浙江选考高考化学专题10实验化学4第四单元物质的定量分析与工艺流程实验分析教学案.docx
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浙江选考高考化学专题10实验化学4第四单元物质的定量分析与工艺流程实验分析教学案
第四单元 物质的定量分析与工艺流程实验分析
[考点分布]
知识内容
考试要求
2016年
2017年
2018年
2019年
2020年
4月
10月
4月
11月
4月
11月
4月
1月
(1)移液管、滴定管的使用方法
b
T31(6)②
T30(3)
(2)中和滴定原理和基本操作
b
T31(6)①
T23
(3)酸碱滴定中指示剂的选择方法
b
T23
(4)用滴定法测定液体样本中的总酸(或总碱)
b
(5)中和滴定实验的数据处理和误差的简单分析
c
(6)电子天平的使用
a
(7)镀锌铁皮锌镀层厚度测定的原理(与酸或碱反应)和操作流程
b
(8)实验数据的处理和测定过程中产生误差的原因分析
c
T28(3)、T31(5)
T27、T31(5)
T29
T27、T31(3)
T27
T27、T29
T27
物质的定量分析
1.定量测定数据的方法和过程分析
(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。
2.实验数据的处理与分析
(1)数据的表格化
项目
实验编号
项目1
项目2
项目3
项目4
…
1
2
3
①根据实验原理确定应记录的项目:
所测的物理量。
②应注意数据的有效数字及单位和必要的注释。
③设计的表格要便于数据的查找、比较,便于数据的计算和进一步处理,便于反映数据间的联系。
(2)数据的图像化
图像化是用直线图或曲线图对化学实验结果加以处理的一种简明化形式。
它适用于一个量的变化引起另一个量的变化的情况。
图像化的最大特点是鲜明、直观、简单、明了。
3.定量分析法在实验中的具体应用
(1)食醋总酸含量的测定
①原理:
滴定时的化学反应方程式为NaOH+CH3COOH===CH3COONa+H2O[或HnA(有机酸)+nNaOH===NanA+nH2O];即待测溶液中酸的总量跟所消耗的NaOH的物质的量相等。
②方案设计
a.配制待测食醋溶液:
用25mL移液管吸取市售食醋25mL,置于250mL容量瓶中,加水稀释至刻度,摇匀即得待测食醋溶液。
b.用润洗后的酸式滴定管或移液管量取待测食醋溶液VmL(V值为25.00左右)于锥形瓶中,加入2~3滴酚酞溶液。
c.把标准NaOH溶液装入润洗后的碱式滴定管。
d.用NaOH标准溶液滴定待测食醋溶液。
③数据处理和误差的简单分析
m(CH3COOH)=c(NaOH)·V(NaOH)·M(CH3COOH);
100mL食醋中所含醋酸的质量为m′(CH3COOH)=
c(NaOH)·V(NaOH)·M(CH3COOH)×
×
。
根据3次接近的平行测定值,可计算食醋中总酸含量的平均值。
(2)镀锌铁皮锌镀层厚度测定
本实验利用镀锌铁皮被腐蚀前后的质量差(Δm)以及锌的密度(ρ)和镀锌铁皮单侧的面积(S)并结合公式h=
来测定镀锌铁皮的锌镀层单侧厚度。
将镀锌铁皮放到酸中时,发生原电池反应,电极反应如下:
负极:
Zn-2e-===Zn2+
正极:
2H++2e-===H2↑
开始:
产生氢气速率较快(原电池原理);后期:
产生氢气速率显著减慢(原电池消失),锌在酸中完全溶解后,产生氢气显著变慢,准确判断锌完全反应是本实验最重要的一环。
题组一实验数据的测定、处理和分析
1.(2018·浙江11月选考,T27)已知化合物X由3种元素组成,某学习小组进行了如下实验:
①取适量X,加水完全溶解,无气体产生,溶液呈碱性;进行焰色反应,透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色。
②取1.685gX溶于水,加入含HCl0.02000mol的盐酸恰好中和;中和后所得溶液与硝酸酸化的过量AgNO3溶液反应,得到4.305g白色沉淀。
请回答:
(1)X中3种元素是________(用元素符号表示)。
