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2020年高考化学提分攻略19 定量综合实验

题型19   定量综合实验

 

一、解题策略

定量型实验题的解题模板

一、巧审题,明确实验目的、原理

实验原理可从题给的化学情境(或题目所给的实验目的)并结合元素化合物的有关知识获取。在此基础上,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

二、想过程,理清操作先后顺序

根据由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,把握各实验步骤的要点,理清实验操作的先后顺序

三、看准图,分析装置或流程作用

若题目中给出装置图,在分析解答过程中,要认真细致地分析图中的各部分装置,并结合实验目的和原理,确定它们在实验中的作用

四、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、推理等确定有关样品含量及化学式

 

二、题型分类

固体物质组成的定量测定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,BCD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

即利用滴定操作原理,通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应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。

 

 

【典例12019·北京理综,26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)

.用已准确称量的KBrO3固体配制一定体积的a mol·L1 KBrO3标准溶液;

.V1 mL上述溶液,加入过量KBr,加H2SO4酸化,溶液颜色呈棕黄色;

.所得溶液中加入V2 mL废水;

.中加入过量KI

.b mol·L1 Na2S2O3标准溶液滴定中溶液至浅黄色时,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:I22Na2S2O3===2NaINa2S4O6

Na2S2O3Na2S4O6溶液颜色均为无色

1中配制溶液用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、胶头滴管和________

2中发生反应的离子方程式是__________________________

3中发生反应的化学方程式是____________________

4中加KI前,溶液颜色须为黄色,原因是______________________________

5KIKBrO3物质的量关系为n(KI)≥6n(KBrO3)时,KI一定过量,理由是_______________________

6中滴定至终点的现象是____________________

7)废水中苯酚的含量为________ g·L1(苯酚摩尔质量:94 g·mol1)

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

【答案】(1)容量瓶

2BrO3()5Br6H===3Br23H2O

33Br23HBr

4Br2过量,保证苯酚完全反应

5)反应物用量存在关系:KBrO33Br26KI,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,且半分钟内不恢复原色

76V2((6aV1-bV3)×94) (8)易挥发

【解析】

1)配制一定浓度的溶液需要用容量瓶进行定容。

2BrBrO3()在酸性条件下发生氧化还原反应生成Br2H2O,离子方程式为5BrBrO3()6H===3Br23H2O

3)废水中含有苯酚,苯酚与Br2发生取代反应生成三溴苯酚,化学方程式为3Br23HBr

4)本实验的目的是测定经处理后的废水中的苯酚含量,苯酚需完全反应,剩余的Br2可通过滴定原理测定,所以在加入KI之前,溶液颜色须为黄色,以确保Br2过量,苯酚完全反应。

5)根据得失电子守恒,当n(KI)n(KBrO3)61时,KI恰好与步骤中生成的Br2完全反应,而步骤中苯酚会消耗Br2,所以当n(KI)≥6n(KBrO3)时,KI一定过量。

6)滴定时用淀粉作指示剂,当达到滴定终点时,溶液蓝色恰好消失,且半分钟内不恢复原色。

7)结合题意可知,生成Br2的物质的量=3aV1×103 mol,与KI反应消耗n(Br2)2(bV3×10-3) mol,则与C6H5OH反应的n(Br2)3aV1×103 mol2(bV3×10-3) mol,废水中苯酚的含量=3×V2×10-3 L() mol×94 g·mol-1)6V2((6aV1-bV3)×94) g·L1

8Br2具有挥发性,故中反应须在密闭容器中进行,否则会造成测定结果偏高。

【典例22017·课标全国28水中溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下:

.取样、氧的固定

用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合,反应生成MnO(OH)2,实现氧的固定。

.酸化、滴定

将固氧后的水样酸化,MnO(OH)2I还原为Mn2,在暗处静置5 min,然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2O3(2-)I2===2I S4O6(2-))

回答下列问题:

1)取水样时应尽量避免搅动水体表面,这样操作的主要目的是_____________________________

2氧的固定中发生反应的化学方程式为_______________________

3Na2S2O3溶液不稳定,使用前需标定。配制该溶液时需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、试剂瓶和________;蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用,其目的是杀菌、除________及二氧化碳。

4)取100.00 mL水样经固氧、酸化后,用a mol·L1Na2S2O3溶液滴定,以淀粉溶液作指示剂,终点现象为___________________________

若消耗Na2S2O3溶液的体积为b mL,则水样中溶解氧的含量为________ mg·L1

5)上述滴定完成时,若滴定管尖嘴处留有气泡会导致测定结果偏________(”)

