定量反應完全為止，然后測量標準溶液消耗的體積，根據標準溶液的濃度和所消耗的體積，計算出待測物質的含量。
2.滴定分析法
類型一 物質含量的測定
歸納整合
(3)滴定分析法分為四大類：
中和滴定、氧化還原滴定、絡合滴定和沉淀滴定。
(2)實驗的關鍵是準確量取待測溶液，根據指示劑的顏色變化確定滴定終點。
(1)滴定過程中發生反應的離子方程式是_____________________________；測得該樣品中NaNO2的質量分數為________。
1.為了測定某樣品中NaNO2的含量，某同學進行如下實驗：①稱取樣品a g，加水溶解，配制成100 mL溶液。②取25.00 mL溶液于錐形瓶中，用0.020 0 mol/LKMnO4標準溶液(酸性)進行滴定，滴定結束后消耗KMnO4溶液V mL。
(一)直接滴定型
5NO2-+2MnO4-+6H+=5NO3-+2Mn2++3H2O
(2)若滴定過程中剛出現顏色變化就停止滴定，則測定結果______(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。
偏小
拓展 有關滴定的計算類型
歸納整合
2.稱取0.500 g CuCl成品置于過量FeCl3(aq)中，待固體完全溶解后，用0.200 0 mol/L的Ce(SO4)2標準液滴定至終點，消耗Ce(SO4)2標準液24.60 mL。相關反應如下：Fe3+＋CuCl=Fe2+＋Cu2+＋Cl－；Ce4+＋Fe2+=Fe3+＋Ce3+。
則CuCl的質量分數是________(保留四位有效數字)，若滴定操作耗時過長可能會使測定的CuCl質量分數_____(填“偏大”或“偏小”)。
97.91%
偏小
(二)連續反應型
Ce4＋～CuCl
根據反應方程式找到關系式:
n(CuCl)=n(Ce4＋)=n[Ce(SO4)2]=0.200 0×24.60×10－3=4.92×10－3mol
m(CuCl)=4.92×10－3 mol×99.5 g·mol－1=0.489 54 g
CuCl可能被氧氣氧化
歸納整合
3.煙道氣中的NOx是主要的大氣污染物之一，為了監測其含量，選用如下采樣和檢測方法。將V L氣樣通入適量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化為NO3-，加水稀釋至100.00 mL。量取20.00 mL該溶液，加入V1 mL c1 mol/LFeSO4標準溶液(過量)，充分反應后，用c2 mol/LK2Cr2O7標準溶液滴定剩余的Fe2＋，終點時消耗V2 mL。
(1)滴定過程中發生下列反應：
則氣樣中NOx折合成NO2的含量為____________________ mg·m－3。
(三)試劑過量型
回答下列問題：
3Fe2+ ＋ NO3- ＋ 4H+=NO↑＋3Fe3+＋2H2O
Cr2O72-＋6Fe2+＋14H+=2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O
c2V2
6c2V2
c1V1-6c2V2
1/3(c1V1－6c2V2)×10-3 mol
n(NO3-)＝
計算思維要點:“逆推”
歸納整合
3.煙道氣中的NOx是主要的大氣污染物之一，為了監測其含量，選用如下采樣和檢測方法。將V L氣樣通入適量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化為NO3-，加水稀釋至100.00 mL。量取20.00 mL該溶液，加入V1 mL c1 mol/LFeSO4標準溶液(過量)，充分反應后，用c2 mol/LK2Cr2O7標準溶液滴定剩余的Fe2＋，終點時消耗V2 mL。
(1)滴定過程中發生下列反應：
(三)試劑過量型
回答下列問題：
3Fe2+ ＋ NO3- ＋ 4H+=NO↑＋3Fe3+＋2H2O
Cr2O72-＋6Fe2+＋14H+=2Cr3+＋6Fe3+＋7H2O
c2V2
6c2V2
c1V1-6c2V2
1/3(c1V1－6c2V2)×10-3 mol
n(NO3-)＝
計算思維要點:“逆推”