(2)X与水反应的化学方程式是___________________________________。
(3)X中一种元素对应的单质,可与足量的Na2CO3溶液反应得到Cl2O。
写出该反应的化学方程式:
__________________________________________。
解析:
X由3种元素组成,通过实验①中焰色反应可判断X中有钾元素;由实验②中生成白色沉淀及其质量小可判断X中有氯元素;加水完全溶解,无气体产生,溶液呈碱性,可知X的组成可写为xK2O·yKCl的形式,故X中3种元素是K、Cl、O。
实验②中得到的4.305g白色沉淀为0.03molAgCl,其中0.02mol氯元素来自HCl,剩下0.01mol氯元素来自X中的氯,则1.685gX中KCl物质的量为0.01mol,质量为0.745g,K2O质量为0.94g,物质的量为0.01mol,故K2O与KCl的物质的量之比为1∶1,所以X的组成为K2O·KCl,化学式可写为K3ClO。
X与水反应即K2O与水反应,生成KOH,故化学方程式为K3ClO+H2O===2KOH+KCl。
Cl2与足量的Na2CO3溶液反应得到Cl2O、NaHCO3、NaCl,故化学方程式为2Na2CO3+2Cl2+H2O===Cl2O+2NaHCO3+2NaCl。
答案:
(1)K、Cl、O
(2)K3ClO+H2O===2KOH+KCl
(3)2Na2CO3+2Cl2+H2O===Cl2O+2NaHCO3+2NaCl
2.(2016·浙江10月选考,T27)为探究不溶性盐X(仅含四种元素)的组成和性质,设计并完成如下实验:
请回答:
(1)X的组成元素为H、O和________(用元素符号表示),化学式为________。
(2)写出经一步反应能得到X的化学方程式(要求非氧化还原反应):
______________________________。
解析:
(1)由题述知:
1.60g黑色固体和0.80g黑色固体为CuO,2.33g白色沉淀为BaSO4,故X的组成元素除H、O外还有S、Cu;0.36gH2O⇒n(H)=0.04mol,2.33gBaSO4⇒n(S)=0.01mol,(1.60+0.80)gCuO⇒n(Cu)=0.03mol,由元素质量守恒得3.56gX⇒n(O)=0.08mol,n(H)∶n(S)∶n(Cu)∶n(O)=4∶1∶3∶8,则X化学式为Cu3(OH)4SO4或2Cu(OH)2·CuSO4。
答案:
(1)S、Cu
Cu3(OH)4SO4[或2Cu(OH)2·CuSO4]
(2)4NaOH+3CuSO4===Cu3(OH)4SO4↓+2Na2SO4
3.(2020·浙江1月选考,T27)为测定FeC2O4·2H2O(M=180g·mol-1)样品的纯度,用硫酸溶解6.300g样品,定容至250mL。
取25.00mL溶液,用0.1000mol·L-1KMnO4标准溶液滴定至终点。
重复实验,数据如下:
序号
滴定前读数/mL
滴定终点读数/mL
1
0.00
19.98
2
1.26
22.40
3
1.54
21.56
已知:
3MnO
+5FeC2O4·2H2O+24H+===3Mn2++5Fe3++10CO2↑+22H2O
假设杂质不参加反应。
该样品中FeC2O4·2H2O的质量分数是________%(保留小数点后一位);
写出简要计算过程:
______________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案:
95.2
×100%≈95.2%
4.(2019·浙江4月选考,T27)固体化合物X由3种元素组成。
某学习小组进行了如下实验:
请回答:
(1)由现象1得出化合物X含有________元素(填元素符号)。
(2)固体混合物Y的成分是________(填化学式)。
(3)X的化学式是________。
X与浓盐酸反应产生黄绿色气体,固体完全溶解,得到蓝色溶液,该反应的化学方程式是_____________________________。