【答案】(1)避免水底还原性杂质进入水样中(或者防止水体中的氧气逸出)

22Mn(OH)2O2===2MnO(OH)2

3)容量瓶 氧气

4)当最后一滴标准液滴入时,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内无变化 80ab

5)低

【解析】本题采用碘量法测定水中的溶解氧的含量,属于氧化还原滴定。

1)取水样时,若搅拌水体,会造成水底还原性杂质进入水样中,或者水体中的氧气因搅拌溶解度降低逸出。

2)根据氧化还原反应原理,Mn(OH)2被氧气氧化为MnO(OH)2,由此可得方程式2Mn(OH)2O2===2MnO(OH)2

3)一定物质的量浓度溶液的配制还需要容量瓶;加热可以除去溶解的氧气,避免实验结果不准确。

4)该实验用硫代硫酸钠标准液滴定I2,因此终点现象为当最后一滴标准液滴入时,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内无变化;根据关系式O22MnO(OH)22I24Na2S2O3

可得水样中溶解氧的含量为[(ab×103) mol÷4×32 g·mol1×103  mg·g1]÷0.1 L80ab mg·L1

5)终点读数时有气泡,气泡占据液体应占有的体积,会导致所测溶液体积偏小,最终结果偏低。

 

 

1.某学生课外活动小组,模拟呼吸面具中的反应原理,设计用如图所示的仪器来制取氧气并测量氧气的体积。图中量气装置E由甲、乙两根玻璃管组成,它们由橡皮管连通,并装入适量水。甲管有刻度(0—50mL),供量气用;乙管可上下移动调节液面高低。

实验可供选用的药品还有:稀硫酸、盐酸、过氧化钠、碳酸钠、大理石、水。

 

试完成下列问题:

1)图中各装置接口连接顺序是_________(填各接口的编号,其中连接胶管及夹持装置均省略)。

2)装置C中放入的两种反应物是_____________________

3)装置A的作用是___________________________,装置B的作用是___________________________

4)为了较准确测量氧气的体积,除了必须检查整个装置的气密性之外,在读反应前后甲管中液面的读数及求其差值的过程中,应注意___________(填字母编号,2项)。

A、视线与凹液面最低处相平

B、等待片刻,待乙管中液面不再上升时立刻读数

C、读数时应上下移动乙管,使甲、乙两管液面相平

D、读数时不一定使甲、乙两管液面相平

【答案】(1⑤③④⑥⑦②①⑧⑥⑦可换位)    

2)大理石、盐酸   

3) 除去混在O2中未反应的CO2    吸收CO2中混有的HCl   

4ac    

【解析】题目要求利用过氧化钠与二氧化碳(潮湿)反应制取氧气,故首先需要制备二氧化碳.只有仪器C可以用来制取二氧化碳.制气原料应该采用大理石和盐酸,此法制得的二氧化碳中会含有少量氯化氢.须通过装有碳酸氢钠溶液的洗气瓶,以除去这些氯化氢.然后使净化后的二氧化碳通过过氧化钠来制取氧气,该仪器只能选用装置D.此反应属于气体与固体之间的反应,不易反应完全,为了除去生成的氧气中混有未反应的二氧化碳,可以使它们通过仪器A.在测量氧气体积时,为了使测量更为准确,要注意上下移动仪器E中的乙管,使甲、乙两管的液面相平,以使甲管中的气压与大气气压相等,同时视线应与甲管内凹液面最低处相平,以减少观察误差。

1)仪器C可以用来制取二氧化碳,连接3用来除去HCl4连接6可使二氧化碳与过氧化钠反应生成氧气,然后连接2可除去未反应的二氧化碳,最后连接8测量气体的体积,所以顺序为:⑤③④⑥⑦②①⑧(可换位)

2)只有仪器C可以用来制取二氧化碳,制气原料应该采用大理石和盐酸,可在C中加止水夹,可控制反应的进行;

3)仪器C可以用来制取二氧化碳,此法制得的二氧化碳中会含有少量氯化氢,须通过装有碳酸氢钠溶液的洗气瓶,以除去这些氯化氢,净化后的二氧化碳通过过氧化钠来制取氧气,为了除去生成的氧气中混有未反应的二氧化碳,可以使它们通过仪器A

4)为了较准确地测量氧气的体积,除了必须检查整个装置的气密性之外,在读取反应前后甲管中液面的读数.求其差值的过程中,应注意:读数时要调节E中甲乙的液面使其同一高度;读数时视线要与凹液面最低处相平,故答案为:ac

