高考化学备考优生百日闯关系列专题10定量化学实验含解析1 16页

专题 10 定量化学实验 1．2016 年高考天津卷】水中溶氧量(DO)是衡量水体自净能力的一个指标，通常用每升水中溶 解氧分子的质量表示，单位 mg/L，我国《地表水环境质量标准》规定，生活饮用水源的 DO 不能低于 5mg/L。某化学小组同学设计了下列装置(夹持装置略)，测定某河水的 DO。 1、测定原理：碱性体积下，O2 将 Mn2+氧化为 MnO(OH)2:①2Mn2++O2+4OH-=2 MnO(OH)2↓，酸性 条件下，MnO(OH)2 将 I-氧化为 I2:②MnO(OH)2+I-+H+→Mn2++I2+H2O(未配平)，用 Na2S2O3 标准溶 液滴定生成的 I2，③2S2O3 2-+I2=S4O6 2-+2I- 2、测定步骤 a．安装装置，检验气密性，充 N2 排尽空气后，停止充 N2。 b．向烧瓶中加入 200ml 水样 c．向烧瓶中依次迅速加入 1mlMnSO4 无氧溶液(过量)2ml 碱性 KI 无氧溶液(过量)，开启搅 拌器，至反应①完全。 d 搅拌并向烧瓶中加入 2ml 硫酸无氧溶液至反应②完全，溶液为中性或若酸性。 e．从烧瓶中取出 40．00ml 溶液，以淀粉作指示剂，用 0．001000mol/L Na2S2O3 溶液进行 滴定，记录数据。 f．…… g．处理数据(忽略氧气从水样中的溢出量和加入试剂后水样体积的变化)。 回答下列问题： （1）配置以上无氧溶液时，除去所用溶剂水中氧的简单操作为__________。 （2）在橡胶塞处加入水样及有关试剂应选择的仪器为__________。 ①滴定管②注射器③量筒 （3）搅拌的作用是__________。 （4）配平反应②的方程式，其化学计量数依次为__________。 （5）步骤 f 为__________。 （6）步骤 e 中达到滴定终点的标志为__________。若某次滴定消耗 Na2S2O3 溶液 4.50ml， 水样的 DO=__________mg/L(保留一位小数)。作为饮用水源，此次测得 DO 是否达标： __________(填是或否) （7）步骤 d 中加入硫酸溶液反应后，若溶液 pH 过低，滴定时会产生明显的误差，写出产 生此误差的原因(用离子方程式表示，至少写出 2 个)__________。 【答案】（1）将溶剂水煮沸后冷却 （2）② （3）使溶液混合均匀，快速完成反应 （4）1，2，4，1，1，3（5）重复步骤 e 的操作 2-3 次 （6）溶液蓝色褪去(半分钟内部变色) 9.0 是 （7）2H++S2O3 2-=S↓+SO2↑+H2O；SO2+I2+2H2O=4H++SO4 2-+2I-；4H++4I-+O2=2I2+2H2O(任写其中 2 个) 2．【2014 年北京卷】碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、 硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。 （1）采用装置 A，在高温下 x 克钢样中碳、硫转化为 CO2、SO2。 ①气体 a 的成分是____________________。 ②若钢样中硫以 FeS 形式存在，A 中反应：3FeS+5 O2=======高温 1______+3______。 （2）将气体 a 通入测硫酸装置中（如右图），采用滴定法测定硫的含量。 ①H2O2 氧化 SO2 的化学方程式：_________________。 ②用 NaOH 溶液滴定生成的 H2SO4，消耗 z mLNaOH 溶液，若消耗 1mLNaOH 溶液相当于硫的质 量为 y 克，则该钢样中硫的质量分数：_________________。 （3）将气体 a 通入测碳装置中（如下图），采用重量法测定碳的含量。 ①气体 a 通过 B 和 C 的目的是_____________________。 ②计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是__________________。 