答案:
(1)O
(2)Cu和NaOH
(3)NaCuO2 2NaCuO2+8HCl(浓)===2NaCl+2CuCl2+Cl2↑+4H2O
定量化学实验数据的加工处理策略
(1)实验所得的数据,可分为有用、有效数据,正确、合理数据,错误、无效数据,及无用、多余数据等。
能从大量的实验数据中找出有用、有效、正确、合理的数据是实验数据分析处理题的一个重要能力考查点,也是近年来命题变化的一个重要方向。
(2)对实验数据筛选的一般方法和思路为“五看”:
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0.1g,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。
(3)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。
(4)直角坐标系题的解题要点在于解题时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。
题组二定量分析法在实验中的具体应用
5.(2017·浙江11月选考,T29)取7.90gKMnO4,加热分解后剩余固体7.42g。
该剩余固体与足量的浓盐酸在加热条件下充分反应,生成单质气体A,产物中锰元素以Mn2+存在。
请计算:
(1)KMnO4的分解率:
________。
(2)气体A的物质的量:
________。
答案:
(1)60%(或0.60)
(2)0.095mol
6.食醋是日常饮食中的一种调味剂,它对改善食物的口感,增进食欲,促进食物消化有独特的功能,因而深受人们青睐。
国家标准规定,酿造的食醋中醋酸的含量不得低于3.5g/100mL。
某校兴趣小组的学生到超市购买了某品牌食醋,在实验室进行食醋中醋酸含量的定量测定实验。
[实验原理]
用已知浓度的氢氧化钠溶液和醋酸反应,反应的化学方程式为CH3COOH+NaOH===CH3COONa+H2O。
[实验步骤]
(1)因食醋有颜色,可能干扰中和滴定时对指示剂颜色的观察,所以须先脱色,但又不能影响到测定的醋酸含量,下列所加脱色剂正确的是________。
A.氯水 B.Na2O2
C.活性炭D.SO2
(2)用________(填“酸式”或“碱式”)滴定管取步骤
(1)所得的食醋20.00mL,加入一洁净的锥形瓶中,并滴加2滴酚酞作指示剂。
(3)用0.5000mol·L-1的氢氧化钠溶液进行滴定,并重复滴定操作三次。
某同学的实验数据记录如下表:
食醋的体积/mL
所用氢氧化钠溶液的体积/mL
第一次
20.00
19.8
第二次
20.00
21.2
第三次
20.00
19.7
[交流反思]
(1)在实验步骤
(2)中,向锥形瓶中加适量水稀释食醋,对实验结果有无影响?
__________(填“有影响”或“无影响”),为什么?
____________________________。
(2)老师在审核了这一表格后指出,所记录的数据有一明显失误,此失误是________________________________________________________________________。
实验操作中也存在着失误,在计算时应舍去一组数据,这一组是第________次滴定的数据。
[数据处理]
请以表格中的数据通过计算后说明该食醋是否符合国家标准________(填“符合”或“不符合”)。
(不需写出计算过程)
答案:
[实验步骤]
(1)C
(2)酸式
[交流反思]
(1)无影响 稀释过程中溶质的物质的量不变,消耗的NaOH的物质的量不变
(2)滴定管的读数在小数点后没有保留两位 二
[数据处理]不符合
7.(2020·嘉兴选考模拟)“白铁皮”具有较强的耐腐蚀性,是生产中常用的金属材料之一。
镀锌层犹如铁皮的保护层,这层膜的厚度及均匀度也成了判断镀层质量的重要指标。
某研究性学习小组为了测定镀锌铁皮锌镀层的厚度,设计了下面的实验方案:
方案一:
