1、1第 6 课时 大题考法(2)定量实验的设计与评价定量实验是将化学实验与化学计量有机的结合在一起，测定物质化学组成与含量的探究性实验，是近几年高考命题的常考题型。设计中先通过实验测出相关的有效数据，然后经计算得出物质的组成与含量。由于定量实验目的性、实用性强，能给予学生较大的创造空间，更能激发学生的学习兴趣，培养学生严谨求实的科学态度，因此复习过程中注重定性实验拓展到定量实验的探讨。 题型一 测定物质含量典例 1 (2017全国卷)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH 3H 3B
2、O3=NH3H3BO3；NH 3H3BO3HCl= =NH4ClH 3BO3。回答下列问题：(1)a 的作用是_。(2)b 中放入少量碎瓷片的目的是_。f 的名称是_。(3)清洗仪器：g 中加蒸馏水；打开 k1，关闭 k2、k 3，加热 b，蒸气充满管路；停止加热，关闭 k1，g 中蒸馏水倒吸进入 c，原因是_；打开 k2放掉水。重复操作 23 次。(4)仪器清洗后，g 中加入硼酸(H 3BO3)和指示剂。铵盐试样由 d 注入 e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗 d，关闭 k3，d 中保留少量水。打开 k1，加热 b，使水蒸气进入e。d 中保留少量水的目的是_。e 中主要反应的离子方程式为
3、_，e 采用中空双层玻璃瓶的作用是_。(5)取某甘氨酸(C 2H5NO2)样品 m 克进行测定，滴定 g 中吸收液时消耗浓度为 c molL1 的盐酸 V mL，则样品中氮的质量分数为_%，样品的纯度_%。解析 (1)导管 a 与大气相通，其作用是避免烧瓶内气压过大，发生危险。(2)加热液体时加入碎瓷片，其作用是防止液体暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管、蛇形冷2凝管，要指明。(3)停止加热，瓶内水蒸气冷凝，气体压强减小，会引起 g 中液体倒吸入 c中，利用蒸馏水倒吸来洗涤仪器 e、f。(4)止水夹 k3处可能漏气，导致测定的 N 元素质量分数偏低，故 d 中保留少量水起液封作用，防止氨气逸
4、出。e 中发生的主要反应是铵盐与氢氧化钠反应，需要加热，使氨气全部逸出。 “中空双层玻璃瓶”比较陌生，可以联想平时生活中保温玻璃瓶来分析问题。(5)在整个实验过程中，由氮原子守恒可得： n(N) n(NH3) n(HCl) mol，则 w(N) 100% %。cV1 000 cV1 000 mol14 gmol 1m g 1.4cVm又因 C2H5NO2的相对分子质量为 75，样品的纯度 % %。1.4cVm 7514 7.5cVm答案 (1)避免 b 中压强过大 (2)防止暴沸 直形冷凝管 (3)c 中温度下降，管路中形成负压 (4)液封，防止氨气逸出 NH OH NH3H 2O 保温 4
5、= = = = = 使氨完全蒸出 (5) 1.4cVm 7.5cVm备考方略 定量实验中的常用方法(1)重量分析法在重量分析中，一般首先采用适当的方法，使被测组分以单质或化合物的形式从试样中与其他组分分离。重量分析法不需要选择合适的指示剂，实验的关键是准确判断反应是否发生完全，以及反应前后固体(或液体)质量的变化。重量分析的过程包括了分离和称量两个过程。根据分离的方法不同，重量分析法又可分为沉淀法、挥发法、萃取法等。计算方法采用重量分析法进行定量计算时，可根据实验中发生反应的化学方程式或原子守恒确定相关物质之间的定量关系，再结合实验数据列出关系式，并进行相关计算。(2)滴定分析法滴定分析法是将