【答案】（1）①CO2、SO2、O2；②Fe3O4；SO2（2）①H2O2+SO2=H2SO4；② zy/x （3）①除去 SO2 对 CO2 测定的干扰②吸收 CO2 气体前后吸收瓶的质量 高考化学试题中对考生设计简单实验能力的考查赋予较多的关注，其中就包括对定量实验 的设计的考查，它要求学生能够通过题给实验情境中适当迁移，准确把化学实验基础知识和基 本操作技能运用到某些类似的定量实验中去，解决一些原理和操作较简单的定量问题。定量实 验易错点 1、有关滴定法的运用：滴定分为中和滴定、氧化还原滴定、金属滴定，不管是哪一种滴定， 建立计算式时都需利用某个守恒关系，如中和滴定利用电荷守恒、氧化还原滴定利用电子守恒、 金属滴定利用质量守恒等。不管是哪一种滴定，所用的玻璃仪器都为酸式滴定管、碱式滴定管、 锥形瓶等。在进行计算时，首先需弄清滴定类型，然后确定等量关系式，找出所需数据，同时 需要排除失真数据。在进行误差分析时，常使用公式法。 2、中和滴定法：主要发生离子间的非氧化还原反应，可利用电荷守恒建立等量关系式，然 后计算。 3、氧化还原滴定法：有些标准溶液或被滴定的物质本身具颜色，如果反应后变成无色或浅 色物质，滴定时就可以不必另加指示剂。如MnO4 -本身具紫红色，用它滴定无色或浅色的还原剂 时，MnO4 -被还原成Mn2+，它近乎无色，当滴定到终点时，只要MnO4 -稍过量就可使溶液显示粉红色， 表示已达滴定终点。溶液中Fe3+含量的测定，可使用KI作滴定剂，但由于终点时颜色变化不明显， 所以需加淀粉作指示剂。 4、配位滴定法：金属离子指示剂是在配合滴定中使用的一种指示剂，简称金属指示剂，它 是金属离子的显色剂，能与金属离子形成有色配合物，此有色配合物的颜色与指示剂本身的颜 色不同，且有色配合物的稳定性不如该金属离子与EDTA生成的配合物的稳定。如以EDTA滴定Mg2+， 用铬黑T（EBT作指示剂。当滴入EDTA后，溶液中游离的Mg2+(大量)渐渐与EDTA配合，溶液仍呈红 色。当滴定至计量点附近时，游离镁的浓度已降至最低，此时加入少许的EDTA，就可以夺取Mg-EBT 中的镁，而使EBT游离出来，引起溶液的颜色突变（蓝色指示滴定终点）。 5、综合实验设计题的解题思路 （1）巧审题，明确实验的目的和原理。实验原理是解答实验题的核心，是实验设计的依据 和起点。实验原理可从题给的化学情景(或题首所给实验目的)并结合元素化合物等有关知识获 取。在此基础上，遵循可靠性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的方案。 （2）想过程，理清实验操作的先后顺序。根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程， 确定实验操作的方法步骤，把握各步实验操作的要点，理清实验操作的先后顺序。 （3）看准图，分析各项实验装置的作用。有许多综合实验题图文结合，思考容量大。在分 析解答过程中，要认真细致地分析图中所示的各项装置，并结合实验目的和原理，确定它们在 该实验中的作用。 （4）细分析，得出正确的实验结论。实验现象(或数据)是化学原理的外在表现。在分析实 验现象(或数据)的过程中，要善于找出影响实验成败的关键以及产生误差的原因，或从有关数 据中归纳出定量公式，绘制变化曲线等。 1、物质的定性分析和定量分析相结合，如测量气体的体积和沉淀的质量。 2、课本上定量实验的延生和拓展，如酸碱中和滴定（氧化还原滴定）。 3、定量计算的原理与化学计算相关问题结合。 巧审题，明确 实验原理可以从题给的化学情境（实验目的），并结合元素及化合物知识获 实验目的、原理 取，在次基础上，依据可靠性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目 的、要求的实验方案 想过程，理清操 作先后顺序 根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实验操作的方法和步 骤，把握个实验步骤的要点，理清实验操作的先后顺序 看准图，分析装 置或流程的作用 若题目给出装置图，在分析解答过程中，要认真细致地分析图中的各部分 装置，并结合实验目的和实验原理，确定他们在实验中的作用 细分析，得出正 确的实验结论 在定性实验的基础上研究量的关系，根据实验现象和记录的数据，对实验 数据进行筛选，通过分析、计算、推理等得出正确的结论或绘制变化曲线。 