2021高考化学鲁科版一轮复习教师用书第十章第6课时　定量分析型综合实验

第6课时　定量分析型综合实验

[课型标签:实验课　提能课]

考点一　物质含量的测定

1.含量测定对实验数据筛选的一般方法和思路

(1)一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确度为0.1 g,若数值超过了这个范围,说明所得数据是无效的。

(2)二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)三看反应是否完全,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)四看所得数据的测量环境是否一致,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)五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。

2.物质组成的定量测定中数据测定的常用方法

(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

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.“关系式法”在定量测定实验中的应用

“关系式法”是表示两种或多种物质之间“物质的量”关系的一种简化式子。在多步反应中,它可以把始态的反应物与终态的生成物之间“物质的量”的关系表示出来,把多步计算简化成一步完成。正确提取关系式是用关系式法解题的关键。其解题流程分以下三步:

第一步:写出题中各步发生反应的化学方程式。

第二步:根据化学方程式,找出作为中介的物质,并确定最初反应物、中介物质、最终生成物之间物质的量的关系。

第三步:根据已知条件及关系式列出比例式进行计算求解。

4.定量实验数据处理

如何用好、选好数据,是解决化学定量实验题的关键所在。解决化学定量实验题的一般方法为比较数据、转变物质、分析利弊、确定方案。

(1)对数据进行比较是解决问题的突破口,注意比较数据的交点与重合区。

(2)转变物质则是实现实验目标的重要途径,在一些物质提纯与制备的问题中,往往会提供一些物质沉淀的pH范围、物质的沸点、密度、溶解性等呈现物质物理性质的数据。

(3)在实际生产、生活中,除了涉及是否能够通过相应反应来实现实验目标外,还涉及经济效益的问题,在原理、环保等没有大的差异时,选择廉价原料完成相应的实验成为首选。

[典例] (2019·北京卷)化学小组用如下方法测定经处理后的废水中苯酚的含量(废水中不含干扰测定的物质)。

Ⅰ.用已准确称量的KBrO3固体配制一定体积的 a mol·L-1 KBrO3标准溶液;

Ⅱ.取V1 mL上述溶液,加入过量KBr,加H2SO4酸化,溶液颜色呈棕黄色;

Ⅲ.向Ⅱ所得溶液中加入V2 mL废水;

Ⅳ.向Ⅲ中加入过量KI;

Ⅴ.用b mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定Ⅳ中溶液至浅黄色时,滴加2滴淀粉溶液,继续滴定至终点,共消耗Na2S2O3溶液V3 mL。

已知:I2+2Na2S2O32NaI+Na2S4O6

Na2S2O3和Na2S4O6溶液颜色均为无色

(1)Ⅰ中配制溶液用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、胶头滴管和　　　　。 

(2)Ⅱ中发生反应的离子方程式是 　　　　　　　　。 

(3)Ⅲ中发生反应的化学方程式是 　　　　　　　　。 

(4)Ⅳ中加KI前,溶液颜色须为黄色,原因是　　　　　。 

(5)KI与KBrO3物质的量关系为n(KI)≥6n(KBrO3)时,KI一定过量,理由是                 　。 

(6)Ⅴ中滴定至终点的现象是　　　　　　　　。 

(7)废水中苯酚的含量为　　　　    　g·L-1(苯酚摩尔质量:94 g·mol-1)。 

(8)由于Br2具有　　　　性质,Ⅱ～Ⅳ中反应须在密闭容器中进行,否则会造成测定结果偏高。 

解析:(1)配制溶液所需的玻璃仪器有烧杯、量筒、玻璃棒、胶头滴管和一定规格的容量瓶。

(2)KBrO3溶液中加入KBr和H2SO4,溶液颜色呈棕黄色,说明生成Br2,该离子方程式为Br+5Br-+6H+3Br2+3H2O。

(3)苯酚和溴水反应得到白色沉淀2,4,6三溴苯酚,化学方程式为+3Br2↓+3HBr。

(4)该测量过程是利用一定量的溴分别与苯酚和KI反应,部分溴与KI反应生成的I2可利用氧化还原滴定法测量,进而计算出与KI反应的溴的消耗量,将一定量溴减去与KI反应的溴的消耗量,可得与苯酚反应的溴的消耗量,Ⅲ中反应结束时,若溶液显黄色说明Br2过量,苯酚完全反应。

