2019大二輪高考總復(fù)習(xí)化學(xué)第一部分專題14高頻題型02定量分析實(shí)驗(yàn)

高頻題型二定量分析實(shí)驗(yàn)掌握定量分析實(shí)驗(yàn)中的三個(gè)方法1．?？级繉?shí)驗(yàn)及考查方法(1)常考定量實(shí)驗(yàn)如下①一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制與溶液稀釋的操作方法和簡(jiǎn)單計(jì)算；②酸堿中和滴定的操作方法與滴定曲線的繪制；③中和熱的測(cè)定原理、方法；④硫酸銅晶體中結(jié)晶水含量的測(cè)定；⑤物質(zhì)的質(zhì)量、液體或氣體體積、溶液pH的測(cè)定方法，其他定量實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理等。(2)從高考命題來(lái)看，定量實(shí)驗(yàn)主要包含兩種類型：一是含量測(cè)定，二是物質(zhì)組成測(cè)定。這些測(cè)定都是以上五大定量實(shí)驗(yàn)知識(shí)的遷移和應(yīng)用，主要包含定量實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的誤差分析，可從兩方面來(lái)考慮，一是外界環(huán)境(H2O、CO2、O2等)對(duì)該實(shí)驗(yàn)的影響而產(chǎn)生誤差；二是實(shí)驗(yàn)操作中，由于操作不當(dāng)引起的誤差。如果是分析最終結(jié)果的誤差，應(yīng)通過(guò)最后得出的表達(dá)式來(lái)觀察哪些物理量發(fā)生了變化，從而得出實(shí)際誤差情況。2．定量實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的常見(jiàn)測(cè)定方法(1)沉淀法先將某種成分轉(zhuǎn)化為沉淀，然后稱量純凈、干燥的沉淀的質(zhì)量，再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。(2)測(cè)氣體體積法對(duì)于產(chǎn)生氣體的反應(yīng)，可以通過(guò)測(cè)定氣體體積的方法測(cè)定樣品純度。①常見(jiàn)測(cè)量氣體體積的實(shí)驗(yàn)裝置②量氣時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題a．量氣時(shí)應(yīng)保持裝置處于室溫狀態(tài)。b．讀數(shù)時(shí)要特別注意消除“壓強(qiáng)差”，保持液面相平還要注意視線與液面最低處相平。如上圖(Ⅰ)(Ⅳ)應(yīng)使左側(cè)和右側(cè)的液面高度保持相平。(3)測(cè)氣體質(zhì)量法將生成的氣體通入足量的吸收劑中，通過(guò)稱量實(shí)驗(yàn)前后吸收劑的質(zhì)量，求得所吸收氣體的質(zhì)量，然后進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。(4)滴定法即利用滴定操作原理，通過(guò)酸堿中和滴定、沉淀滴定和氧化還原反應(yīng)滴定等獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)后再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。3．測(cè)定實(shí)驗(yàn)中“數(shù)據(jù)”的采集和處理方法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集是化學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)，一般來(lái)講，固體試劑稱質(zhì)量，而液體試劑和氣體試劑則測(cè)量體積。(1)稱量固體質(zhì)量時(shí)，中學(xué)一般用托盤天平，可估讀到0.1g，精確度要求高的實(shí)驗(yàn)中可以用分析天平或電子天平，可精確到0.000(2)測(cè)量液體體積時(shí)，一般實(shí)驗(yàn)中選用適當(dāng)規(guī)格的量筒，可估讀到0.1mL，準(zhǔn)確度要求高的定量實(shí)驗(yàn)如中和滴定中選用滴定管(酸式或堿式)，可估讀到0.01mL。容量瓶作為精密的定容儀器，用于配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液，一般不用于量取液體的體積。(3)氣體除了量取外，還可以稱量。稱氣體的質(zhì)量時(shí)一般有兩種方法：一種方法是稱反應(yīng)裝置在放出氣體前后的質(zhì)量減小值；另一種方法是稱吸收裝置前后的質(zhì)量增大值。