定量實驗題的特點與解法

廣東 李 萍

定量實驗題的特點與解法

廣東 李 萍

化學實驗探究分定性和定量，定性實驗探究是確定是什么物質，定量實驗探究是確定該物質的含量是多少。因此定量實驗題其實是以實驗操作為背景的計算題，中學化學涉及的定量實驗有：一定物質的量濃度的溶液配制、中和熱測定、中和滴定和硫酸銅晶體結晶水的測定，在定量分析中采用的方法通常有沉淀法、測氣體體積法、測氣體質量法和滴定法。在實際高考中提供的實驗背景很復雜，往往融化工流程、表格數(shù)據分析和圖象表達于一體，具有信息量大、操作多、流程長等特點。

一、定量實驗題的特點

1．溶液配制型

為了準確測定久置空氣中的Ba（OH）2·8H2O的含量，實驗如下：①配制250mL約0．1mol·L－1Ba（OH）2溶液：準確稱取w克試樣，置于燒杯中，加適量蒸餾水，__________，將溶液轉入__________，洗滌，定容，搖勻。②滴定：準確量取25．00mL所配制Ba（OH）2溶液于錐形瓶中，滴加指示劑，將________（填“0．020”“0．05”“0．198 0”或“1．5”）mol·L－1鹽酸裝入50mL酸式滴定管，滴定至終點，記錄數(shù)據。重復滴定2次。平均消耗鹽酸VmL。③計算Ba（OH）2·8H2O的質量分數(shù)＝________。

【答案】①溶解、過濾 250mL的容量瓶中 ②0．198 0

③0．311 9V／w

【解析】①久置空氣中樣品可能含有碳酸鋇。

②0．025×0．1×2＝c′×0．05——（假設鹽酸體積最多為50mL）得c′＝0．1mol·L－1所以應該是選大于0．1mol·L－1而且接近的“0．198 0”。

③設Ba（OH）2溶液濃度為c，則25．00×c×2＝0．198 0×V得c＝0．198 0V／50，Ba（OH）2·8H2O的質量分數(shù)＝250×10－3×0．198 0V×315／50 w＝0．311 9V／w。

【特點】以溶液配制為載體考查：配制步驟、儀器選擇、含量計算。

2．滴定型

已知，利用I2O5可消除CO污染或定量測定CO，反應方程式為5CO（g）＋I2O5（s）5CO2（g）＋I2（s）?，F(xiàn)將500mL（標準狀況）含有CO的某氣體樣品通過盛有足量I2O5的干燥管，170℃下充分反應，用水－乙醇液充分溶解產物I2，定容到100mL。取25．00mL，用0．010 0mol·L－1Na2S2O3標準溶液滴定，消耗標準溶液20．00mL，則樣品氣中CO的體積分數(shù)為________。（已知：氣體樣品中其他成分與I2O5不反應；2Na2S2O3＋I2===2NaI＋Na2S4O6）

【答案】8．96%

【解析】計量關系5CO～I2～2Na2S2O3。注意“定容到100mL。取25．00mL……”字眼。

【特點】利用氧化還原滴定法間接求算污染物CO的體積分數(shù)?？疾閷W生對物質間關系的分析能力和使用數(shù)據的能力，掌握氣體含量的測定方法之一——滴定法。

3．表格數(shù)據分析型

碘在科研與生活中有重要作用，某興趣小組用0．50mol·L－1KI、0．2%淀粉溶液、0．20mol·L－1K2S2O8、0．10mol·L－1Na2S2O3等試劑，探究反應條件對化學反應速率的影響。

（1）向KI、Na2S2O3與淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，當溶液中的________耗盡后，溶液顏色將由無色變?yōu)樗{色，為確保能觀察到藍色，初始的物質的量需滿足的關系為_________。

（2）為探究反應物濃度對化學反應速率的影響，設計的實驗方案如下表：

實驗______________________序號體積V／mL______________________ K2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液_①10．0 0．0 4．0 4．0 2．0____ _②9．0 1．0 4．0 4．0 2．0____ _③__ ____8．0 Vx4．0 4．0 2．0____

表中Vx＝________mL，理由是____________________。

【答案】（1）Na2S2O3， ＜2∶1 （2）2．0 保證其他條件不變，只改變反應物K2S2O8濃度，從而才達到對照實驗目的

【解析】有干擾反應時實驗現(xiàn)象的定量判斷，必須從計量關系：入手；實驗條件Vx的選擇必須要有控制變量思想，即V（總）＝20mL始終不變。

【特點】以化學反應原理中“濃度與速率”關系為載體設計實驗方案，考查學生對表格數(shù)據的分析理解能力和控制變量思想。

4．圖象表達型

已知反應5CO（g）＋I2O5（s）5CO2（g）＋I2（s），在不同溫度下，向裝有足量I2O5固體的2L恒容密閉容器中通入2mol CO，測得CO2的體積分數(shù)φ（CO2）隨時間t變化曲線如下圖。請回答：