1．甲、乙、丙三位同学分别进行如下实验： （1） 甲同学配制 100 mL 0.5mol·L－1 的氯化钠溶液。甲同学的基本操作如下，请你帮他 把正确的顺序排出来 ：(填字母) （2）乙同学配制 100 mL 0.5mol·L－1 的稀硫酸。 ①若采用 18 mol·L－1 的浓硫酸配制溶液，需要用到的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、 、 ____ 、胶头滴管。 ②乙同学的如下操作中,使所配溶液的物质的量浓度偏小的是 ： a．准确量取 2.7mL 浓硫酸，小心地倒入盛有少量水的烧杯中，搅拌均匀 b．待溶解后立即转移到 100 mL 容量瓶中 c．用少量的稀硫酸将容量瓶洗涤 2～3 次 d．向容量瓶中加水至超过刻度线，用胶头滴管吸出后再定容至 100mL。 ③定容的正确操作是_________________________________________________。 （3）丙同学：室温时，取 10 mL 乙同学所配硫酸溶液，向其中加水至 100 mL，再用 PH 试 纸测其 PH 的正确操作是_____________ ______________。 若他测得 PH 为 2,你认为可能的原因是 (只写一条) 【答案】(11 分) （1） C A B E F G (2 分) （2）①10 mL 量筒（或量筒） 100 mL 容量瓶。(2 分) ②ad (2 分) ③加水接近刻度线 1 cm～2 cm 处，改用胶头滴管小心地加水，使溶液的凹液面与刻度线 相切。(2 分) （3）取一片 PH 试纸放在玻璃片上，用玻璃棒蘸取稀硫酸点在 PH 试纸中央，然后再与标准 比色卡对照读数。(2 分) 可能先把 PH 试纸湿润了(1 分)（其他合理答案也给分） A B C D E F 蒸馏水 考点：一定物质的量浓度的配制 2．硫酸亚铁铵又称莫尔盐，是浅绿色晶体。它在空气中比一般亚铁盐稳定，是常用的 Fe2+试剂。 某实验小组利用工业废铁屑制取莫尔盐，并测定其组成，他们进行了以下实验。 Ⅰ．莫尔盐的制取 ， 请回答下列问题。 （ 1 ） 废 铁 屑 中 含 氧 化 铁 ， 无 需 在 制 备 前 除 去 ， 理 由 是 ___________________ 、 ________________（用离子方程式回答），实验前都需将废铁屑放入碳酸钠溶液中煮沸，倾 倒 出 液 体， 用 水 洗 净 铁 屑 。从 以 下 仪 器 中 选 择组 装 ， 完 成 该 操 作必 需 的 仪 器 有 ___________________（填编号）。 ①铁架台 ②玻璃棒 ③广口瓶 ④石棉网 ⑤烧杯 ⑥漏斗 ⑦酒精灯 （2）步骤 2 中加热方式 （填“直接加热”﹑“水浴加热”或“沙浴”）； 必 须 在 铁 屑 少 量 剩 余 时 ， 进 行 热 过 滤 ， 其 原 因 是 。 II．莫尔盐组成的测定 ①将摩尔盐低温烘干后，称取 7.84 g 加热至 100℃失去结晶水，质量变为 5.68 g。 ②选择下图所示的部分装置连接起来,检查气密性后，将上述 5.68g 固体放入 A 装置的锥形 瓶中，再向锥形瓶中加入足量 NaOH 浓溶液，充分吸收产生的气体并测出气体质量为 0.68 g。 ③向 A 中加入适量 3%的 H 2 O 2 溶液，充分振荡后滤出沉淀，洗净、干燥、灼烧后，测得其 质 量 为 1.6 g 。 根据上述实验回答下列问题。 （3）步骤②中，选择的装置是 A 接__接__（填代号），A 装置中未使用分液漏斗的理由是 __________。 （4）根据上述实验数据计算，摩尔盐中 n(NH4 +):n(Fe2+):n(SO2－ 4 ):n(H2O) =___________ 【答案】（1）Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O、2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ （4 分） ①②④⑤⑦ （2 分 ） （2）水浴加热（2 分 ）防止 Fe2+被氧化，同时热过滤可防止硫酸亚铁以晶体形式析出（2 分） （3）C D（2 分）NaOH 溶液对分液漏斗活塞、旋塞的磨口腐蚀性强（或分液漏斗活塞、旋 塞处会被 NaOH 溶液腐蚀导致粘结）（2 分 ） （4）2∶1∶2∶6 （2 分） 考点：探究物质的组成或测量物质的含量 3．