(4)用pH試紙(測(cè)得整數(shù)值)或pH計(jì)(精確到0.01)直接測(cè)出溶液的pH，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得到溶液中H＋或OH－的物質(zhì)的量濃度。為了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)中要采取必要的措施，確保離子完全沉淀、氣體完全被吸收等，必要時(shí)可以進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，重復(fù)測(cè)定，然后取其平均值進(jìn)行計(jì)算。如中和滴定實(shí)驗(yàn)中測(cè)量酸或堿的體積要平行做2～3次滴定，取體積的平均值求算未知溶液的濃度，但對(duì)于“離群”數(shù)據(jù)(指與其他數(shù)據(jù)有很大差異的數(shù)據(jù))要舍棄，因?yàn)閿?shù)據(jù)“離群”的原因可能是操作中出現(xiàn)了較大的誤差。1．(2017·全國(guó)卷Ⅰ)凱氏定氮法是測(cè)定蛋白質(zhì)中氮含量的經(jīng)典方法，其原理是用濃硫酸在催化劑存在下將樣品中有機(jī)氮轉(zhuǎn)化成銨鹽，利用如圖所示裝置處理銨鹽，然后通過(guò)滴定測(cè)量。已知：NH3＋H3BO3=NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl=NH4Cl＋H3BO3?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)a的作用是_____________________________________________________________。(2)b中放入少量碎瓷片的目的是_____________________________________________。f的名稱是______________。(3)清洗儀器：g中加蒸餾水；打開k1，關(guān)閉k2、k3，加熱b，蒸氣充滿管路；停止加熱，關(guān)閉k1，g中蒸餾水倒吸進(jìn)入c，原因是________________________________________________________________________；打開k2放掉水。重復(fù)操作2～3次。(4)儀器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示劑。銨鹽試樣由d注入e，隨后注入氫氧化鈉溶液，用蒸餾水沖洗d，關(guān)閉k3，d中保留少量水。打開k1，加熱b，使水蒸氣進(jìn)入e。①d中保留少量水的目的是________________________________________________________________________。②e中主要反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________，e采用中空雙層玻璃瓶的作用是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)樣品m克進(jìn)行測(cè)定，滴定g中吸收液時(shí)消耗濃度為cmol·L－1的鹽酸VmL，則樣品中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________%，樣品的純度≤________%。解析：(1)加熱水蒸氣時(shí)，若關(guān)閉k1，b中壓強(qiáng)增大，a可起安全管的作用，防止燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)過(guò)大，造成事故。(2)碎瓷片可防止蒸餾水在加熱時(shí)暴沸；f是直形冷凝管。(3)關(guān)閉k1后形成密封體系，水蒸氣冷凝，管路內(nèi)形成負(fù)壓，導(dǎo)致g中水倒吸入c中。(4)①d中保留少量水可以起到液封作用，防止生成的NH3逸出。②銨鹽與堿在加熱條件下反應(yīng)生成氨氣，離子方程式為NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2O。e采用中空雙層玻璃瓶可起到保溫作用，使生成的氨氣盡可能地逸出，以減小實(shí)驗(yàn)誤差。(5)由題給化學(xué)方程式NH3＋H3BO3=NH3·H3BO3、NH3·H3BO3＋HCl=NH4Cl＋H3BO3，根據(jù)氮原子守恒可得關(guān)系式：C2H5NO2～N～HCl。