(2)若FeSO4標準溶液部分變質，會使測定結果_____(填“偏高”“偏低”或“無影響”)。
偏高
歸納整合
(1)通過測量反應生成氣體的體積進行定量分析的方法
3.氣體體積法
(2) 分為直接測量法和間接測量法：
類型一 物質含量的測定
歸納整合
實驗的關鍵是準確測量生成氣體的體積。
①直接測量法
將氣體通入帶有刻度的容器中，
直接讀取氣體的體積。
②間接測量法
(2)通過測定下列物理量，能達到實驗目的的是_____(填字母)。
BC
防止Cu單質被重新氧化
關鍵能力
專項突破
1.某小組同學取含有少量CuO雜質的Cu2O樣品進行如下實驗，以測定Cu2O的純度。
(1)裝置a中所加的酸X是________(填化學式)。
H2SO4
(3)熄滅酒精燈之后，仍需通一段時間H2至試管冷卻，原因是_____________________。
A.反應前后裝置a的質量
B.充分反應后裝置c所得固體的質量
C.反應前后裝置d的質量
D.反應前后裝置e的質量
(1) ②需取用①中Na3AsO3溶液___mL。
②取一定量上述溶液，配制500 mL含砷量為1.0 g/L的砷標準溶液。
5
2.測定某明礬樣品(含砷酸鹽)中砷的含量，實驗步驟如下：
實驗一：配制砷標準溶液
①取一定質量的As2O3，用NaOH溶液完全溶解后，配制成1 L Na3AsO3溶液(此溶液1.0 mL相當于0.10 g砷)。
解析:
配制500 mL含砷量為1.0 g/L的砷標準溶液，需取用Na3AsO3溶液
=5 mL
③用明礬樣品代替20.00 mL砷標準溶液進行實驗，相同條件下生成相同量紅色膠態銀，需要5.0 g明礬樣品。
實驗二：測定樣品中砷含量(實驗裝置如圖，夾持裝置已略去)
①向B中加入20.00 mL砷標準溶液，再依次加
入一定量的鹽酸、KI溶液和SnCl2溶液，室
溫放置10 min，使砷元素全部轉化為H3AsO3。
②向B中加入足量鋅粒(含有ZnS雜質)，立即塞
上裝有乙酸鉛棉花的導氣管C，并使C管右側末端插入比色管D中銀鹽吸收液的液面下，控制反應溫度25～40 ℃。45 min后，打開K1通入N2，生成的AsH3氣體被完全吸收，Ag+被還原為紅色膠態銀。
(2)乙酸鉛棉花的作用是___________________________。
除去H2S，以免干擾D中反應
解析:乙酸鉛和H2S反應生成PbS沉淀，乙酸鉛棉花的作用是吸附H2S。
(4)控制B中反應溫度的方法是___________，
(3)寫出Zn與H3AsO3反應生成砷化氫的離子方程式并用單線橋表示電子轉移的方向和數目： _______________________________________。
水浴加熱
將砷化氫氣體完全帶入D中，使其完全反應
反應中通入N2的作用是__________________________。
(5)明礬樣品中砷的含量為____%。
0.4
20.00 mL砷標準溶液含砷量為0.02 L×1.0 g/L=0.02 g
明礬樣品中砷的含量為 ×100%=0.4%
解析:
專項突破
歸納整合
類型二 物質組成的測定
如可采取反應結束后繼續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。
類型二 物質組成的測定
歸納整合
確定物質組成的注意事項
1.測定實驗中要有消除干擾氣體的意識
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.測定實驗中要有被測量氣體全部被測量的意識
(1)稱量固體質量時，托盤天平，可估讀到0.1 g，
精確度要求高的實驗中可以用分析天平或電子天平。
類型二 物質組成的測定
歸納整合
3.測定實驗中要有“數據”的采集處理意識
(2)測量液體體積時，一般實驗中選用適當規格的量筒，可估讀到0.1 mL，準確度要求高的定量實驗如中和滴定中選用滴定管，可估讀到0.01 mL。
確定物質組成的注意事項
移液管，可估讀到0.01 mL
類型二 物質組成的測定
歸納整合
3.測定實驗中要有“數據”的采集處理意識