某学习小组按如下实验流程探究海带中碘含量的测定和碘的制取。 实验(一) 碘含量的测定 取 0.0100 mol·Lˉ1 的 AgNO3 标准溶液装入滴定管，取 100.00 mL 海带浸取原液至滴定池， 用电势滴定法测定碘含量。测得的电动势(E) 反映溶液中 c(Iˉ)的变化，部分数据如下表： V(AgNO3)/mL. 15.00 19.00 19.80 19.98 20.00 20.02 21.00 23.00 25.00 E/mV －225 －200 －150 －100 50.0 175 275 300 325 实验(二) 碘的制取 另制海带浸取原液，甲、乙两种实验方案如下： 已知：3I2＋6NaOH＝5NaI＋NaIO3＋3H2O。 请回答： （1）实验(一) 中的仪器名称：仪器 A ， 仪器 B 。 （2）①根据表中数据绘制滴定曲线： ②该次滴定终点时用去 AgNO3 溶液的体积为 mL，计算得海带中碘的百分含量为 %。 （3）①分液漏斗使用前须检漏，检漏方法为 。 ②步骤 X 中，萃取后分液漏斗内观察到的现象是 。 ③下列有关步骤 Y 的说法，正确的是 。 A．应控制 NaOH 溶液的浓度和体积 B．将碘转化成离子进入水层 C．主要是除去海带浸取原液中的有机杂质 D．NaOH 溶液可以由乙醇代替 ④实验(二) 中操作 Z 的名称是 。 （4）方案甲中采用蒸馏不合理，理由是 。 【答案】（1）坩埚 500mL 容量瓶 （2） ① ② 20.00mL 0.635% （3）①向分液漏斗中加入少量水，检查旋塞处是否漏水； 将漏斗倒转过来，检查玻璃塞是否漏水 ②液体分上下两层，下层呈紫红色 ③AB ④过滤 （4）主要由于碘易升华，会导致碘的损失 20.0 考点：考查定量实验、实验设计与评价、实验流程分析与应用，涉及仪器识别、仪器选择与使 用、物质的分离与提纯实验操作等 4．某化学兴趣小组拟用右图装置制备氢氧化亚铁并观察其颜色。提供化学药品：铁屑、稀硫酸、 氢氧化钠溶液。 （1）稀硫酸应放在 中（填写仪器名称）. （2）本实验通过控制 A、B、C 三个开关，将仪器中的空气排尽后，再关闭开关 、打 开开关 就可观察到氢氧化亚铁的颜色。试分析实验开始时排尽装置中空气的理 由 。 （3）在 FeSO4 溶液中加入(NH4)2SO4 固体可制备摩尔盐晶体(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O] （相对 分子质量 392），该晶体比一般亚铁盐稳定，不易被氧化，易溶于水，不溶于乙醇。 ①为洗涤(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O 粗产品，下列方法中最合适的是 。 A．用冷水洗 B．先用冷水洗，后用无水乙醇洗 C．用 30%的乙醇溶液洗 D．用 90%的乙醇溶液洗 ②为了测定产品的纯度，称取 a g 产品溶于水，配制成 500mL 溶液，用浓度为 c mol·L-1 的酸性 KMnO4 溶液滴定。每次所取待测液体积均为 25.00mL，实验结果记录如下： 实验次数 第一次 第二次 第三次 消耗高锰酸钾溶液体积/mL 25.52 25.02 24.98 滴定过程中发生反应的离子方程式为 滴定终点的现象是 通过实验数据计算的该产品纯度为 （用字母 ac 表示）．上表中第一次实验 中记录数据明显大于后两次，其原因可能是 。 A．实验结束时俯视刻度线读取滴定终点时酸性高锰酸钾溶液的体积 B．滴定前滴定管尖嘴有气泡，滴定结束无气泡 C．第一次滴定用的锥形瓶用待装液润洗过，后两次未润洗 D．