取三块镀锌铁皮(A、B、C,截自同一块镀锌铁皮),将镀锌铁皮A放入烧杯中,加入40mL6mol·L-1盐酸,反应时用玻璃棒小心翻动镀锌铁皮,待锌镀层反应完全时,立即将未反应的铁皮取出,洗涤、小心烘干、称量。
将B、C重复上面的实验。
(1)锌镀层完全反应的标志是__________________________________________。
(2)如何检验铁片已经洗净:
______________________________________。
(3)该小组的实验数据记录及数据处理如下,完成下列表格。
(锌的密度为7.14g·cm-3)
数据记录
数据处理
镀锌
铁皮
长度
/cm
宽度
/cm
镀锌
铁皮
质量/g
铁皮
质量/g
锌镀层
厚度(单
侧)/cm
锌镀层平
均厚度(单
侧)/cm
A
5.00
4.90
4.460
4.313
4.201×
10-4
B
5.10
5.00
4.421
4.267
4.229×
10-4
C
5.20
5.00
4.640
4.467
4.660×
10-4
计算镀锌铁皮锌镀层平均厚度(单侧)________cm。
本实验中产生误差的地方可能有(任意列举两种)______________________________、_____________________________。
方案二:
已知锌与强碱溶液反应的离子方程式为Zn+2OH-===ZnO
+H2↑。
某同学按右图装置设计了测定镀锌铁皮镀层厚度的实验方案,将单侧面积为Scm2、质量为mg的镀锌铁皮放入6mol·L-1NaOH溶液中。
请回答下列问题:
(4)装置中导管a的作用是____________________________。
(5)检查气密性,将药品和水装入各仪器中,连接好装置后,需进行的操作还有①记录C的液面位置;②待B中不再有气体产生并恢复至室温;③由A向B中滴加足量NaOH溶液;④上下移动C,使干燥管和C中液面相平。
上述操作的顺序是______________________(填序号)。
(6)实验前后碱式滴定管中液面读数分别为V1mL、V2mL(实验条件下的气体摩尔体积为VmL·mol-1)。
则镀锌铁皮的厚度为______________cm。
(写出数学表达式)
解析:
本题考查化学实验的设计、分析与评价。
(1)当锌镀层完全反应后就是铁与盐酸反应,由于锌和铁的活泼性不同,反应速率就不同。
(2)从溶液中取出的铁片必然带有盐酸及其盐,当洗净时也就是不再含有盐酸及其盐,所以检验铁片是否洗净就是检验氯离子,也可检验其酸性。
(3)由三组所列锌镀层厚度数据来看,第三组数据与另两组有较大差距,应舍去,取前两组数据求平均值得4.215×10-4cm;本实验中产生误差的地方可能有长度和宽度的测量,质量的测量,恰好反应的判断,反应后铁皮的洗涤是否干净、烘干是否彻底等。
(4)随着分液漏斗内的液体不断流下,其内部压强变小,不利于液体流下,故导管a的作用是使分液漏斗和锥形瓶内气压相同,以便于NaOH溶液能顺利滴下。
(5)本实验的关键是测量气体的体积。
根据此装置的原理,应两次记录C中的读数,取其差值就是所得气体的体积,所以第一步就应该是④。
(6)V(H2)=(V1-V2)mL,n(Zn)=n(H2)=(V1-V2)/(1000·Vm),m(Zn)=65g·mol-1·n(Zn),锌的密度是7.14g·cm-3,V(Zn)=m(Zn)/7.14,由于铁片表面有上、下两层,所以每一层的厚度h=V(Zn)/2S,代入即得答案。
答案:
(1)产生气泡的速率突然减小
(2)取最后一次洗涤液,加入AgNO3溶液,若无白色沉淀生成,则铁片已洗净(或用玻璃棒蘸取最后一次洗涤液,滴在蓝色石蕊试纸上,若不变红色,则铁片已洗净)
(3)4.215×10-4 镀锌铁皮长、宽测量 反应前后铁皮质量称量(或终点判断或反应后铁皮洗涤或铁皮烘干程度,任选两种回答即可)
(4)使分液漏斗和锥形瓶内气压相同,以便于NaOH溶液能顺利滴下
(5)④①③②④①(回答④①③②也可)
(6)h=
化工流程中的实验分析