①從反應開始至a點時的反應速率為v（CO）＝_______，b點時化學平衡常數(shù)Kb＝________。

②d點時，溫度不變，若將容器體積壓縮至原來的一半，請在圖中補充畫出CO2體積分數(shù)的變化曲線。

【答案】①0．6mol·L－1·min－1，1 024或者45②

【解析】該反應氣體系數(shù)差為零，即總體積始終不變，根據阿伏加德羅定律，氣體體積比＝物質的量比，所以氣體體積分數(shù)＝物質的量分數(shù)。a點時消耗的n（CO）＝n（CO2）＝0．30×2＝0．60mol。b點時n（CO2）＝0．80×2＝1．6mol，n（CO）平＝2－1．6＝0．4mol。d點溫度不變，將容器體積壓縮至原來的一半，由于氣體體積（系數(shù)）不變，雖然容器體積縮小壓強增大但是平衡不移動，故CO2體積分數(shù)不變。

【特點】本題屬于“看圖計算”型，要求考生要具備高超的讀圖、繪圖能力，而且還要對方程式進行分析，建立“系數(shù)—壓強—平衡—含量”信息鏈，問題才能迎刃而解。

二、定量實驗題的解法

解答這類題目的主要步驟是：①找關系式，②找數(shù)據，③列比例式計算，④單位換算，⑤誤差分析。

【例1】長期存放的亞硫酸鈉可能會被部分氧化，某化學興趣小組通過實驗來測定亞硫酸鈉試劑的被氧化的程度，設計了下圖實驗裝置：稱量ag Na2SO3樣品放入錐形瓶中，向B裝置反應后的溶液中加入足量的BaCl2溶液充分反應，過濾、洗滌、干燥，得白色沉淀b g。

（1）原樣品中Na2SO3的質量分數(shù)為________。

（2）現(xiàn)有以下試劑：蒸餾水、稀鹽酸、稀硝酸、BaCl2溶液、Ba（NO3）2溶液，請從中選擇合適試劑，設計一種不同的實驗方法測定試樣中無水亞硫酸鈉被氧化的程度：_______。

【解析】（1）本題是利用Na2SO3與H2SO4反應產生SO2，再用Cl2把SO2在B裝置的水中氧化成H2SO4，然后向B裝置中加入足量的BaCl2溶液充分反應，過濾、洗滌、干燥，得白色沉淀BaSO4。通過這一系列的變化間接測定亞硫酸鈉被氧化的程度。（2）按照題意，應該采用直接法測定亞硫酸鈉被氧化的程度。

①找關系式：閱讀題干關鍵詞，追蹤物質（元素）走向。

寫出方程式或關系式：Na2SO3～BaSO4②找數(shù)據（設Na2SO3質量為x）：

另一方法實驗步驟如下：①稱量ag樣品，置于燒杯中。②加入適量蒸餾水，使樣品溶解。③加入稀鹽酸，使溶液呈強酸性，再加過量的BaCl2溶液。④過濾，用蒸餾水洗滌沉淀。⑤加熱干燥沉淀物。⑥將沉淀物冷卻至室溫后，稱量。⑦重復⑤⑥操作直到恒重，最后得到b g固體。

【例2】用KHSO4制取H2O2并測其質量分數(shù)：

查閱資料得知：工業(yè)上用電解KHSO4飽和溶液可制取一定濃度的H2O2。興趣小組進行下列實驗測定H2O2的

操作①：取5．00mL H2O2溶液（密度為1．00g／mL）置于錐形瓶中加水稀釋，再加稀硫酸酸化；

操作②：用0．100 0mol／L KMnO4溶液滴定；

操作③：用同樣方法滴定，四次消耗KMnO4溶液的體積分別為20．00mL、19．98mL、20．02mL、22．00mL。

回答下列問題：

（1）操作②中，開始滴入KMnO4溶液時反應速率很慢，隨著KMnO4溶液滴入反應速率顯著加快，最有可能的原因________________________。

（2）滴定時盛裝KMnO4溶液應選取的儀器是________（填序號）。

A．50mL酸式滴定管 B．50mL堿式滴定管C．25mL酸式滴定管 D．25mL堿式滴定管（3）在上述實驗中，下列操作會造成測定結果偏高的有________（填序號）。