(4)用pH試紙(測得整數值)或pH計(精確到0.01)直接測出溶液的pH，經過計算可以得到溶液中H＋或OH－的物質的量濃度。
(3)氣體除了量取外，還可以稱量。
稱氣體質量的一般方法：
①稱反應裝置在放出氣體前后的質量減小值；
②稱吸收裝置前后的質量增大值。
確定物質組成的注意事項
1.某淺綠色晶體X[x(NH4)2SO4·yFeSO4·zH2O]在分析化學中常用作還原劑。為確定其組成，某小組同學進行如下實驗：
關鍵能力
專項突破
④用0.120 mol/L的NaOH標準溶液滴定錐形瓶中過量的硫酸，滴定終點時消耗25.00 mL NaOH標準溶液。
③向三頸燒瓶中加入足量NaOH溶液，通入氮氣，加熱，蒸氨結束后取下錐形瓶；
②準確量取50.00 mL 3.030 mol/LH2SO4溶液于錐形瓶中；
①準確稱取58.80 g晶體X，加水溶解后，將溶液注入三頸燒瓶中；
采用蒸餾法，蒸餾的裝置如圖所示。
相關的實驗步驟如下：
Ⅰ. NH4+含量的測定
(1)儀器M的名稱為__________。
(2)步驟③中，發生的氧化還原反應的化學方程式為________________，
分液漏斗
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
蒸氨結束后，為了減少實驗誤差，還需要對直形冷凝管進行“處理”，“處理”的操作方法是_____________________________________。
用蒸餾水沖洗冷凝管內通道2～3次，將洗滌液注入錐形瓶中
(3)步驟④中，若振蕩時錐形瓶中有液體濺出，則所測得的n(NH4+)的值將_______(填“偏大”“偏小”或“不變”)。
偏大
步驟④中，若振蕩時錐形瓶中有液體濺出，消耗NaOH的量減少，則錐形瓶內溶液中剩余硫酸的量減少，與氨氣反應的硫酸的量增多，造成所測n(NH4+)的值偏大。
解析:
(5)步驟②中，采用冷水洗滌沉淀，其主要目的是________________________________________。
(4)步驟①中，判斷BaCl2溶液已過量的實驗操作和現象是________________________________________________________。
(6)結合實驗Ⅰ、Ⅱ通過計算得出晶體X的化學式為___________________。
待濁液分層后，向上層清液中加入1～2滴BaCl2溶液，若無白色渾濁出現，則說明BaCl2溶液已過量
盡可能減少沉淀的溶解損失，減小實驗誤差
(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O
Ⅱ.SO42-含量的測定
采用重量分析法，實驗步驟如下：
①另準確稱取58.80 g晶體X于燒杯中,加水溶解,邊攪拌邊加入過量的BaCl2溶液；
②將得到的溶液用無灰濾紙(灰分質量很小，可忽略)過濾，洗滌沉淀3～4次；
③用濾紙包裹好沉淀取出，灼燒濾紙包至濾紙完全灰化；
④繼續灼燒沉淀至恒重，稱量，得沉淀質量為69.90 g。
(2)步驟④中緩緩通入空氣數分鐘的目的是__________________________________________________。
③加熱甲裝置中硬質玻璃管，當乙裝置中________________，停止加熱；
④打開活塞K，緩緩通入空氣數分鐘后，稱量乙、丙裝置的質量；
⑤計算。
2.堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)2]可用作電子材料、磁性材料的添加劑，受熱時可分解生成三種氧化物。為了確定其組成，某化學興趣小組同學設計了如圖所示裝置進行實驗。
不再有氣泡產生時
將甲裝置中產生的CO2和水蒸氣全部趕入乙、丙裝置中
(1)請完成下列實驗步驟：
①稱取3.65 g樣品置于硬質玻璃管內，分別稱量乙、丙裝置的質量；
②按如圖所示裝置組裝好儀器，并檢查裝置氣密性；
(填實驗現象)
2.堿式碳酸鈷[Cox(OH)y(CO3)2]可用作電子材料、磁性材料的添加劑，受熱時可分解生成三種氧化物。為了確定其組成，某化學興趣小組同學設計了如圖所示裝置進行實驗。