2.某科研小组查阅资料知,高温下CaSO4和焦炭可发生反应:CaSO4C高温(――→)CaSCaOSO2CO2CO↑(未配平)。为确定产物计量关系,设计实验装置如下图所示。

 

已知BCDEF中的试剂均足量。回答下列问题:

1)实验前必须进行的操作为_________________________

2)通入N2的目的是_________________________

3)装置B中反应的离子方程式为___________________

4)玻璃管a的作用是___________________________

5)证明产物中存在CO的现象是____________________

6)实验测得有关数据如下表:

 

 

 

 

 

实验前

实验后

质量差

装置B连同溶液的质量

375.00 g

376.28 g

1.28 g

装置C连同溶液的质量

387.50 g

388.38 g

0.88 g

装置E连同固体的质量

127.80 g

127.32 g

0.48 g

则装置A中反应的化学方程式为_________________________

【答案】(1)检验装置气密性

2)隔绝空气,并使反应产生的气体全部进入后续装置

32MnO4()5SO22H2O===2Mn25SO4(2-)4H

4)防堵塞,平衡压强

5E中固体由黑色部分变为红色,F中溶液变浑浊

613CaSO420C高温(=====)5CaS8CaO8SO28CO212CO↑

【解析】

1)向该实验装置中通入了N2,且CaSO4和焦炭反应的产物有气体,故实验前必须进行的操作是检验装置气密性。

2CaSO4和焦炭反应的气体产物有SO2CO2CO,实验时需要测定各气体的质量,通入N2的目的是隔绝空气,并使反应产生的气体全部进入后续装置。

3)装置B的作用是吸收SO2、测定SO2的质量,SO2与酸性高锰酸钾溶液发生反应,由SO2失2e-(――→)SO4(2-)MnO4()得5e-(――→)Mn2,结合电荷守恒、原子守恒和得失电子守恒,配平离子方程式为5SO22MnO4()2H2O===5SO4(2-)2Mn24H

4)玻璃管a可以平衡压强,并起到防堵塞的作用。

5)由于E中试剂足量,若产物中存在CO,则E中固体由黑色部分变为红色,F中溶液变浑浊。

6)装置B吸收的是SO2n(SO2)64 g·mol-1(1.28 g)0.02 mol,装置C吸收的是CO2n(CO2)44 g·mol-1(0.88 g)0.02 mol,根据CuOCO(=====)CuCO2ΔM16 g·mol1,则n(CO)16 g·mol-1(0.48 g)0.03 moln(SO2)n(CO2)n(CO)0.020.020.03223,该反应中C转化为COCO2失电子,CaSO4转化为CaSSO2得电子,根据得失电子守恒得,4n(CO2)2n(CO)2n(SO2)8n(CaS),则由①②可以确定CaS的化学计量数并配平化学方程式。

3Cu2SO3·CuSO3·2H2O是一种深红色固体(以下用M表示)。某学习小组拟测定胆矾样品的纯度,并以其为原料制备M。已知:M不溶于水和乙醇,100 时发生分解反应;

M可由胆矾和SO2为原料制备,反应原理为3Cu26H2O3SO260~80 ℃(=====)Cu2SO3·CuSO3·2H2O↓8HSO4(2-)

.测定胆矾样品的纯度。

1)取w g胆矾样品溶于蒸馏水配制成250 mL溶液,从中取25.00 mL于锥形瓶中,加入指示剂,用c mol·L1 EDTA(简写成Na4Y)标准溶液滴定至终点(滴定原理:Cu2Y4===CuY2),测得消耗了V mL EDTA标准溶液。则该胆矾样品的纯度为________%(用含cVw的代数式表示)。如果滴定管装液前没有用EDTA标准溶液润洗,测得的结果会________ (偏高”“偏低无影响”)

.制备M实验装置如下图所示:

 

2)实验室用70%硫酸与亚硫酸钠粉末在常温下制备SO2。上图A处的气体发生装置可从下图装置中选择,最合适的是________(填字母)

 

3)装置D中的试剂是________。装置B中水浴加热的优点是________

4)实验完毕冷却至室温后,从锥形瓶中分离产品的操作包括:________、水洗、乙醇洗、常温干燥,得产品Cu2SO3·CuSO3·2H2O。检验产品已水洗完全的操作是______________________________

【答案】(1w(250cV) 偏高 (2a

3NaOH溶液(其他合理答案也可) 受热均匀,容易控制温度范围,可防止温度过高导致产品分解

4)过滤 取最后一次洗涤液少许于试管中,加入盐酸酸化的BaCl2溶液,若无沉淀生成,则产品已水洗完全(也可检验最后一次洗涤液中的H)