n(C2H5NO2)＝n(N)＝n(HCl)＝cV×10－3mol，則樣品中氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為eq\f(cV×10－3mol×14g·mol－1,mg)×100%＝eq\f(1.4cV,m)%；樣品的純度≤eq\f(75g·mol－1×cV×10－3mol,mg)×100%＝eq\f(7.5cV,m)%。答案：(1)避免b中壓強(qiáng)過(guò)大(2)防止暴沸直形冷凝管(3)c中溫度下降，管路中形成負(fù)壓(4)①液封，防止氨氣逸出②NHeq\o\al(＋,4)＋OH－eq\o(=,\s\up7(△))NH3↑＋H2O保溫使氨完全蒸出(5)eq\f(1.4cV,m)eq\f(7.5cV,m)2．(2017·全國(guó)卷Ⅱ)水泥是重要的建筑材料。水泥熟料的主要成分為CaO、SiO2，并含有一定量的鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水泥樣品中鈣含量的過(guò)程如圖所示：回答下列問(wèn)題：(1)在分解水泥樣品過(guò)程中，以鹽酸為溶劑，氯化銨為助溶劑，還需加入幾滴硝酸。加入硝酸的目的是_______________________________________________________________________________________________________________________________________，還可使用________代替硝酸。(2)沉淀A的主要成分是________，其不溶于強(qiáng)酸但可與一種弱酸反應(yīng)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)加氨水過(guò)程中加熱的目的是________________________________________________________________________。沉淀B的主要成分為________、________(寫化學(xué)式)。(4)草酸鈣沉淀經(jīng)稀H2SO4處理后，用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，通過(guò)測(cè)定草酸的量可間接獲知鈣的含量，滴定反應(yīng)為MnOeq\o\al(－,4)＋H＋＋H2C2O4→Mn2＋＋CO2＋H2O。實(shí)驗(yàn)中稱取0.400g水泥樣品，滴定時(shí)消耗了0.0500mol·L－1的KMnO4溶液36.00mL，則該水泥樣品中鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為________。解析：(1)由題意知，水泥樣品中含有鐵、鋁和鎂等金屬的氧化物，后面操作有加入氨水調(diào)節(jié)pH＝4～5，目的是除去Al元素和Fe元素，而在此pH范圍內(nèi)，F(xiàn)e元素只有轉(zhuǎn)化為Fe3＋才能完全生成沉淀，因此加入硝酸的目的是將樣品中可能存在的Fe2＋氧化為Fe3＋；還可以使用雙氧水等其他氧化劑代替硝酸。(2)水泥樣品中的SiO2、CaO及鐵、鋁、鎂等金屬的氧化物，只有SiO2(或反應(yīng)生成的H2SiO3)不溶于鹽酸，所以沉淀A的主要成分是SiO2(或H2SiO3)。SiO2(或H2SiO3)不與強(qiáng)酸反應(yīng)，但可溶于氫氟酸中，反應(yīng)的化學(xué)方程式為SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF=SiF4↑＋3H2O)。(3)鹽類水解是吸熱反應(yīng)，升高溫度，可防止生成膠體，同時(shí)促進(jìn)溶液中的Al3＋、Fe3＋水解程度增大而生成沉淀易于除去，加熱的同時(shí)還可以加快反應(yīng)速率；生成的沉淀主要為Al(OH)3、Fe(OH)3。(4)KMnO4與H2C2O4反應(yīng)時(shí)，Mn由＋7價(jià)變?yōu)椋?價(jià)，每個(gè)Mn得到5個(gè)電子，即每個(gè)KMnO4得到5個(gè)電子，C由＋3價(jià)變?yōu)椋?價(jià)，每個(gè)C失去1個(gè)電子，即每個(gè)H2C2O4失去2個(gè)電子，由電子守恒可知，KMnO4與H2C2O4反應(yīng)的物質(zhì)的量關(guān)系式為2KMnO4～5H2C2O4。由題意知，消耗KMnO4的物質(zhì)的量為0.0500mol/L×0.036L＝0.0018mol，因此H2C2O4的物質(zhì)的量為0.0018mol×eq\f(5,2)＝0.0045mol。