A．錐形瓶用待測液潤洗

B．量取H2O2溶液的滴定管用蒸餾水洗凈，未用H2O2溶液潤洗

C．滴定速度過快，又未搖勻，停止滴定后發(fā)現(xiàn)紫紅色褪去

D．滴定前讀數(shù)時平視，滴定終點讀數(shù)時仰視

（4）分析數(shù)據，計算H2O2溶液中溶質的質量百分含量為________（保留三位有效數(shù)字）。

【解析】溶液中速率加快一般是從放熱升溫、濃度增大、加入或產生催化劑等方面入手，由于該實驗操作是“滴定”，反應物開始不是大面積接觸，故最有可能是產生了催化劑。計算采用以上4步法：

②找數(shù)據（4個數(shù)據中舍去不靠譜的22．00mL，

得平均V＝20．00mL，設H2O2的質量為x）：

③列比例計算：

⑤誤差分析：從上述計算關系可知，H2O2%的大小由H2O2的質量x決定，能給x帶來誤差的只有體積數(shù)（20．00mL）且成正比例，所以H2O2%也與體積數(shù)（20．00mL）成正比例：H2O2%∝V。錐形瓶用待測液潤洗和滴定前讀數(shù)時平視，滴定終點讀數(shù)時仰視，均使KMnO4溶液滴定管讀數(shù)（體積數(shù)）增大，AD正確；量取H2O2溶液的滴定管用蒸餾水洗凈，未用H2O2溶液潤洗，會造成H2O2濃度減小，物質的量也減小，最終消耗KMnO4溶液的體積數(shù)減小，B錯誤；滴定速度過快，又未搖勻，停止滴定后發(fā)現(xiàn)紫紅色褪去，說明H2O2未反應完，此時消耗的KMnO4溶液體積數(shù)減小，C錯誤。

【答案】（1）反應中生成的Mn2＋具有催化作用 （2）C（3）AD （4）3．40%

三、變式訓練

1．（2015全國卷Ⅱ，節(jié)選）二氧化氯（ClO2，黃綠色易溶于水的氣體）是高效、低毒的消毒劑。用下圖裝置可以測定混合氣中ClO2的含量：

Ⅰ．在錐形瓶中加入足量的碘化鉀，用50mL水溶解后，再加入3mL稀硫酸；

Ⅱ．在玻璃液封裝置中加入水，使液面沒過玻璃液封管的管口；

Ⅲ．將一定量的混合氣體通入錐形瓶中吸收；

Ⅳ．將玻璃液封裝置中的水倒入錐形瓶中；

Ⅴ．用0．100 0mol·L－1硫代硫酸鈉標準溶液滴定錐形瓶中的溶液，指示劑顯示終點時共用去20．00mL硫代硫酸鈉溶液。在此過程中：

①錐形瓶內ClO2與碘化鉀反應的離子方程式為____。

②玻璃液封裝置的作用是_________________________。

③V中加入的指示劑通常為________，滴定至終點的現(xiàn)象是________________________________________________。

④測得混合氣中ClO2的質量為________g。

2．（2014江蘇）（1）稱取一定量已除去油污的廢鐵屑，加入稍過量的稀硫酸，加熱、攪拌，反應一段時間后過濾。

（2）向濾液中加入一定量H2O2氧化Fe2＋。為確定加入H2O2的量，需先用K2Cr2O7標準溶液滴定濾液中的Fe2＋，離子方程式如下：

①在向滴定管注入K2Cr2O7標準溶液前，滴定管需要檢漏和________________________。②若滴定x mL濾液中的Fe2＋，消耗amol·L－1K2Cr2O7標準溶液b mL，則濾液中c（Fe2＋）＝________mol·L－1。

③為使濾液中的Fe2＋完全被H2O2氧化，下列實驗條件控制正確的是________（填序號）。

A．加入適當過量的H2O2溶液

B．緩慢滴加H2O2溶液并攪拌

C．加熱，使反應在較高溫度下進行

D．用氨水調節(jié)pH＝7

3．已知反應CuCl2＋2NaOH ===Cu（OH）2↓＋2NaCl。向一定量鹽酸和氯化銅溶液的混合物中逐滴加入氫氧化鈉溶液，產生沉淀的質量與加入氫氧化鈉溶液的質量關系如圖所示。下列說法正確的是（ ）

A．P點表示的溶液pH＝7

B．M點表示的溶液中只含有一種溶質

C．從M點到N點溶液質量增加20g

D．P點表示的溶液比N點表示的溶液中氯化鈉的質量分數(shù)小

參考答案：

1．①2ClO2＋10I－＋8H＋===2Cl－＋5I2＋4H2O②吸收殘余的二氧化氯氣體（避免碘的逸出） ③淀粉溶液當?shù)渭幼詈笠坏瘟虼蛩徕c溶液后，溶液由藍色變?yōu)闊o色，且半分鐘內溶液顏色不再改變 ④0．027 00

2．用蒸餾水洗凈 用K2Cr2O7標準溶液潤洗2～3次②6ab／x ③AB

3．D

（作者單位：廣東省深圳市翠園中學）