(3)某同學認為上述實驗裝置中存在一個明顯缺陷，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)。
D
活塞K前(或甲裝置前)
(4)若按正確裝置進行實驗，測得如下數據：
則該堿式碳酸鈷的化學式為_______________。
Co3(OH)4(CO3)2
乙裝置的質量/g 丙裝置的質量/g
加熱前 80.00 62.00
加熱后 80.36 62.88
解析:
(5)有人認為用如圖所示裝置進行兩次實驗也可以確定堿式碳酸鈷的組成。
稱取一定質量的樣品置于Y形管a處，加入一定體積一定物質的量濃度的足量稀硫酸于Y形管b處，量氣管中盛放飽和碳酸氫鈉溶液，而不用蒸餾水，其原因是___________________________________，然后通過____________________________ (填操作)，
引發反應，測定產生的CO2的體積
飽和碳酸氫鈉溶液會降低CO2的溶解度
將b向a傾斜，使稀硫酸流入a中
實驗Ⅰ：
(假設實驗條件是在室溫下)。
下列實驗操作有可能會使y的值偏大的是___(填字母)。
A.實驗Ⅰ讀數時量氣管左側液面高于右側液面
B.實驗Ⅱ實驗結束時，迅速調整兩側液面持平，立即讀數
C.實驗Ⅱ引發反應時將稀硫酸向鋅粒傾斜
兩次實驗結束時，讀數前，先_________，再調節量氣管兩側液面持平，然后平視讀數；
將實驗Ⅰ中反應后的液體和足量的鋅粒分別放置在另一個Y形管的a、b中，量氣管中盛裝蒸餾水，此時引發反應的方式與實驗Ⅰ____(填“相同”“不同”或“可相同也可不同”)，然后測定產生H2的體積(假設實驗條件是在室溫下)。
不同
恢復至室溫
C
(5)有人認為用如圖所示裝置進行兩次實驗也可以確定堿式碳酸鈷的組成。
實驗Ⅱ：
真題演練
1.(2022·河北，14)某研究小組為了更準確檢測
香菇中添加劑亞硫酸鹽的含量，設計實驗如下：
已知：Ka1(H3PO4)=7.1×10-3，Ka1(H2SO3)=1.3×10-2
④用適量Na2SO3替代香菇樣品，重復上述步驟，測得SO2的平均回收率為95%。
③做空白實驗，消耗了0.10 mL碘標準溶液。
②以0.2 L/min流速通氮氣，再加入過量磷酸，
加熱并保持微沸,同時用碘標準溶液滴定,至終點時滴定消耗了1.00 mL碘標準溶液。
①三頸燒瓶中加入10.00 g香菇樣品和400 mL水；
錐形瓶中加入125 mL水、1 mL淀粉溶液，并預
加0.30 mL 0.010 00 mol/L的碘標準溶液，攪拌。
(1)裝置圖中儀器a、b的名稱分別為___________、___________。
回答下列問題：
(2)三頸燒瓶適宜的規格為____(填標號)。
A.250 mL 　　B.500 mL 　　C.1 000 mL
球形冷凝管
酸式滴定管
C
三頸燒瓶中加入10.00 g香菇樣品和400 mL水，向其中加入H3PO4的體積不超過10 mL。在加熱時，三頸燒瓶中的液體不能超過其容積的2/3，因此，三頸燒瓶適宜的規格為1 000 mL，選C。
解析:
(3)解釋加入H3PO4，能夠生成SO2的原因：_______________________________________。
加入H3PO4后，溶液中存在化學平衡
SO2的溶解度隨著溫度升高而減小，SO2逸出后，促進了化學平衡
H2SO3 SO2+H2O，
H2SO3 SO2＋H2O向右移動
雖然Ka1(H3PO4)=7.1×10－3＜Ka1(H2SO3)=1.3×10－2，但是H3PO4為難揮發性的酸，而H2SO3易分解為SO2和水，SO2的溶解度隨著溫度升高而減小，SO2逸出后，促進了化學平衡H2SO3 SO2＋H2O向右移動。
解析:
(4)滴定管在使用前需要______、洗滌、潤洗；滴定終點時溶液的顏色為______；滴定反應的離子方程式為________________________________。
檢漏
藍色
I2＋SO2＋2H2O=2I－＋4H＋＋SO42-
(5)若先加磷酸再通氮氣，會使測定結果_____(填“偏高”“偏低”或“無影響”)。
偏低