H2C2O4～CaC2O4，故CaC2O4的物質(zhì)的量為0.0045mol，Ca的質(zhì)量為0.0045mol×40g/mol＝0.18g，即水泥樣品中鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝eq\f(0.18答案：(1)將樣品中可能存在的Fe2＋氧化為Fe3＋H2O2(2)SiO2(或H2SiO3)SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O(或H2SiO3＋4HF=SiF4↑＋3H2O)(3)防止膠體生成，易沉淀分離Al(OH)3Fe(OH)3(4)45.0%定量分析類實(shí)驗(yàn)題是高考的?？碱愋?，其命題角度通常為物質(zhì)含量的測(cè)定，物質(zhì)成分的定量分析或化學(xué)式的確定等。該類試題常涉及物質(zhì)的稱量、物質(zhì)的分離與提純、中和滴定、一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制等實(shí)驗(yàn)操作。其實(shí)定量分析大都可以歸結(jié)到根據(jù)化學(xué)反應(yīng)或?qū)ξ镔|(zhì)分離提純后物質(zhì)質(zhì)量、氣體體積、溶液濃度的測(cè)定上。解題的關(guān)鍵是理解測(cè)定原理、分析數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，排除誤差進(jìn)行計(jì)算。命題角度多變，形式靈活，一般難度較大。1．(2017·江淮十校三聯(lián))氮化鋁(AlN)是一種性能優(yōu)異的新型材料，在許多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，前景廣闊。某化學(xué)小組模擬工業(yè)制氮化鋁原理，欲在實(shí)驗(yàn)室制備氮化鋁并檢驗(yàn)其純度。查閱資料：①實(shí)驗(yàn)室用飽和NaNO2與NH4Cl溶液共熱制N2：NaNO2＋NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))NaCl＋N2↑＋2H2O。②工業(yè)制氮化鋁：Al2O3＋3C＋N2eq\o(=,\s\up7(高溫))2AlN＋3CO，氮化鋁在高溫下能水解。③AlN與NaOH飽和溶液反應(yīng)：AlN＋NaOH＋H2O=NaAlO2＋NH3↑。Ⅰ.氮化鋁的制備(1)實(shí)驗(yàn)中使用的裝置如圖所示，請(qǐng)按照氮?dú)鈿饬鞣较驅(qū)⒏鱾€(gè)儀器接口連接完整：e→c→d→____________(根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，上述裝置可使用多次)。(2)B裝置內(nèi)的X液體可能是________；E裝置內(nèi)氯化鈀溶液的作用可能是________________________________________________________________________。Ⅱ.氮化鋁純度的測(cè)定【方案Ⅰ】甲同學(xué)用如圖裝置測(cè)定AlN的純度(部分夾持裝置已略去)。(3)為準(zhǔn)確測(cè)定生成氣體的體積，量氣裝置(虛線框內(nèi))中的X液體可以是________(填序號(hào)，下同)a．CCl4 b．H2Oc．NH4Cl飽和溶液 d．植物油(4)若裝置中分液漏斗與導(dǎo)氣管之間沒(méi)有導(dǎo)管A連通，對(duì)所測(cè)AlN純度的影響是________(填“偏大”“偏小”或“不變”)。(5)用下列儀器也能組裝一套量氣裝置，其中必選的儀器有________。a．單孔塞 b．雙孔塞c．廣口瓶 d．容量瓶e．量筒 f．燒杯【方案Ⅱ】乙同學(xué)按以下步驟測(cè)定樣品中AlN的純度。(6)步驟②的操作是________________________________________________________。(7)實(shí)驗(yàn)室里煅燒濾渣使其分解，除了必要的熱源和三腳架以外，還需要的儀器有________等。(8)樣品中AlN的純度是________(用m1、m2、m3表示)。解析：(1)根據(jù)資料①②和C裝置、D裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，C裝置是制取氮?dú)獾难b置，D裝置是制取氮化鋁的裝置，由于氯化銨溶液在加熱過(guò)程中會(huì)逸出氨氣和氯化氫，氧化鋁可與鹽酸反應(yīng)，再由資料②可知，氮化鋁在高溫下能水解，所以B裝置中的溶液為濃硫酸，可除去氮?dú)庵械陌睔夂退魵猓珹裝置可除去氮?dú)庵械穆然瘹?