第48讲物质含量测定的综合实验选考目标要求1.掌握物质组成或含量测定的一般方法,具有严谨求实的科学态度。2.掌握定量测定实验的思维模型,面对“异常”现象敢于提出自己的见解。命题分析浙江选考卷每年都有物质含量测定的考查,考查的形式是综合实验;综合实验不是单一知识点的考查,往往是多个知识点的综合。知识点一物质含量的测定知识点一物质含量的测定落实主干基础1.定量实验数据的测定方法(1)测沉淀质量法: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,再进行计算。(2)测气体体积法:对于产生气体的反应,可以通过测量气体体积的方法测定样品的纯度。常见测量气体体积的实验装置量气时应注意的问题a.读数前应保持装置处于室温状态;b.读数时要特别注意消除压强差,保持液面相平,如图()()应使量气管左侧和右侧的液面高度保持相平,还要注意视线与凹液面最低处相平。(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。2.定量测定中的相关计算(1)常用的计算公式(2)常用的计算方法关系式法关系式法常应用于一步反应或分多步进行的连续反应中,利用该法可以减少不必要的中间运算过程,避免计算错误,并能迅速准确地获得结果。一步反应可以直接找出反应物与目标产物的关系;在多步反应中,若第一步反应的产物是下一步反应的反应物,可以根据化学方程式,将该物质作为“中介”,找出已知物质和所求物质之间量的关系。利用这种方法解题的关键是建立已知物质和所求物质之间的关系式。3.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。(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要舍去。突破命题视角1.欲测定金属镁的相对原子质量,请利用下图给定的仪器组成一套实验装置(每个仪器只能使用一次,假设气体的体积可看作标准状况下的体积)。回答下列问题(气流从左到右):(1)各种仪器连接的先后顺序是接、接、接、接(用小写字母表示)。ahgbcfed(2)连接好仪器后,要进行的操作有以下几步,其先后顺序是_(填序号)。待仪器B中的温度恢复至室温时,测得量筒C中水的体积为VamL;擦掉镁条表面的氧化膜,将其置于天平上称量,得质量为mg,并将其投入试管B中的多孔塑料板上;检查装置的气密性;旋开装置A上分液漏斗的活塞,使其中的水顺利流下,当镁完全溶解时再关闭这个活塞,这时A中共放入水VbmL。(3)根据实验数据可算出金属镁的相对原子质量,其数学表达式为。(4)若试管B的温度未冷却至室温,就读出量筒C中水的体积,这将会使所测镁的相对原子质量数据(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。偏小解析(1)根据实验目的及各装置的特点分析可知:利用装置A中的水压将E中稀盐酸压至B中,产生的气体通过将D中的水排入C中测量其体积,所以连接顺序为ahgbcfed。(3)由题意知:MgH2M22.4Lm(Va-Vb)10-3L(4)由于试管B未冷却至室温,会导致Va变大,所以使所测镁的相对原子质量偏小。2.测定某明矾样品(含砷酸盐)中砷的含量,实验步骤如下:实验一:配制砷标准溶液取一定质量的As2O3,用NaOH溶液完全溶解后,配制成1LNa3AsO3溶液(此溶液1.0mL相当于0.10g砷)。取一定量上述溶液,配制500mL含砷量为1.0gL-1的砷标准溶液。(1)需取用中Na3AsO3溶液mL。实验二:测定样品中砷含量(实验装置如图,夹持装置已略去)5向B中加入20.00mL砷标准溶液,再依次加入一定量的盐酸、KI溶液和SnCl2溶液,室温放置10min,使砷元素全部转化为H3AsO3。向B中加入足量锌粒(含有ZnS杂质),立即塞上装有乙酸铅棉花的导气管C,并使C管右侧末端插入比色管D中银盐吸收液的液面下,控制反应温度2540。45min后,打开K1通入N2,生成的砷化氢气体被完全吸收,Ag+被还原为红色胶态银。用明矾样品代替20.00mL砷标准溶液进行实验,相同条件下生成相同量红色胶态银,需要5.0g明矾样品。(2)乙酸铅棉花的作用是。除去H2S,以免干扰D中反应(3)写出Zn与H3AsO3反应生成砷化氢的离子方程式并用单线桥表示电子转移的方向和数目:。(4)控制B中反应温度的方法是,反应中通入N2的作用是。(5)明矾样品中砷的含量为%。水浴加热将砷化氢气体完全带入D中,使其完全反应0.4解析(1)根据质量守恒,配制500mL含砷量为1.0gL-1的砷标准溶液,需取用Na3AsO3溶液=5mL。(2)乙酸铅和H2S反应生成PbS沉淀,乙酸铅棉花的作用是吸附H2S。(4)控制反应温度2540的方法是水浴加热;打开K1通入N2,使生成的砷化氢气体被D中银盐完全吸收。(5)20.00mL砷标准溶液含砷量为0.02L1.0gL-1=0.02g,明矾样品中砷的含量为100%=0.4%。知识点二物质组成的测定知识点二物质组成的测定落实主干基础1.定量测定的常用方法 沉淀法气体体积法气体质量法滴定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。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。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。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。2.