(5)Ⅱ中反应为KBrO3+5KBr+3H2SO43K2SO4+3Br2+3H2O,Ⅳ中反应为Br2+2KII2+2KBr,反应物用量存在关系:KBrO3～3Br2～6KI,若无苯酚时,消耗KI物质的量是KBrO3物质的量的6倍,有苯酚消耗Br2,所以当n(KI)≥n(KBrO3)时,KI一定过量;因而当n(KI)≥6n(KBrO3),KI一定过量。

(6)Ⅴ中含碘的溶液内加入淀粉,溶液显蓝色,滴入Na2S2O3溶液,溶液蓝色恰好消失时,滴定至终点。

(7)n(Br)=aV1×10-3 mol,根据反应Br+5Br-+6H+3Br2+3H2O可知n(Br2)=3aV1×10-3 mol,溴分别与苯酚和KI反应,先计算由KI消耗的溴的量,设为n1(Br2),根据I2+2Na2S2O32NaI+Na2S4O6,Br2+2I-I2+2Br-,可得Br2～2Na2S2O3,n(Na2S2O3)=bV3×10-3 mol,n1(Br2)=bV3×10-3 mol,再计算由苯酚消耗的溴的量,设为n2(Br2)=n(Br2)-n1(Br2)=(3aV1-bV3)×10-3 mol,苯酚与溴水反应的计量数关系为3Br2～C6H5OH,n(C6H5OH)=n2(Br2)=(aV1-bV3)×10-3mol,废水中苯酚的含量为= g·L-1。

(8)Ⅱ中生成的溴须被苯酚和KI完全反应掉,而溴有挥发性,反应时须在密闭容器中进行。

答案:(1)容量瓶(量筒)　

(2)Br+5Br-+6H+3Br2+3H2O

(3)+3Br2↓+3HBr

(4)Br2过量,保证苯酚完全反应

(5)反应物用量存在关系:KBrO3～3Br2～6KI,若无苯酚时,消耗KI物质的量是KBrO3物质的量的6倍,因有苯酚消耗Br2,所以当n(KI)≥6n(KBrO3)时,KI一定过量

(6)溶液蓝色恰好消失

(7)　

(8)易挥发

[解题模板]

[对点精练] 蒸馏碘滴定法可测量中药材中二氧化硫是否超标(亚硫酸盐折算成二氧化硫)。原理是利用如图装置将亚硫酸盐转化为SO2,然后通过碘标准溶液滴定吸收液。

实验步骤如下:

Ⅰ.SO2含量的测定

烧瓶A中加中药粉10 g,加蒸馏水300 mL;锥形瓶中加蒸馏水125 mL和淀粉溶液1 mL作为吸收液;打开冷凝水,通氮气,滴入盐酸10 mL;加热烧瓶A并保持微沸约 3 min 后,用0.010 00 mol/L碘标准溶液一边吸收一边滴定,至终点时消耗碘标准溶液V1 mL。

Ⅱ.空白实验

只加300 mL蒸馏水,重复上述操作,需碘标准溶液体积为

V0 mL。

(1)仪器C的名称为　　　　　　　;仪器B的入水口为　　　　(填“a”或“b”)。 

(2)滴入盐酸前先通氮气一段时间作用是　　　　　,测定过程中氮气的流速过快会导致测量结果　　　　(填“偏大”“偏小”“不变”)。 

(3)①滴定过程中使用的滴定管为　　　　　。 

A.酸式无色滴定管 B.酸式棕色滴定管

C.碱式无色滴定管 D.碱式棕色滴定管

②滴定时锥形瓶中反应的离子方程式为　　　　　　　　,滴定终点的现象是　                 　。 

(4)空白实验的目的是　　　　　　　　　　　　。 

(5)该中药中SO2含量为　　　　mg/kg。 

解析:(1)仪器C是分液漏斗;仪器B应该起到冷凝作用,所以冷却水应该下口入上口出,所以入水口为b。

(2)二氧化硫是强还原性物质容易被氧化,所以先通入N2将装置内的空气排净,避免氧气将二氧化硫氧化;氮气的流速如果过快,会使一部分的二氧化硫来不及溶解在水中就被氮气带出,所以导致结果偏小。

(3)①碘会腐蚀碱式滴定管下端的橡胶管,所以只能用酸式滴定管。同时,碘的标准液实际是将碘溶解在碘化钾溶液中制得的,此时单质碘与碘离子作用形成,既增大溶解度又避免了碘的挥发,而光照会促进的分解,所以使用棕色酸式滴定管。选项B正确。