【解析】(1Cu2Y4,故胆矾样品的纯度=250 mL(25.00 mL)×100%w(250cV)%。如果滴定管装液前没有用EDTA标准溶液润洗,EDTA标准溶液在滴定管中会被稀释,使滴定消耗的EDTA标准溶液体积偏大,结果偏高。

270%硫酸与亚硫酸钠粉末在常温下反应生成SO2,应选择固液不加热制气装置,即装置a

3)装置D用于吸收未反应的SO2,其中盛装的试剂可以是NaOH溶液、Na2CO3溶液、NaHCO3溶液或Na2SO3溶液等。装置B中水浴加热的优点是受热均匀,容易控制温度范围,可防止温度过高导致产品分解。

4)用过滤的方法分离固体和溶液。水洗的目的是除去产品表面的可溶性杂质,通过检验洗涤液中是否存在SO4(2-)H来判断水洗是否完全。

4.钢材在社会发展中应用广泛。为研究某种碳素钢(含少量碳和硫)的成分,科研小组进行了如下探究活动。

称取碳素钢(已除表面氧化物)24.0 g放入耐高温反应管中与O2反应,除去未反应的O2,收集到干燥混合气体X 1.12 L(已折算成标准状况下的体积)

1)科研小组用下图所示实验装置检验混合气体X的组成。

 

装置B中的试剂是________,装置C的作用是_________________________

若观察到_______(填实验现象),证明X中含有CO

2)反应后,耐高温反应管内固体中除含有Fe3之外,还可能含有Fe2。要确定其中的Fe2,可选用________(填序号)

aKSCN溶液和氯水

bKSCN溶液和铁粉

c.稀盐酸和K3[Fe(CN)6]溶液

d.稀H2SO4KMnO4溶液

3)科研小组用下图所示装置(部分)测定SO2的体积分数,并计算碳素钢的含碳量。将气体X缓慢通过实验装置,当观察到________________________

(填实验现象)时,停止通气,此时气体流量仪显示的流量为112 mL(已换算成标准状况下的体积)。则气体XSO2的体积分数为________,碳素钢中碳元素的质量分数为________(保留1位小数)

 

【答案】(1品红溶液 验证X中是否含有CO2

E中黑色固体逐渐变红,F中澄清石灰水变浑浊

2cd

3中溶液由蓝色突变为无色 5% 2.4%

【解析】

1)碳素钢在耐高温反应管中与O2反应,碳和硫可能转化为COCO2SO2气体X通过装置A,酸性高锰酸钾溶液褪色,可以证明其中含有SO2并能除去SO2,装置B中盛装品红溶液,品红溶液不褪色,说明SO2已经除尽;装置C中盛装澄清石灰水,作用是检验气体X中是否含有CO2。装置D中碱石灰的作用是除去CO2若气体X中含有CO,则装置E中灼热CuO粉末(黑色)转化成Cu(红色),装置F中澄清石灰水变浑浊。

2)取反应后耐高温反应管内的固体于试管中,先加稀盐酸或稀硫酸溶解,此时溶液中一定含有Fe3,可能含有Fe2,因此不能通过先将Fe2氧化为Fe3,再用KSCN溶液检验Fe3的方法来检验Fe2。当利用Fe2的还原性来检验时,可以选择KMnO4溶液,现象是KMnO4溶液褪色;利用Fe2的颜色反应来检验时,可以选择K3[Fe(CN)6]溶液,现象是生成蓝色沉淀。

3)测定SO2的体积分数的实验原理是:SO2I22H2O===2HIH2SO4,开始时中溶液为蓝色,当溶液由蓝色变为无色时,停止通气。n(SO2)n(I2)0.01 mol·L1×0.025 L0.000 25 mol,气体XSO2的体积分数为0.112 L(0.000 25 mol×22.4 L·mol-1)×100%5%。气体XSO2占总体积的5%,则COCO2共占总体积的95%n(C)22.4 L·mol-1(1.12 L)×95%0.047 5 mol,故碳素钢中碳元素的质量分数为24.0 g(12 g·mol-1×0.047 5 mol)×100%2.4%

5.亚硝酰氯(NOCl,熔点:-64.5 ,沸点:-5.5 )为红褐色液体或黄色气体,具有刺鼻恶臭味,遇水剧烈水解生成氮的两种氧化物与氯化氢,易溶于浓硫酸。常可用于合成清洁剂、触媒剂及中间体等。实验室可由氯气与一氧化氮在常温常压下合成。其制备装置如图所示(其中中均为浓硫酸)

