第4节 定量实验和化学实验的设计与评价
考纲定位 根据化学实验目的和要求能做到①设计实验方案 ②正确选用实验装置 ③分析或处理实验数据得出合理结论 ④掌握控制实验条件的方法 ⑤评价或改进实验方案 考情播报 2016·全国甲卷T10、T26(1)/全国乙卷T13/全国丙卷T9、T26(6) 2015·全国卷ⅠT26/全国卷ⅡT28 2014·全国卷ⅠT26/全国卷ⅡT28 2013·全国卷ⅠT26/全国卷ⅡT26 2012·全国卷T26(1) 专项突破15 定量型实验试题分析 1．定量型实验试题整体分析思路
(1)明确目标，根据题目要求，找出该题需要解决的最终目标。
(2)分析问题，根据上述目标，结合题目所给信息，分析解决该问题可能涉及的所学知识，即利用所学知识，分析解决该问题。
(3)注意细节，在解决该类问题时，注意分析实验原理是否正确可行，实验操作是否安全合理，实验步骤是否简单方便，实验现象是否突出明显。
2．定量测定数据的方法 (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，B、C、D是改进后的装置。
(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。
3．定量型实验数据的筛选
1
一看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精度为0.1 g，若精度值超过了这个范围，说明所得数据是无效的；
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； 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；
四看所得数据的测试环境是否一致，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；
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需要舍去。 (1)表格型题的解题要点在于通过审题，获取有用信息，然后对表格中数据进行比较分析，依据物质的性质、变化规律进行解答。
(2)直角坐标系题的解题要点在于解题时要求学生首先弄清楚自变量和因变量到底是什么，注意理解起点、终点、转折点的含义。然后根据所学知识分析概念、图像、数值三者之间的关系。
命题点1 有关纯度或含量的定量、测定、实验
[对点训练1] (2017·济南联考)硫铁矿(主要成分为FeS2)焙烧产生的尾气中主要含N2、O2、SO2和少量的CO2、H2O，取标准状况下的尾气V L测定SO2含量：
方案一：让尾气缓慢通过如图装置。
(1)C装置的名称是________，该装置的作用是
______________________________________________________________
______________________________________________________________。
(2)实验时先通入尾气，再通入一定量的氮气。若通过装置B的增重量来测量SO2的体积分数，你认为该方案是否合理：________(填“是”或“否”)，请说明理由______________________________________________________________
___________________________________________(若方案合理，该空不必填写)。
方案二：将尾气缓慢通过足量溴水，在所得的溶液中加入过量氯化钡溶液后，过滤，将沉淀洗涤、干燥，称得其质量为m g。
(3)加入过量氯化钡溶液的目的是___________________________________ __________________________________________________________________。
(4)洗涤沉淀的方法是______________________________________________ ______________________________________________________________。
2
(5)尾气中SO2的体积分数的表达式是________________________________ ________________(用含m、V的代数式表示)。
[解析] (1)C装置为干燥管，该装置的作用是防止空气中的水蒸气、CO2被装置B吸收。(2)尾气中的CO2也能被装置B吸收，会影响SO2的测定，使所测体积分数偏大。方案二：此方案利用溴水将SO2氧化为SO4，加入过量BaCl2溶液产生BaSO4沉淀，根据所得沉淀的质量，计算出SO2的含量。(3)加入过量BaCl2溶液的目的是使生成的SO4完全转化为沉淀。(4)洗涤沉淀的方法为在漏斗中加蒸馏水至恰好浸没沉淀，待水自然流下后再重复2～3次此操作。×22.42332 240 m(5)n(SO2)＝n(BaSO4)＝ mol，SO2的体积分数为×100%＝%。
233V233V2－
2－
mm[答案] (1)干燥管 防止空气中的水蒸气、CO2被B装置吸收 (2)否 尾气中的CO2也能被B装置吸收，使所测体积分数偏大 (3)使生成的SO4完全转化为沉淀
(4)在漏斗中加蒸馏水至恰好浸没沉淀，待水自然流下后再重复2～3次此操作 2 240 m(5)%
233 V[对点训练2] 已知CaO2在350 ℃迅速分解生成CaO和O2。下图是实验室测定产品中CaO2含量的装置(夹持装置省略)。
2－
若所取产品质量是m g，测得气体体积为V mL(已换算成标准状况)，则产品中CaO2的质量分数为________(用字母表示)。过氧化钙的含量也可用重量法测定，需要测定的物理量有______________。
350 ℃
[解析] 已知CaO2在350 ℃迅速分解生成CaO和O2。反应的方程式是2CaO2=====2CaO＋O2↑。根据方程式可知，每有2 mol CaO2发生反应，会产生1 mol O2，在标准状况下体积是22.4 L。现在产生标准状况下的氧气体积是V mL，则氧气的物质的量是n(O2)＝V×10 L/22.4 L/mol；则反应的CaO2的物质的量是n(CaO2)＝2n(O2)＝的质量分数为φ＝[n(CaO2)M÷m]×100%＝[
－3
V×10－3
11.2