解析: 若先加磷酸再通氮氣，則不能將裝置中的空氣及時排出，有部分亞硫酸鹽和SO2被裝置中的氧氣氧化，碘標準溶液的消耗量將減少，因此會使測定結果偏低。
(6)該樣品中亞硫酸鹽含量為____ mg/kg
(以SO2計，結果保留三位有效數字)。
80.8
計算出n(SO2)=n(I2)=1.20 mL×10-3 L/mL ×0.010 00 mol/L=1.20×10-5 mol
實驗中SO2消耗的碘標準溶液的體積為0.30 mL+1.00 mL=1.30 mL
解析:
減去空白實驗消耗的0.10 mL，
則實際消耗碘標準溶液的體積為1.20 mL
I2＋SO2＋2H2O=2I－＋4H＋＋SO42-
由于SO2的平均回收率為95%
則實際生成的n(SO2)=
則根據S元素守恒可知，該樣品中亞硫酸鹽含量為
≈1.263×10-5 mol
≈80.8 mg·kg－1
2.(2020·天津，15)為測定CuSO4溶液的濃度，甲、乙兩同學設計了兩個方案。
實驗步驟：
回答下列問題：
Ⅰ.甲方案
實驗原理：CuSO4＋BaCl2=BaSO4↓＋CuCl2
取上層清液少許于試管中繼續滴加BaCl2溶液，無白色沉淀生成，則沉淀完全
(1)判斷SO42-沉淀完全的操作為____________________________________。
(2)步驟②判斷沉淀是否洗凈所選用的試劑為____________。
AgNO3溶液
解析: BaSO4沉淀表面附著的離子是Cu2+、Ba2+和Cl－，可向洗滌液中加入AgNO3溶液，若沒有沉淀生成，則證明BaSO4沉淀已洗凈。
2.(2020·天津，15)為測定CuSO4溶液的濃度，甲、乙兩同學設計了兩個方案。
實驗步驟：
回答下列問題：
Ⅰ.甲方案
實驗原理：CuSO4＋BaCl2=BaSO4↓＋CuCl2
(3)步驟③灼燒時盛裝樣品的儀器名稱為______。
坩堝
(4)固體質量為w g，則c(CuSO4)=_______mol·L－1。
(5)若步驟①從燒杯中轉移沉淀時未洗滌燒杯，則測得c(CuSO4)_______(填“偏高”“偏低”或“無影響”)。
偏低
2.(2020·天津，15)為測定CuSO4溶液的濃度，甲、乙兩同學設計了兩個方案。
回答下列問題：
①按圖安裝裝置(夾持儀器略去)
②……
③在儀器A、B、C、D、E中加入圖示的試劑
④調整D、E中兩液面相平，使D中液面保持在0或略低于0刻度位置，讀數并記錄
⑤將CuSO4溶液滴入A中攪拌，反應完成后，再滴加稀硫酸至體系不再有氣體產生
⑥待體系恢復到室溫，移動E管，保持D、E中兩液面相平，讀數并記錄
⑦處理數據
Ⅱ.乙方案
實驗原理：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
實驗步驟：
a.反應熱受溫度影響
b.氣體密度受溫度影響
c.反應速率受溫度影響
(6)步驟②為________________。
(7)步驟⑥需保證體系恢復到室溫的原因是__(填序號)。
檢查裝置氣密性
b
解析:步驟⑥中保證體系恢復到室溫的原因是氣體密度受溫度影響較大，溫度過高或過低都會造成氣體密度的改變。
(8)Zn粉質量為a g，若測得H2體積為b mL，已知實驗條件下ρ(H2)=d g/L，則c(CuSO4)=_______________mol/L(列出計算表達式)。
解析:
Zn粉的物質的量為 mol
反應產生H2的物質的量為
= mol
由Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑知，與H2SO4反應的Zn的物質的量等于產生H2的物質的量
為 mol
與CuSO4反應消耗Zn的物質的量為( － ) mol
(9)若步驟⑥E管液面高于D管，未調液面即讀數，則測得c(CuSO4)______(填“偏高”“偏低”或“無影響”)。
偏高
解析:
(10)是否能用同樣的裝置和方法測定MgSO4溶液的濃度：____(填“是”或“否”)。
否
解析:因為Zn和MgSO4溶液不反應，
所以不能用同樣的裝置和方法測定MgSO4溶液的濃度。

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