6、已知准确浓度的标准溶液，滴加到被测溶液中(或者将被测溶液滴加到标准溶液中)，直到所加的标准溶液与被测物质按化学计量关系定量反应为止，然后测量标准溶液消耗的体积，根据标准溶液的浓度和所消耗的体积，算出待测物质的含量。实验的关键是准确量取待测溶液，根据指示剂的颜色变化确定滴定终点。根据标准溶液和待测溶液间的反应类型的不同，可将滴定分析法分为四大类：中和滴定、氧化还原滴定、络合滴定和沉淀滴定。(3)气体体积法通过测量反应生成气体的体积进行定量分析的方法，实验的关键是准确测量生成气体的体积。3测气体体积的方法可分为直接测量法和间接测量法两种：直接测量法直接测量法就是将气体通入带有刻度的容器中，直接读取
7、气体的体积。根据所用测量仪器的不同，直接测量法可分为倒置量筒法和滴定管法两种间接测量法间接测量法是指利用气体将液体(通常为水)排出，通过测量所排出液体的体积从而得到气体体积的测量方法。常用的测量装置为用导管连接的装满液体的广口瓶和空量筒。排水法收集气体时，要保证“短进长出”对点练 1 有资料显示过量的氨气和氯气在常温下可合成岩脑砂(主要成分为 NH4Cl)，某小组对岩脑砂进行以下探究。.岩脑砂的实验室制备(1)C 装置中盛放碱石灰的仪器名称为_。(2)为使氨气和氯气在 D 中充分混合并反应，上述装置的连接顺序为adc_、_jihgb。(3)装置 D 处除易堵塞导管外，还有不足之处为_。(4)检
8、验氨气和氯气反应有岩脑砂生成时，除了蒸馏水、稀 HNO3、AgNO 3溶液、红色石蕊试纸外，还需要的试剂为_。.天然岩脑砂中 NH4Cl 纯度的测定(杂质不影响 NH4Cl 纯度测定)已知：2NH 4Cl3CuO 3Cu2HClN 23H 2O。= = = = = 步骤：准确称取 1.19 g 岩脑砂；将岩脑砂与足量的氧化铜混合加热(装置如下)。(5)连接好仪器后，检查装置的气密性时，先将 H 和 K 中装入蒸馏水，然后加热G，_，则气密性良好。(6)装置 H 的作用是_。(7)实验结束后，装置 I 增重 0.73 g，则天然岩脑砂中 NH4Cl 的质量分数为_。(8)若用 K 中气体体积测定
9、 NH4Cl 纯度，当量气管内液面低于量筒内液面时，所测纯度_(填“偏高” “ 无影响”或“偏低”)。4解析：(1)C 装置中盛放碱石灰的仪器名称为干燥管。(2)制取氨气的气流顺序为 adc，制取氯气的气流顺序为 bghij，考虑到氯气的密度比空气大，氨气的密度比空气小，所以氨气从 e 口进，氯气从 f 口进，氨气和氯气会形成逆向流动，更有利于二者充分混合，同时注意确定连接顺序时，氯气气流是从右向左的，合理的连接顺序为 adce、fjihgb。(3)装置 D 处发生反应生成了氯化铵，氯化铵为固体小颗粒，导管太细，固体颗粒容易堵塞导管；因为氯气有毒，需要有尾气处理装置，所以不足之处为无尾气处理装
10、置。(4)检验固体氯化铵中的铵根离子需要氢氧化钠浓溶液和红色石蕊试纸，检验氯离子需要蒸馏水、硝酸银溶液和稀硝酸，所以还需要的试剂为氢氧化钠浓溶液。(5)连接好仪器后，检查装置的气密性时，先将 H 和 K 中装入蒸馏水，然后加热 G，导管末端有气泡冒出，停止加热，量气管内形成一段水柱，则气密性良好。(6)产生的气体通过装置 H 中的浓硫酸，能够吸收混合气体中的水蒸气，防止对 HCl 测定造成干扰，减小实验误差。(7)装置 I 增重为氯化氢气体的质量，0.73 g 氯化氢的物质的量为 0.02 mol，根据反应 2NH4Cl3CuO 3Cu2HClN 23H 2O 可知，消耗氯化铵的物质的量= =
11、 = = = 为 0.02 mol，质量为 0.02 mol53.5 gmol1 1.07 g，则天然岩脑砂中 NH4Cl 的质量分数为 100%89.9%。1.07 g1.19 g(8)当量气管内液面低于量筒内液面时，氮气的压强偏大，所测定的体积偏小，求得氯化铵的质量偏小，所测纯度偏低。答案：(1)干燥管 (2)e f (3)无尾气处理装置(4)氢氧化钠浓溶液(5)导管末端有气泡冒出，停止加热，量气管内形成一段水柱(6)吸收反应产生的水蒸气，防止对 HCl 测定造成干扰 (7)89.9% (8)偏低题型二 确定物质组成典例 2 碱式碳酸钴Co x(OH)y(CO3)z常用作电子材料，磁性材料
