鲁科版高考化学一轮总复习第9章第3节素养提升19突破“定量计算型”综合实验课时学案

1．固体成分检测实验方案设计的一般方法

方法一：取少量固体试样→溶于水配成溶液→检测溶液中存在的阴、阳离子→得出实验结论。

方法二：取少量固体试样→在氧气流等中反应→检测所产生的物质(如气体)→得出实验结论。

方法三：取少量固体试样→加酸(或碱)溶液产生气体→检测气体产物的成分→得出实验结论。

2．固体物质组成的定量测定的常用方法

(1)沉淀法

先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。

(2)测气体体积法

对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。量气装置的设计：下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的量气装置。

(3)测气体质量法

将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。

(4)滴定法

即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。

(5)热重法

只要物质受热时发生质量变化，都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。

3．“五看法”处理实验数据

(1)看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精度为0.1 g，若精度值超过了这个范围，说明所得数据是错误的。

(2)看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去。

(3)看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用。

(4)看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算。

(5)看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。

1．(2020·天津高考)为测定CuSO4溶液的浓度，甲、乙两同学设计了两个方案。

回答下列问题：

Ⅰ.甲方案

实验原理：CuSO4＋BaCl2===BaSO4↓＋CuCl2

实验步骤：

(1)判断SO沉淀完全的操作为___________________________________。

(2)步骤②判断沉淀是否洗净所选用的试剂为________。

(3)步骤③灼烧时盛装样品的仪器名称为________。

(4)固体质量为w g，则c(CuSO4)＝________mol·L－1。

(5)若步骤①从烧杯中转移沉淀时未洗涤烧杯，则测得c(CuSO4)________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。

Ⅱ.乙方案

实验原理：Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu

Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑

实验步骤：

①按下图安装装置(夹持仪器略去)

②……

③在仪器A、B、C、D、E中加入图示的试剂

④调整D、E中两液面相平，使D中液面保持在0或略低于0刻度位置，读数并记录

⑤将CuSO4溶液滴入A中并搅拌，反应完成后，再滴加稀硫酸至体系不再有气体产生

⑥待体系恢复到室温，移动E管，保持D、E中两液面相平，读数并记录

⑦处理数据

(6)步骤②为_____________________________________。

(7)步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是________(填标号)。

a．反应热受温度影响

b．气体密度受温度影响

c．反应速率受温度影响

(8)Zn粉质量为a g，若测得H2体积为b mL，已知实验条件下ρ(H2)＝d g·L－1，则c(CuSO4)＝________mol·L－1(列出计算表达式)。

(9)若步骤⑥E管液面高于D管，未调液面即读数，则测得c(CuSO4)________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。

(10)是否能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度：________(填“是”或“否”)。

解析：(1)判断SO沉淀完全的操作是向上层清液中(或取上层清液少许于试管中)继续滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则沉淀完全。(2)BaSO4沉淀表面附着的离子是Cu2＋、Ba2＋和Cl－，可向洗涤液中加入AgNO3溶液，若没有沉淀生成，则证明BaSO4沉淀已洗净。(3)步骤③灼烧的是BaSO4固体，灼烧固体选择的仪器是坩埚。(4)w g为BaSO4的质量，BaSO4的物质的量为 mol，由化学方程式：CuSO4＋BaCl2===BaSO4↓＋CuCl2可知，CuSO4的物质的量等于BaSO4的物质的量，所以CuSO4溶液的浓度为c(CuSO4)＝＝ mol·L－1。(5)若步骤①中，转移沉淀时未洗涤烧杯，会造成BaSO4沉淀的质量减少，所以使测得c(CuSO4)偏低。(6)安装好装置后的下一步操作是检查装置的气密性。(7)步骤⑥中保证体系恢复到室温的原因是气体密度受温度影响较大，温度过高或过低都会造成气体密度的改变。(8)Zn粉的物质的量为 mol，反应产生H2的物质的量为＝ mol，由Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑知，与H2SO4反应的Zn的物质的量等于产生H2的物质的量，为 mol，与CuSO4反应消耗的Zn为(－) mol。由化学方程式Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu可知，与CuSO4反应消耗的Zn的物质的量等于CuSO4的物质的量，所以c(CuSO4)＝ mol·L－1。(9)若步骤⑥E管液面高于D管，则D管内气体压强高于外界大气压，造成气体体积b的数值偏小，由c(CuSO4)＝ mol·L－1可知，会使c(CuSO4)偏高。(10)因为Zn和MgSO4溶液不反应，所以不能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度。

答案：(1)向上层清液中继续滴加BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则沉淀完全

(2)AgNO3溶液　(3)坩埚　(4)　(5)偏低

(6)检查装置气密性　(7)b　(8)　(9)偏高　(10)否

2．水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下：

Ⅰ.取样、氧的固定

用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合，反应生成MnO(OH)2，实现氧的固定。

Ⅱ.酸化、滴定

将固氧后的水样酸化，MnO(OH)2被I－还原为Mn2＋，在暗处静置5 min，然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2O＋I2===2I－＋S4O)。

回答下列问题：

(1)取水样时应尽量避免搅动水体表面，这样操作的主要目的是___________________________________________________________________。

(2)“氧的固定”中发生反应的化学方程式为_______________________。

(3)Na2S2O3溶液不稳定，使用前需标定。配制该溶液时需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、试剂瓶和________；蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用，其目的是杀菌、除________及二氧化碳。

(4)取100.00 mL水样经固氧、酸化后，用a mol·L－1 Na2S2O3溶液滴定，以淀粉溶液作指示剂，终点现象为_______________________________________；