物质组成计算的常用方法 类型解题方法物质含量计算根据关系式法、得失电子守恒法、滴定法等,求出混合物中某一成分的量,再除以样品的总量,即可得出其含量确定物质化学式的计算根据题给信息,计算出有关物质的物质的量根据电荷守恒,确定出未知离子的物质的量根据质量守恒,确定出结晶水的物质的量各粒子的物质的量之比即为物质化学式的下标比类型解题方法多步滴定计算复杂的滴定可分为两类连续滴定法:第一步滴定反应生成的产物,还可以继续参加第二步的滴定。根据第二步滴定的消耗量,可计算出第一步滴定的反应物的量返滴定法:第一步用的滴定剂是过量的,第二步再用另一物质返滴定过量的物质。根据第一步加入的量减去第二步中过量的量,根据反应关系即可得出第一步所求物质的物质的量3.测定实验中要有“数据”的采集处理意识(1)称量固体质量时,中学一般用托盘天平,可估读到0.1g,精确度要求高的实验可以用分析天平或电子天平。(2)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0.1mL,准确度要求高的定量实验如中和滴定中选用滴定管,可估读到0.01mL。(3)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。(4)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。突破命题视角1.碱式碳酸钴Cox(OH)y(CO3)2可用作电子材料、磁性材料的添加剂,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3.65g样品置于硬质玻璃管内,分别称量乙、丙装置的质量;按如图所示装置组装好仪器,并检查装置气密性;加热甲装置中硬质玻璃管,当乙装置中(填实验现象),停止加热;打开活塞K,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。不再有气泡产生时将甲装置中产生的CO2和水蒸气全部赶入乙、丙装置中(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:质量乙装置的质量/g丙装置的质量/g加热前80.0062.00加热后80.3662.88则该碱式碳酸钴的化学式为。D活塞K前Co3(OH)4(CO3)2(5)有人认为用如图所示装置进行两次实验也可以确定碱式碳酸钴的组成。实验:称取一定质量的样品置于Y形管a处,加入一定体积一定物质的量浓度的足量稀硫酸于Y形管b处,量气管中盛放饱和碳酸氢钠溶液,而不用蒸馏水,其原因是,然后通过(填操作),引发反应,测定产生的CO2的体积(假设实验条件是在室温下)。饱和碳酸氢钠溶液会降低CO2的溶解度将b向a倾斜,使稀硫酸流入a中实验:将实验中反应后的液体和足量的锌粒分别放置在另一个Y形管的a、b中,量气管中盛装蒸馏水,此时引发反应的方式与实验(填“相同”“不同”或“可相同也可不同”),然后测定产生H2的体积(假设实验条件是在室温下)。两次实验结束时,读数前,先,再调节量气管两侧液面持平,然后平视读数;下列实验操作有可能会使y的值偏大的是(填字母)。A.实验读数时量气管左侧液面高于右侧液面B.实验实验结束时,迅速调整两侧液面持平,立即读数C.实验引发反应时将稀硫酸向锌粒倾斜不同恢复至室温C知,该样品物质的量为0.01mol,H元素物质的量为0.04mol,则y为4,Co元素质量为3.65g-0.04mol17gmol-1-0.02mol60gmol-1=1.77g,Co的物质的量为0.03mol,故碱式碳酸钴的化学式为Co3(OH)4(CO3)2。(5)实验中应该让样品完全反应,所以引发反应时应该将稀硫酸向样品中倾斜;而实验中应该让稀硫酸完全反应,所以引发反应时应该将锌粒向稀硫酸中倾斜。2.工业上用铁粉还原AgCl制取银,某小组探究其过程和影响因素。【实验A】在试管中加入NaCl溶液,然后滴入AgNO3溶液,产生白色沉淀。滤出白色沉淀,继续实验如下:(1)检验中产物取中上层清液,滴加溶液,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有Fe2+。取中少量灰黑色固体,洗涤后将固体等分两份。取其中一份,加入稀硝酸溶解,再加入NaCl溶液生成(填实验现象),证明灰黑色固体中含有Ag。向另一份加入KI溶液,无明显现象。(2)检验中产物。取中灰白色固体,洗涤。进行如下实验,确认灰白色固体中含AgCl:铁氰化钾白色沉淀滤液加盐酸未产生沉淀,但加入硫酸后产生了白色沉淀,请写出滤液加盐酸的离子方程式:。取中上层溶液,加几滴KSCN溶液。取样时间与溶液颜色如下表。取样时间10分钟12小时24小时溶液颜色浅红色红色深红色用离子方程式表示溶液变红的原因,Fe3+3SCN-Fe(SCN)3。(3)小组同学认为O2可以直接氧化Ag继而生成AgCl,对此设计实验验证:。结果发现,该实验产生AgCl所需的时间更长,说明AgCl的产生主要与Fe3+有关。4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O取少量银粉于试管中,加入盐酸,静置一段时间,观察现象(4)实验A中的中,中AgCl溶解,中又生成AgCl的原因是。实验反思:铁粉还原AgCl制取银时应控制铁粉、盐酸的浓度和浸泡时间等因素。(1)实验室通常用铁氰化钾检验亚铁离子,则取中上层清液,滴加K3Fe(CN)6溶液,发生反应3Fe2+2Fe(CN)63-=Fe3Fe(CN)62,产生蓝色沉淀,说明溶液中含有Fe2+;银能溶于稀硝酸生成硝酸银,银离子与氯离子结合生成AgCl白色沉淀,因此取其中一份,加入稀硝酸溶解,再加入NaCl溶液生成白色沉淀,证明灰黑色固体中含有Ag。