12、的添加剂，受热时可分解生成三种氧化物。为了确定其组成，某化学兴趣小组同学设计了如图所示装置进行实验。(1)请完成下列实验步骤：称取 3.65 g 样品置于硬质玻璃管内，称量乙、丙装置的质量；5按如图所示装置组装好仪器，并检验装置气密性；加热甲中玻璃管，当乙装置中_(填实验现象)，停止加热；打开活塞 a，缓缓通入空气数分钟后，称量乙、丙装置的质量；计算。(2)步骤中缓缓通入空气数分钟的目的是_。(3)某同学认为上述实验装置中存在一个明显缺陷，为解决这一问题，可选用下列装置中的_(填字母)连接在_(填装置连接位置)。(4)若按正确装置进行实验，测得如下数据：乙装置的质量/g 丙装置的质量/g加热前
13、 80.00 62.00加热后 80.36 62.88则该碱式碳酸钴的化学式为_。解析 (1)加热甲中玻璃管，当乙装置中不再有气泡产生，即碱式碳酸钴分解完毕；(2)步骤中缓缓通入空气数分钟，将装置中生成的 CO2和 H2O 全部排入乙、丙装置中，以免影响测量结果；(3)在活塞 a 前，加装装置 D，装置中盛放的碱石灰容易吸收空气中的水蒸气和二氧化碳；(4)碱式碳酸钴样品 3.65 g，反应前乙装置的质量为 80.00 g，反应后质量为 80.36 g，故生成水的质量为 80.36 g80.00 g0.36 g，物质的量为0.02 mol，含 OH 的物质的量为 0.04 mol；反应前丙装置的
14、质量为 62.00 0.36 g18 gmol 1g，反应后质量为 62.88 g，生成二氧化碳的质量为 62.88 g62.00 g0.88 g，物质的量为 0.02 mol，含 CO 的物质的量为 0.02 mol，故钴的质量为 3.65 g17 0.88 g44 gmol 1 23gmol1 0.04 mol60 gmol1 0.02 mol1.77 g，物质的量为 0.03 1.77 g59 gmol 1mol，根据 Co、H、C 原子守恒可知， x y z0.03 mol0.02 mol20.02 mol342，故碱式碳酸钴的化学式为 Co3(OH)4(CO3)2。答案 (1)不再有
15、气泡产生时(2)将装置中产生的 H2O(g)和 CO2全部排入乙、丙装置中(3)D 活塞 a 前(或装置甲前) (4)Co 3(OH)4(CO3)2易错警示6(1)测定实验中要有消除干扰气体的意识如用惰性气体将干扰气体排出，或用溶液吸收干扰气体等。(2)测定实验中要有被测量气体全部被测量的意识如可采取反应结束后继续向装置中通入惰性气体以使被测量气体全部被吸收剂吸收的方法。(3)测定实验中要有“数据”的采集处理意识称量固体质量时，中学一般用托盘天平，可估读到 0.1 g，精确度要求高的实验中可以用分析天平或电子天平。测量液体体积时，一般实验中选用适当规格的量筒，可估读到 0.1 mL，准确度要求
16、高的定量实验如中和滴定中选用滴定管，可估读到 0.01 mL。容量瓶作为精密的定容仪器，用于配制一定物质的量浓度的溶液，一般不用于量取液体的体积。气体除了量取外，还可以称量。称气体的质量时一般有两种方法：一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小值；另一种方法是称吸收装置前后的质量增大值。用 pH 试纸(测得整数值)或 pH 计(精确到 0.01)直接测出溶液的 pH，经过计算可以得到溶液中 H 或 OH 的物质的量浓度。对点练 2 某学习小组在实验室中利用如图装置(夹持装置略去)测定某铁硫化物(FexSy)的组成，并探究反应后 D 装置所得溶液中含硫化合物的组成。实验步骤：步骤如图连接装置