②滴定时,单质碘将二氧化硫氧化为硫酸,离子反应方程式为I2+SO2+2H2O4H++S+2I-;达到滴定终点时,二氧化硫完全反应,加入的单质碘遇淀粉,使溶液显蓝色,所以终点的现象为当滴入最后一滴碘标准溶液时,锥形瓶内溶液由无色变为蓝色,且在30 s内不变色。

(4)本题进行空白实验的目的是消除其他试剂、实验操作等因素引起的误差。例如:原来的水样、空气中是不是有其他杂质等。

(5)用于氧化二氧化硫的碘标准液为(V1-V0)mL,其物质的量为 mol,所以二氧化硫物质的量为 mol,质量为g,这是10 g药粉中的含量,所以1 kg药粉中有g二氧化硫,即该中药中SO2含量为64(V1-V0) mg/kg。

答案:(1)分液漏斗　b　

(2)排除装置内空气,避免空气中O2干扰SO2测定　偏小

(3)①B　

②I2+SO2+2H2O4H++S+2I-　当滴入最后一滴碘标准溶液时,锥形瓶内溶液由无色变为蓝色,且在30 s内不变色

(4)消除其他试剂、实验操作等因素引起的误差

(5)64(V1-V0)

考点二　物质组成的确定

　成分确定实验中数据处理

(1)数据的表格化

①根据实验原理确定应记录的项目:所测的物理量。

②应注意数据的有效数字及单位和必要的注释。

③设计的表格要便于数据的查找、比较,便于数据的计算和进一步处理,便于反映数据间的联系。

④解题要点在于通过审题,获取有用信息,然后对表格中数据进行比较、分析,依据物质的性质、变化规律进行解答。

(2)数据的图像化

①图像化是用直线图或曲线图对化学实验结果加以处理的一种简明化形式。它适用于一个量的变化引起另一个量的变化的情况。图像化的最大特点是鲜明、直观、简单、明了。

②直角坐标系题的解题要点在于解题时要求考生首先弄清楚自变量和因变量到底是什么,注意理解起点、终点、转折点的含义,然后根据所学知识分析原理、图像、数值三者之间的关系。

[典例] (2014·全国Ⅱ卷)某小组以 CoCl2·6H2O、NH4Cl、H2O2、浓氨水为原料,在活性炭催化下,合成了橙黄色晶体X。为确定其组成,进行如下实验。

①氨的测定:精确称取w g X,加适量水溶解,注入如图所示的三颈瓶中,然后逐滴 加入足量10% NaOH溶液,通入水蒸气,将样品液中的氨全部蒸出,用V1 mL c1 mol·L-1的盐酸标准溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶,用c2 mol·L-1 NaOH标准溶液滴定过剩的HCl,到终点时消耗V2 mL NaOH溶液。

②氯的测定:准确称取样品X,配成溶液后用AgNO3标准溶液滴定,K2CrO4溶液为指示剂,至出现淡红色沉淀不再消失为终点(Ag2CrO4为砖红色)。

回答下列问题:

(1)装置中安全管的作用原理是            　。 

(2)用NaOH标准溶液滴定过剩的HCl时,应使用　　　　式滴定管,可使用的指示剂为　　　　。 

(3)样品中氨的质量分数表达式为　           。 

(4)测定氨前应该对装置进行气密性检验,若气密性不好测定结果将　　　　(填“偏高”或“偏低”)。 

(5)测定氯的过程中,使用棕色滴定管的原因是        　; 

滴定终点时,若溶液中c(Ag+)=2.0×10-5 mol·L-1,c(Cr)为　　　 mol·L-1。[已知:Ksp(Ag2CrO4)=1.12×10-12] 

(6)经测定,样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为 1∶6∶3,钴的化合价为　　　　。制备X的化学方程式为　 　; 

X的制备过程中温度不能过高的原因是       　。 

解析:(1)当A中压力过大时,安全管中液面上升,使A瓶中压力稳定。(2)盛装氢氧化钠溶液应使用碱式滴定管,强碱滴定强酸,可以使用酚酞,也可以使用甲基红作指示剂。(3)总的HCl的物质的量减去氢氧化钠的物质的量即为氨气物质的量,所以氨的质量分数的表达式为×100%。(4)气密性不好,会有一部分氨气逸出,使测定结果偏低。(5)因为硝酸银见光易分解,所以使用棕色滴定管;由题意,c2(Ag+)×c(Cr)=4.0×10-10×c(Cr)=1.12×10-12,c(Cr)=2.8×10-3 mol·L-1。(6)由题给条件,可以写出X的化学式为 [Co(NH3)6]Cl3,所以Co的化合价为+3,制备X的化学方程式为2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O22[Co(NH3)6]Cl3+2H2O,反应物中有NH3和H2O2,温度过高,会使过氧化氢分解、氨气逸出,不利于X的制备。