若消耗Na2S2O3溶液的体积为b mL，则水样中溶解氧的含量为________ mg·L－1。

(5)上述滴定完成时，若滴定管尖嘴处留有气泡，会导致测定结果偏________(填“高”或“低”)。

解析：(2)根据氧化还原反应原理，Mn(OH)2被氧气氧化为MnO(OH)2，由此可得化学方程式：2Mn(OH)2＋O2===2MnO(OH)2。(3)一定物质的量浓度溶液的配制还需要容量瓶；加热可以除去溶解的氧气，避免实验结果不准确。(4)该实验用硫代硫酸钠标准液滴定I2，因此终点现象为当最后一滴标准液滴入时，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内无变化；根据关系式O2～2MnO(OH)2～2I2～4Na2S2O3，可得水样中溶解氧的含量为[(ab×10－3) mol÷4×32 g·mol－1×103 mg·g－1]÷0.1 L＝80ab mg·L－1。(5)终点读数时尖嘴处有气泡，气泡占据液体应占有的体积，会导致测得的消耗的Na2S2O3溶液体积偏小，使最终结果偏低。

答案：(1)使测定值与水体中的实际值保持一致，避免产生误差　(2)2Mn(OH)2＋O2===2MnO(OH)2　(3)容量瓶　氧气

(4)当最后一滴标准液滴入时，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内无变化　80ab　(5)低

3．(2020·临沂模拟)草酸铁铵[(NH4)3Fe(C2O4)3]是一种常用的金属着色剂，易溶于水，常温下其水溶液的pH介于4.0～5.0。某兴趣小组设计实验制备草酸铁铵并测其纯度。

(1)甲组设计由硝酸氧化葡萄糖制取草酸，其实验装置(夹持及加热装置略去)如图所示。

①仪器a的名称是_____________________________________。

②55～60 ℃下，装置A中生成H2C2O4，同时生成NO2和NO且物质的量之比为3∶1，该反应的化学方程式为__________________________________。

③装置B的作用是______________________________________；

装置C中盛装的试剂是________。

(2)乙组利用甲组提纯后的草酸溶液制备草酸铁铵。

将Fe2O3在搅拌条件下溶于热的草酸溶液；滴加氨水至________，然后将溶液________、过滤、洗涤并干燥，制得草酸铁铵产品。

(3)丙组设计实验测定乙组产品的纯度。

准确称量5.000 g产品配成100 mL溶液，取10.00 mL于锥形瓶中，加入足量0.100 0 mol·L－1稀硫酸酸化后，再用0.100 0 mol·L－1 KMnO4标准溶液进行滴定，消耗KMnO4溶液的体积为 12.00 mL。

①滴定终点的现象是______________________________。

②滴定过程中发现褪色速率开始缓慢后迅速加快，其主要原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。

③产品中(NH4)3Fe(C2O4)3的质量分数为________%。

[已知：(NH4)3Fe(C2O4)3的摩尔质量为374 g·mol－1]

解析：(1)②55～60 ℃下，装置A中硝酸与葡萄糖发生氧化还原反应生成H2C2O4，同时生成NO2和NO且物质的量之比为3∶1，根据得失电子守恒、原子守恒，该反应的化学方程式为12HNO3＋C6H12O63H2C2O4＋9NO2↑＋3NO↑＋9H2O。

③反应中生成的NO2和NO均为污染性气体．需要尾气吸收，装置B的作用是作安全瓶防止倒吸；装置C中盛装的试剂是NaOH溶液，用于吸收NO2和NO，发生的反应为NO＋NO2＋2NaOH===2NaNO2＋H2O。

(2)草酸铁铵[(NH4)3Fe(C2O4)3]易溶于水，常温下其水溶液的pH介于4.0～5.0，则将Fe2O3在搅拌条件下溶于热的草酸溶液，滴加氨水至pH介于4.0～5.0，草酸铁铵是铵盐，温度过高易分解，且温度过高促进NH和Fe3＋水解，不能直接加热蒸干，故将溶液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤并干燥，制得草酸铁铵产品。

(3)①滴定的原理是高锰酸钾溶液与草酸根离子发生氧化还原反应，则滴定终点的现象是加入最后一滴高锰酸钾溶液，溶液变为粉红色，且半分钟内不褪色。

②滴定过程中高锰酸钾被还原为Mn2＋，且随着反应进行，Mn2＋的浓度增大，反应速率加快，说明反应生成的Mn2＋可以加快反应速率，即Mn2＋起催化作用。

③滴定过程中，产品加稀硫酸酸化后形成草酸，草酸与高锰酸钾溶液发生氧化还原反应，离子反应为5H2C2O4＋2MnO＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O,10.00 mL产品溶液消耗n(MnO)＝0.100 0 mol·L－1×0.012 L＝0.0012 mol，则10.00 mL 产品溶液中n(H2C2O4)＝n(MnO)＝×0.001 2 mol＝0.003 mol，根据物料守恒，100 mL产品配成的溶液中(NH4)3Fe(C2O4)3的质量为×0.003 mol××374 g· mol－1＝3.74 g，故产品中(NH4)3Fe(C2O4)3的质量分数为×100%＝74.8%。

答案：(1)①球形冷凝管

②12HNO3＋C6H12O63H2C2O4＋9NO2↑＋3NO↑＋9H2O　③作安全瓶，防倒吸　NaOH溶液

(2)溶液pH介于4.0～5.0　蒸发浓缩、冷却结晶

(3)①滴入最后一滴KMnO4溶液，溶液变为粉红色，且半分钟内不褪色　②反应生成的Mn2＋是该反应的催化剂　③74.8