mol，则产品中CaO2
V×10－3
11.2
mol×72 g/mol÷m]×100%≈64%。过氧
化钙的含量也可用重量法测定，需要测定的物理量有灼烧前过氧化钙的质量及物质质量不再发生改变时剩余固体的质量。
[答案] 64% 加热前过氧化钙及加热后固体质量不再发生改变时试管中固体的质量
3
命题点2 以滴定法定量测定的实验试题分析
[对点训练3] (2017·潍坊统考)葡萄酒常用Na2S2O5作抗氧化剂。测定某葡萄酒中抗氧化剂的残留量(以游离SO2计算)的方案如下：
(已知：滴定时反应的化学方程式为SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI)
按上述方案实验，消耗标准I2溶液20.00 mL，实验测得样品中抗氧化剂的残留量(以游离SO2计算)为________g·L
－1
。若实验中盛装标准液的滴定管未润洗，则测定结果
________(填“偏高”、“偏低”或“不变”)。
[解析] 根据反应SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI进行计算，则样品中抗氧化剂的残留量0.010 00 mol·L×0.020 00 L×64 g·mol－1
为＝0.128 g·L。若盛标准液的滴定管未
0.100 00 L润洗，则消耗标准液的体积偏高，测定结果偏高。
[答案] 0.128 偏高
[对点训练4] (2017·洛阳模拟)(1)某小组分析二氧化铅分解产物的组成，取478 g PbO2加热，PbO2在加热过程中发生分解的失重曲线如图所示，已知失重曲线上的a点为96.66%，则a点固体的化学式为________。
【导学号：99682347】
－1
－1
已知PbO2与硝酸不反应且氧化性强于硝酸，而PbO是碱性氧化物，能和酸反应，写出a点分解产物与硝酸反应的化学方程式___________________________ __________________________________。
(2)①另一实验小组也取一定量的PbO2加热得到了一些固体，为探究该固体的组成，取一定质量该固体加入到30 mL CH3COOH—CH3COONa溶液中，再加入足量KI固体，振荡锥形瓶使固体中的PbO2与KI全部反应而溶解，得到棕色溶液。写出PbO2参与该反应的化学方程式______________________________________
________________________________________________，用淀粉作指示剂，
0．2 mol·L的Na2S2O3标准溶液滴定至溶液蓝色刚消失为止(2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI)，Na2S2O3标准溶液的消耗量为20 mL。
－1
4
②固体加入到醋酸而非盐酸中是因为加入盐酸中会产生有毒气体，写出反应的化学方程式_________________________________________________________ ______________________________________________________________。
用CH3COOH—CH3COONa的混合液而不用CH3COOH，可以控制pH不至于过低，否则会产生浑浊和气体，请写出该反应的化学方程式___________________
_____________________________________________________________________
③取相同质量的上述固体与硝酸混合，过滤出的滤液加入足量的铬酸钾溶液得到铬酸铅(PbCrO4相对分子质量为323)沉淀，然后______________，得固体质量为0.969 g，根据上述数据计算，该固体的分子式为________。
[解析] (1)478 g PbO2的物质的量为2 mol，a点时失去氧原子的质量为478×(1－96.66%) g≈16 g，物质的量为1 mol，则a点固体的化学式为Pb2O3。Pb元素在化合物中只有＋4价和＋2价，Pb2O3相当于等物质的量的PbO和PbO2，也可写为PbO·PbO2，根据题中信息可写出Pb2O3与硝酸反应的化学方程式。(2)①PbO2具有比硝酸还强的氧化性，故PbO2能将KI氧化为I2，＋4价铅被还原为＋2价铅。结合题中物质可写出化学方程式。②PbO2可将HCl氧化为Cl2。pH过低时Na2S2O3可发生反应生成SO2和S单质。
11
③根据得失电子守恒可得关系式PbO2～I2～2Na2S2O3，则n(PbO2)＝n(Na2S2O3)＝×0.2 22mol·L
－1
×0.02 L＝0.002 mol；n(PbO)＝n(PbCrO4)＝
0.969 g
－1＝0.003 mol，
323 g·mol
n(PbO2)∶n(PbO)＝2∶3，该固体为2PbO2·3PbO(或Pb5O7)。
[答案] (1)Pb2O3 Pb2O3＋2HNO3===PbO2＋Pb(NO3)2＋H2O
(2)①PbO2＋2KI＋4CH3COOH===(CH3COO)2Pb＋2CH3COOK＋I2＋2H2O ②PbO2＋4HCl===PbCl2
＋Cl2↑＋2H2O Na2S2O3＋2CH3COOH===2CH3COONa＋S↓＋SO2↑＋H2O ③过滤、洗涤、烘干 Pb5O7
滴定法测定的一般思路
分析滴定反应原理→确定各步反应的系数关系→找出已知量相应的物质与待求量相应物质间的关系式→列比例求未知量。
专项突破16 化学实验方案的设计
1．基本原则
5
2．基本思路
了解实验目的→明确实验原理→掌握实验条件→选择仪器药品→设计装置步骤→记录现象数据→分析得出结论。
3．基本内容
命题点1 物质制备型实验方案的设计
[对点训练1] 实验室中以粗铜(含杂质Fe)为原料制备铜的氯化物。现用如图所示的实验仪器及药品来制备纯净、干燥的氯气，并与粗铜反应(铁架台、铁夹、酒精灯已省略)。请回答：
(1)装置A中仪器Z的名称为________。
(2)按气流方向连接各仪器，接口顺序为：a→________、________→________、________→________、________→________。
(3)简述检验装置A气密性的操作：
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6