答案:(1)当A中压力过大时 ,安全管中液面上升,使A瓶中压力稳定

(2)碱　酚酞(或甲基红)

(3)×100%

(4)偏低

(5)防止硝酸银见光分解　2.8×10-3

(6)+3　2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O22[Co(NH3)6]Cl3+2H2O　温度过高会使过氧化氢分解、氨气逸出

[对点精练] (2019·河北邯郸月考)某小组同学在制备氢氧化铜时,将20 mL 2 mol/L的NaOH溶液滴入50 mL 1 mol/L 的CuSO4溶液中,得到了绿色沉淀。这与“氢氧化铜是蓝色沉淀”这一文献说法不符,为探究该绿色沉淀的成分,他们做了如下实验进行探究。

[实验一]

将20 mL 1 mol/L的CuSO4溶液滴入50 mL 2 mol/L的NaOH溶液中,观察到生成了蓝色沉淀。

[实验二]

①将绿色沉淀过滤、洗涤、低温烘干。

②称取2.58 g该绿色沉淀,投入50 mL 2 mol/L的NaOH溶液中,剧烈振荡,沉淀变成蓝色,过滤、洗涤,并将洗涤液转移到滤液中,低温烘干称量得蓝色沉淀为 1.96 g。

③向②的滤液中加入足量氯化钡溶液,有白色沉淀生成,过滤、洗涤、烘干后称量为2.33 g。

请回答下列问题:

(1)配制220 mL 1 mol/L的硫酸铜溶液除需用托盘天平、药匙、烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管外,还需要的玻璃仪器是　　　　　,在实验中需称量胆矾　　　　g。 

(2)该组同学做实验一的目的或作用是 　　　　　　　。 

(3)实验二中第①步洗涤沉淀的方法是　　　　　　　。 

(4)通过计算,该绿色沉淀的成分可表示为　　　　　　。 

解析:(1)实验室欲配制220 mL 1.0 mol/L硫酸铜溶液,需要选用250 mL的容量瓶,配制步骤有计算、称量、溶解、冷却、移液、洗涤、定容、摇匀等操作,一般用托盘天平称量,用药匙取用药品,在烧杯中溶解,冷却后转移到250 mL容量瓶中,并用玻璃棒引流,当加水至液面距离刻度线1～2 cm时,改用胶头滴管滴加,所以需要的仪器为托盘天平、药匙、烧杯、玻璃棒、250 mL容量瓶、胶头滴管,需要胆矾的质量为0.25 L×1.0 mol/L×250 g/mol=62.5 g。

(2)实验一的目的是作对照实验,确认绿色沉淀不是氢氧化铜(或确认绿色沉淀和蓝色沉淀不是同一种物质)。

(3)沉淀的洗涤方法:向漏斗中加水至浸没沉淀,待水自然流完后,再重复2～3次。

(4)根据②③的实验操作及现象知,绿色沉淀的成分含有硫酸铜,③向②的滤液中加入足量氯化钡溶液,有白色沉淀生成,过滤、洗涤、烘干后称量为2.33 g,即硫酸钡的质量是2.33 g,②的滤液中含有硫酸根离子,根据元素守恒,硫酸根离子的物质的量是0.01 mol,根据绿色沉淀的成分含有硫酸铜CuSO4～2NaOH～S,所以2.58 g该绿色沉淀中含有硫酸铜1.6 g,剩余的成分是氢氧化铜,质量是2.58 g-1.6 g=0.98 g,即 n[Cu(OH)2]=0.01 mol,所以绿色沉淀的分子式为 Cu2(OH)2SO4或Cu(OH)2·CuSO4。

答案:(1)250 mL容量瓶　62.5　(2)作对照实验,确认绿色沉淀不是氢氧化铜(或确认绿色沉淀和蓝色沉淀不是同一种物质)　(3)向漏斗中加水至刚好浸没沉淀为止,待水自然流完后,重复操作2～3次

(4)Cu2(OH)2SO4[或Cu(OH)2·CuSO4]