该酸性高锰酸钾标准液保存时间过长，有部分变质，浓度降低 【答案】（ 1）分液漏斗（2）B A（或“AC”） 防止生成的氢氧化亚铁被氧化（3）①D ②MnO4 -+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O 最后一滴滴入，溶液由无色变为浅紫色，且 30s 不变色 a c980 ×100% BC 造成高锰酸钾溶液的体积测量结果偏大，会导致样品纯度偏大，正确；C、第一次滴定用的锥形 瓶用待装液润洗，样品残留在瓶壁上，消耗高锰酸钾溶液偏多，会导致样品纯度偏大，正确；D、 三次使用的高锰酸钾溶液相同，不可能出现一次的结果明显大于其它两次，错误。 考点：考查基本仪器与基本操作、实验方案的设计与评价、误差分析。 5．（1）某学生用标准盐酸滴定待测的 NaOH 溶液，根据 3 次实验分别记录有关数据如下表： 滴定次数 待测 NaOH 溶液 的体积/mL 0.100 0 mol·L－1 盐酸的体积/mL 滴定前刻度 滴定后刻度 溶液体积/mL 第一次 25.00 0.00 26.11 26.11 第二次 25.00 1.56 30.30 28.74 第三次 25.00 0.22 26.31 26.09 则依据表中数据，该 NaOH 溶液的物质的量浓度为 。 （2）实验室用标准盐酸溶液测定某 NaOH 溶液的浓度。用甲基橙作指示剂，下列操作可能 使测定结果偏低的是__________。 A．酸式滴定管用蒸馏水洗涤后未用标准液清洗 B．开始实验时，酸式滴定管尖咀部份有气泡，在滴定过程中气泡消失 C．滴定过程中，锥形瓶内溶液颜色由黄色变为橙色，但又立即变为黄色，此时便停止滴定， 记录读数 D．达到滴定终点时，仰视读数并记录 （3）准确量取 25.00 mL 酸性高锰酸钾溶液应用 。（填仪器名称） （4）莫尔法是一种沉淀滴定法，以 K2CrO4 为指示剂，用标准硝酸银溶液滴定待测液，进行 测定溶液中 Cl－的浓度。已知： 银盐 性质 AgCl AgBr Ag2CrO4 颜色 白 浅黄 砖红 滴定终点的现象是 。终点现 象对应的离子反应方程式为 。 （5）为了测定产品中(NH4)2Cr2O7 的含量，称取样品 0.150 0 g，置于锥形瓶中，加 50 mL 水，再加入 2 g KI(过量)及稍过量的稀硫酸溶液，摇匀，暗处放置 10 min，然后加 150 mL 蒸馏水并加入 3 mL 0.5%淀粉溶液，用 0.100 0 mol/L Na2S2O3 标准溶液滴定至终点，消耗 Na2S2O3 标准溶液 30.00 mL，则上述产品中(NH4)2Cr2O7 的纯度为 。(假定杂 质不参加反应，已知：①Cr2O7 2－＋6I－＋14H＋＝2Cr3＋＋3I2＋7H2O， I2＋2S2O3 2－＝=2I－＋S4O6 2 － ②(NH4)2Cr2O7 的摩尔质量为 252g/moL)。 【答案】（1）0.1044 mol·L－1 （2）C （3）酸式滴定管 （4）滴入最后一滴标准液时，生 成砖红色沉淀，且 30s 内不褪色。 2Ag++CrO4 2-＝Ag2CrO4↓ (5) 84% 考点：考查中和滴定、氧化还原滴定等有关判断与计算 6．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。 为测定其组成，进行如下实验。 ①氨的测定：精确称取 wgX，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 V1mLc1 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—1NaOH 标准溶液滴定过剩的 HCl，到终点 时消耗 V2mLNaOH 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(CrO4 2—) 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 。 【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） （4）偏低 （5）防止硝酸银见光分解 2.8×10—3 （6）+3 2CoCl2+2NH4Cl+10NH3+H2O2＝2Co(NH3)6]Cl3+2H2O 温度过高过氧化氢分解、氨气 逸出 考点：考查了物质的制备和组成的测定实验方案设计与探究。