，所以氮?dú)庠谶M(jìn)入D裝置之前要先依次通過(guò)B、A裝置，為防止E裝置中的水蒸氣進(jìn)入D裝置，所以在D和E之間加裝B(或A)裝置，由于D裝置中產(chǎn)生了一氧化碳?xì)怏w，所以E裝置是尾氣吸收裝置，故按照氮?dú)獾臍饬鞣较蚋餮b置的連接順序?yàn)閑→c→d→a→b→f(g)→g(f)→a(c)→b(d)→i。(2)由上述分析可知，A裝置是為了除去氮?dú)庵械穆然瘹錃怏w，B裝置是為了除去氮?dú)庵械陌睔夂退魵猓籇裝置中反應(yīng)產(chǎn)生了一氧化碳?xì)怏w，一氧化碳會(huì)污染環(huán)境，所以E裝置中氯化鈀溶液的作用為吸收CO，防止污染。(3)由資料③可知，氮化鋁與氫氧化鈉飽和溶液反應(yīng)生成氨氣，要準(zhǔn)確測(cè)定氨氣的體積，則氨氣不能溶于量氣裝置中的液體，氨氣極易溶于水，氯化銨飽和溶液中也含有水，所以X溶液不能是水和氯化銨飽和溶液，氨氣不溶于四氯化碳和植物油，所以X可以是四氯化碳或植物油，a、d符合題意。(4)若裝置中分液漏斗與導(dǎo)氣管之間沒(méi)有導(dǎo)管A相通，則滴入的氫氧化鈉溶液的體積會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)裝置內(nèi)的壓強(qiáng)增大，從而使排出的氣體體積增大，使所測(cè)氨氣的體積增大，所測(cè)氮化鋁的純度偏大。(5)根據(jù)題中的量氣裝置，可用廣口瓶、雙孔塞和量筒組裝一套量氣裝置，如圖所示。(6)由流程圖可知，步驟②的目的是將偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁，故步驟②的操作為通入過(guò)量的二氧化碳?xì)怏w。(7)實(shí)驗(yàn)室里煅燒濾渣使其分解，所用的儀器從上到下的順序依次為坩堝、泥三角、三腳架和取用坩堝所用的坩堝鉗。(8)所得樣品中可能含有氧化鋁和活性炭，氮化鋁、氧化鋁均能與NaOH溶液反應(yīng)，故濾渣為活性炭，即活性炭的質(zhì)量為m22AlN～Al2O3增加的質(zhì)量82g102m(AlN)m3－(m1－m2)g解得m(AlN)＝eq\f(82×[m3－m1－m2],20)g，故樣品中AlN的純度為eq\f(41m3－m1＋m2,10m1)×100%。答案：(1)a→b→f(g)→g(f)→a(c)→b(d)→i(2)濃硫酸吸收CO，防止污染(3)ad(4)偏大(5)bce(6)通入過(guò)量CO2氣體(7)坩堝、泥三角、坩堝鉗(寫與不寫玻璃棒都對(duì))(8)eq\f(41m3－m1＋m2,10m1)或eq\f(410m3－m1＋m2,m1)%2．(2017·豫東重點(diǎn)高中考前模擬)實(shí)驗(yàn)室用下列方法測(cè)定某水樣中O2的含量。(1)實(shí)驗(yàn)原理用如圖所示裝置，使溶解在水中的O2在堿性條件下將Mn2＋氧化成MnO(OH)2，再用I－將生成的MnO(OH)2還原為Mn2＋，第二步反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。然后用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定生成的I2。已知：①2Mn2＋＋O2＋4OH－=2MnO(OH)2②I2＋2Na2S2O3=2NaI＋Na2S4O6③S2Oeq\o\al(2－,3)＋2H＋=SO2↑＋S＋H2O(2)實(shí)驗(yàn)步驟①打開止水夾a和b，從A處向裝置內(nèi)鼓入過(guò)量N2，此操作的目的是________________________________________________________________________；②用注射器抽取某水樣20.00mL從A處注入錐形瓶；③再分別從A處注入含mmolNaOH的溶液及過(guò)量的MnSO4溶液；④完成上述操作后，關(guān)閉a、b，將錐形瓶中溶液充分振蕩；⑤打開止水夾a、b，分別從A處注入足量NaI溶液及含nmolH2SO4的硫酸溶液使溶液接近中性；⑥重復(fù)④的操作；⑦取下錐形瓶，向其中加入2～3滴________作指示劑；⑧用0.005mol·L－1Na2S2O3滴定至終點(diǎn)。(3)數(shù)據(jù)分析①若在滴定過(guò)程中消耗的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液體積為3.60mL，則此水樣中氧氣(O2)的含量為________(單位：mg·L－1)。②若未用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液潤(rùn)洗滴定管，則測(cè)得水樣中O2的含量將________(填“偏大”“偏小”或“不變”)。③實(shí)驗(yàn)要求加入適量的H2SO4使溶液接近中性，其原因是_________________________________________