17、，检查装置气密性，装入试剂；步骤旋开分液漏斗活塞与旋塞，并点燃酒精喷灯；步骤足够长时间后，D 中产生气泡速率变快时，停止加热，继续向烧瓶中滴水一段时间步骤实验结束后，将 D 中所得溶液加水配制成 250 mL 溶液；请回答：(1)步骤中，停止加热后还需继续向烧瓶中滴水一段时间，其目的为_。(2)在 C、D 装置之间不需要防倒吸装置的理由是_。7(3)步骤中配制溶液时所需的玻璃仪器除玻璃棒和烧杯外，还有_。(4)取 25.00 mL 步骤中所配溶液，加入足量的双氧水，再加入足量盐酸酸化的BaCl2溶液，将所得沉淀过滤、洗涤、干燥，称其质量为 4.66 g。则 FexSy的化学式为_。(5)有同学
18、认为可将装置 D 改为装有足量碱石灰的干燥管，通过测定反应前后干燥管的增重来计算硫元素的含量。你认为此方案是否合理：_(填“是”或“否”)，原因为_。(6)反应后 D 装置所得溶液中除含有 Na2SO4外，还可能含有 Na2SO3。现用滴定法测定溶液中 Na2SO3的含量。可供选择的试剂：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。所选试剂应装在_(填“酸式”或“碱式”) 滴定管中。所利用的反应原理为_(用离子方程式表示
19、)。解析：本实验的目的是测定某铁硫化物(Fe xSy)的组成，并探究反应后 D 装置所得溶液中含硫化合物的组成。观察装置，A 装置中产生足量的氧气经干燥后，进入 C 装置与 FexSy在加热条件下反应，生成硫的氧化物，进入 D 被 NaOH 溶液吸收。(1)步骤中，停止加热后还需继续向烧瓶中滴水一段时间，继续产生氧气，Fe xSy其实已经反应完了，那么其目的为使生成的 SO2全部进入 D 中被 NaOH 溶液吸收。(2)此装置中，不需要防倒吸装置，虽然 SO2易溶于水，但是其中还有难溶于水的氧气，不会因为 SO2溶于水而使气压迅速降低发生倒吸。(3)步骤中配制 250 mL 溶液时，因为是要配
20、制一定体积的溶液，故需要 250 mL 容量瓶，所以所需的玻璃仪器除玻璃棒和烧杯外，还有 250 mL 容量瓶和胶头滴管。(4)C 装置中产生的气体，主要应为 SO2，所以 D 中生成 Na2SO3，取 25.00 mL 步骤中所配溶液，加入足量的双氧水，将其全部氧化为 Na2SO4，再加入足量盐酸酸化的 BaCl2溶液，所得沉淀为 BaSO4，质量为 4.66 g，其物质的量为 0.02 mol，250 mL 溶液中含 S 元素的阴离子的物质的量为 0.2 mol，根据 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
21、)0.1 mol，所以， x y12，故 FexSy的化学式为FeS2。(5)装置 D 的作用是吸收装置中产生的 SO2，若改为装有足量碱石灰的干燥管，空气中的 CO2和水蒸气可能使干燥管增重，而且 SO2可能被氧化，使增重偏大。(6)反应后 D 装置所得溶液中除含有 Na2SO4外，还可能含有 Na2SO3。要用滴定法测定溶液中 Na2SO3的含量，可利用 Na2SO3的还原性，故选一个氧化剂，还要有颜色的变化来判断反应的终点，所以只能选择 0.100 0 molL1 KMnO4酸性溶液，因其具有强氧化性，只能8装在酸式滴定管中，所利用的反应原理为2MnO 5SO 6H =5SO 2Mn 2 3H 2O。 4 23 24答案：(1)继续生成 O2，驱赶装置内残留的 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、胶头滴管(4)FeS2 (5)否 部分 SO2被氧化；空气中的 CO2和水蒸气可能使干燥管增重(6)酸式2MnO 5SO 6H =5SO 2Mn 2 3H 2O 4 23 249
