混合物中某組分含量測定的策略

冒北林

一、依據(jù)性質(zhì)確定實(shí)驗(yàn)方案

元素化合物的知識是九年級化學(xué)教育的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離與轉(zhuǎn)化的重要依據(jù)，熟練掌握物質(zhì)的性質(zhì)才能更快、更準(zhǔn)的將混合物中各組分離或轉(zhuǎn)化。常用的物質(zhì)分離或轉(zhuǎn)化的方法有過濾法、結(jié)晶法、氣化法、沉淀法等。混合物中各成分均保持原有的性質(zhì)，依據(jù)物質(zhì)性質(zhì)的差異，選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ǚ蛛x或轉(zhuǎn)化某一組分，是測定混合物中某組分含量的首要任務(wù)。

例1我國某些鹽湖出產(chǎn)天然堿中含有雜質(zhì)為氯化鈉及少量泥沙。某校初三學(xué)生為了該天然堿中，提出了兩個方案，具體過程如圖1所示。

請回答：

（1）A試劑化學(xué)式是 ，A試劑須“過量”原因是 。

（2）方案二中“操作Ⅰ”應(yīng)是 操作。

分析鹽類是元素化合物的重要基礎(chǔ)知識之一，碳酸鹽的性質(zhì)是鹽的重要內(nèi)容。碳酸鈉能與酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體；還能與含鈣離子或鋇離子的溶液反應(yīng)生成白色沉淀。題目依據(jù)碳酸鹽的化學(xué)性質(zhì)確定實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)了兩種轉(zhuǎn)化方案。

依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)，可以確定物質(zhì)分離和轉(zhuǎn)化的方法。測定物質(zhì)中某組分的含量，也能幫助學(xué)生了解化學(xué)與生活、化學(xué)與社會的密切關(guān)系，激發(fā)學(xué)生關(guān)注化學(xué)，親近化學(xué)，渴望學(xué)習(xí)化學(xué)的情感，培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)意識，形成正確使用的物質(zhì)科學(xué)思想。在生活實(shí)例中運(yùn)用元素化合物的性質(zhì)，能復(fù)習(xí)鞏固元素化合物的知識，有助于學(xué)生建立元素化合物知識之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)所學(xué)知識的結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化。

二、依托實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究的重要手段，是中學(xué)化學(xué)教育中不可缺少的重要組成部分，根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)的精確度，將初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)分為定性實(shí)驗(yàn)和定量實(shí)驗(yàn)。定量實(shí)驗(yàn)是從數(shù)量的角度揭示物質(zhì)及其變化的本質(zhì)和規(guī)律。定量實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的物質(zhì)與物質(zhì)之間存在“量”的關(guān)系，通常需要借助計(jì)量儀器來實(shí)現(xiàn)。如例1方案一中裝置M可為圖2，圖2中運(yùn)用盛有碳酸氫鈉飽和溶液的洗氣瓶來收集二氧化碳?xì)怏w，排出的碳酸氫鈉飽和溶液即為二氧化碳?xì)怏w的體積，實(shí)驗(yàn)后取出量筒中的導(dǎo)管，讀出液體的體積，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。裝置M若換成圖3，經(jīng)濃硫酸干燥后的二氧化碳?xì)怏w，被氫氧化鈉固體完全吸收，可通過稱量裝置A和氫氧化鈉固體實(shí)驗(yàn)前后的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)后增加的質(zhì)量即為二氧化碳?xì)怏w的質(zhì)量。

圖2圖3定量實(shí)驗(yàn)中要求獲得某些物質(zhì)的正確、精確的“量”。熟練的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、準(zhǔn)確記錄是學(xué)生必備技能，是實(shí)驗(yàn)得以成功的前提和保障。通過測定實(shí)驗(yàn)中某物質(zhì)或某組分含量實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練學(xué)生規(guī)范的實(shí)驗(yàn)基本操作和科學(xué)的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生精細(xì)化的定量觀念和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

合理的實(shí)驗(yàn)方案，規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作，是實(shí)驗(yàn)得以成功進(jìn)行的保障。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和誤差分析也是定量實(shí)驗(yàn)中一個重要的環(huán)節(jié)，選擇正確的數(shù)據(jù)運(yùn)算才能確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確。

例2某同學(xué)欲測定Na2CO3和NaCl固體混合物中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分別取a g樣品，下列方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，合理的是（）。

A.與足量稀鹽酸充分反應(yīng)，用排水法收集到V mL氣體

B.與足量稀鹽酸充分反應(yīng)，稱量反應(yīng)后的溶液，質(zhì)量為m1g

C.與足量氯化鈣溶液充分反應(yīng)，將沉淀過濾、洗滌、干燥，得到m2g固體

D.與足量濃鹽酸充分反應(yīng)，逸出的氣體用NaOH固體充分吸收，固體質(zhì)量增加m3g

分析本題設(shè)計(jì)四種實(shí)驗(yàn)方案測定碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并都記錄了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。依據(jù)碳酸鈉能與酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，設(shè)計(jì)的A、B、D三種實(shí)驗(yàn)方案。因二氧化碳?xì)怏w能溶于水，并能與水反應(yīng)，故A選項(xiàng)中排水法收集的二氧化碳?xì)怏w比理論值少，計(jì)算的碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低；D選項(xiàng)中濃鹽酸具有揮發(fā)性，氫氧化鈉固體不僅吸收了二氧化碳?xì)怏w，還有氯化氫氣體和水蒸氣，氫氧化鈉固體增重的質(zhì)量偏大，計(jì)算的碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高；B選項(xiàng)欲運(yùn)用實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量差，即二氧化碳?xì)怏w的質(zhì)量，但缺少稀鹽酸的質(zhì)量，因而不能實(shí)現(xiàn)。根據(jù)碳酸鈉能與氯化鈣反應(yīng)，稱量沉淀碳酸鈣的質(zhì)量，再根據(jù)化學(xué)方程式求出碳酸鈉，故C選項(xiàng)正確。

混合物中某組分含量的測定實(shí)驗(yàn)，能考察學(xué)生的基礎(chǔ)知識和基本技能，訓(xùn)練學(xué)生的觀察能力、記錄分析數(shù)據(jù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，引領(lǐng)學(xué)生從定性的認(rèn)識水平上升到定量的認(rèn)識水平，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。在今后的學(xué)習(xí)中，定量的研究物質(zhì)的組分將成為中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)考察的重要內(nèi)容。