 

1)用图甲中装置制备纯净干燥的原料气,补充下表中所缺少的药品。

 

装置

装置

烧瓶中

分液漏斗中

制备纯净Cl2

MnO2

浓盐酸

________

制备纯净NO

Cu

稀硝酸

________

2)将制得的NOCl2通入图乙对应装置制备NOCl

装置连接顺序为a→________(按气流自左向右方向,用小写字母表示)

装置除可进一步干燥NOCl2外,另一个作用是________

有人认为可以将装置中浓硫酸合并到装置中,撤除装置,直接将NOCl2通入装置中,你同意此观点吗?________(填同意或不同意),原因是_______________________________

实验开始的时候,先通入氯气,再通入NO,原因为____________________

3)有人认为多余的氯气可以通过下列装置暂时储存后再利用,请选择可以用作氯气的储气的装置 ________

 

4)装置吸收尾气时,NOCl发生反应的化学方程式为_________________

5)有人认为装置中氢氧化钠溶液只能吸收氯气和NOCl,不能吸收NO,经过查阅资料发现用高锰酸钾溶液可以吸收NO气体,因此在装置氢氧化钠溶液中加入高锰酸钾,反应产生黑色沉淀,写出该反应的离子方程式:________________________

6)制得的NOCl中可能含有少量N2O4杂质,为测定产品纯度进行如下实验:称取1.662 5 g样品溶于50.00 mL NaOH溶液中,加入几滴K2CrO4溶液作指示剂,用足量硝酸酸化的0.40 mol/L AgNO3溶液滴定至产生砖红色沉淀,消耗AgNO3溶液50.00 mL

样品的纯度为________%(保留1位小数)

已知常温下,Ksp(AgCl)1.8×1010Ksp(Ag2CrO4)2×1012,若在滴定终点时测得溶液中CrO4(2-)的浓度是5.0×103 mol/L,此时溶液中Cl浓度是________

【答案】(1饱和食盐水 H2O

2e→f→c→b→d(ef可互换) 通过观察气泡的多少调节两种气体的流速 不同意 NOCl2反应生成的NOCl可溶于浓硫酸 Cl2排尽装置内的空气,以防NO与氧气反应

3

4NOCl2NaOH===NaClNaNO2H2O

5NOMnO4()===NO3()MnO2

678.8 9.0×106 mol/L

【解析】

1)用MnO2与浓盐酸制备纯净干燥的氯气,需要除去氯气中的氯化氢杂质,装置中的试剂是饱和食盐水;用Cu与稀硝酸制备纯净干燥的NO,需要除去NO中的NO2杂质,装置中的试剂是水;

2NOCl,熔点:-64.5 ,沸点:-5.5 ,用冰盐水冷凝;亚硝酰氯遇水剧烈水解生成氮的两种氧化物与氯化氢,易溶于浓硫酸,要防止亚硝酰氯水解,氯气、NO有毒,所以用氢氧化钠溶液进行尾气处理,连接顺序是aefcbd通过观察装置气泡的多少调节两种气体的流速;氯气与一氧化氮在常温常压下反应生成NOClNOCl溶于浓硫酸,所以不能直接将NOCl2通入装置中;Cl2排尽装置内的空气,以防NO与氧气反应,所以实验开始的时候,先通入氯气,再通入NO

3)装置中氯气进入下面的容器时,容器中的液体排入上面的容器,需要氯气时打开右侧活塞,水在重力作用下进入下面容器,将氯气排出,所以装置可以用作氯气的储气的装置。

4)装置吸收尾气时,NOCl与氢氧化钠反应生成亚硝酸钠和氯化钠,反应方程式是NOCl2NaOH===NaClNaNO2 H2O

5)装置氢氧化钠溶液中加入高锰酸钾,NO与高锰酸钾反应产生黑色沉淀MnO2和硝酸钠,反应离子方程式是NOMnO4()===NO3()MnO2

6设样品中NOCl的质量为x g

NOCl~~AgNO3

655 g  1 mol

x g     0.40 mol/L×0.05 L

x(65.5)0.4×0.05(1)

x1.31

样品的纯度为1.662 5(1.31)×100%78.8%

已知常温下,Ksp(Ag2CrO4)2×1012,滴定终点时,CrO4(2-)的浓度是5.0×103 mol/L,所以c(Ag)4(2-)(2-)2×105,根据Ksp(AgCl)1.8×1010c(Cl)c(Ag+)(Ksp(AgCl))2×10-5(1.8×10-10)9.0 ×106 mol/L

 

 


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