化工流程的命题来源很广,与各个知识模块的结合点较多,因此分析工业生产化工流程题时,应将流程路线、试题设问和理论知识有机结合起来,它常常结合工艺流程考查基本化学实验问题,可以说它是无机框图题的创新。
流程的呈现形式:
①操作流程;②物质转化流程;③综合流程。
解题时首先要明确原料和产品(包括副产品),即箭头进出方向,其次依据流程图分析反应原理,紧扣信息,搞清流程中每一步发生了什么反应——知其然,弄清有关反应原理,明确目的(如沉淀反应、除杂、分离)——知其所以然,最后联系储存的知识,有效地进行信息的利用,准确表述和工整书写。
由于化工流程常与溶液的配制、物质的分离及定量测定等基本操作有机结合起来,所以只有复习时牢固掌握实验基础知识,才能有效结合题中的信息,准确答题。
题组一操作流程型
1.(2018·浙江11月选考,T31)某兴趣小组用镀锌铁皮按下列流程制备七水合硫酸锌(ZnSO4·7H2O)。
相关信息如下:
①金属离子形成氢氧化物沉淀的相关pH范围。
②ZnSO4的溶解度(物质在100g水中溶解的质量)随温度变化曲线。
金属离子
pH
开始沉淀
完全沉淀
Fe3+
1.5
2.8
Fe2+
5.5
8.3
Zn2+
5.4
8.2
请回答:
(1)①镀锌铁皮上的油污可用Na2CO3溶液去除,理由是
________________________________________________________________________。
②步骤Ⅰ,可用于判断镀锌层完全反应的实验现象是________________________。
(2)步骤Ⅱ,须加入过量H2O2,理由是_________________________________。
(3)步骤Ⅲ,合适的pH范围是________________。
(4)步骤Ⅳ,需要用到下列所有操作:
a.蒸发至溶液出现晶膜,停止加热;b.在60℃蒸发溶剂;c.冷却至室温;d.在100℃蒸发溶剂;e.过滤。
请给出上述操作的正确排序________(操作可重复使用)。
(5)步骤Ⅴ,某同学采用不同降温方式进行冷却结晶,测得ZnSO4·7H2O晶体颗粒大小分布如图1所示。
根据该实验结果,为了得到颗粒大小相对均一的较大晶粒,宜选择________方式进行冷却结晶。
A.快速降温 B.缓慢降温 C.变速降温
(6)ZnSO4·7H2O产品的纯度可用配位滴定法测定。
①下列关于滴定分析,正确的是________。
A.图2中,应将凡士林涂在旋塞的a端和旋塞套内的c端
B.滴定前,锥形瓶和滴定管均须用标准溶液润洗
C.将标准溶液装入滴定管时,应借助烧杯或漏斗等玻璃仪器转移
D.滴定时,通常用左手控制旋塞滴加溶液,右手摇动锥形瓶,使溶液向同一方向旋转
E.滴定前滴定管尖嘴内无气泡,滴定后尖嘴内有气泡,则测得的体积比实际消耗的小
②图3中显示滴定终点时的读数是________mL。
解析:
(1)①碳酸钠溶液呈碱性,促使油污水解为可溶性物质而被除去。
②锌、铁、稀硫酸会形成原电池加快锌的消耗速率和产生氢气的速率,当锌层完全反应后,铁与稀硫酸反应产生氢气的速率会突然变慢。
(2)H2O2可以在酸性环境下将Fe2+氧化为Fe3+,且Fe3+催化加速H2O2分解,所以加入过量H2O2的目的是确保Fe2+完全转化为Fe3+,利于后续分离除去。
(3)调节pH时需要确保Fe3+完全沉淀,而Zn2+未开始沉淀,根据信息①可知合适的pH范围是2.8~5.4。
(4)因为题目要求需要用到所有操作,所以需要从100℃开始蒸发溶剂加快蒸发速度,为了确保蒸发至饱和,需要出现晶膜,接下来在60℃蒸发溶剂,继续至饱和,然后通过冷却结晶的方法使ZnSO4·7H2O因溶解度降低而大量析出,最后过滤,得到粗晶体。
(5)由题图可知,变速降温得到的1000~1200μm的晶粒总量在80%左右,缓慢降温得到的1000~1200μm的晶粒总量在50%左右,快速降温得到的1000~1200μm的晶粒总量在30%左右,所以为了达到颗粒相对均一的较大晶粒,宜选择变速降温方式进行冷却结晶。
(6)①A.酸式滴定管涂凡士林的方法为把酸式滴定管旋塞取出,将旋塞和旋塞套内擦干,然后分别在旋塞的大头表面上和旋塞套小口内壁周围均匀地涂一层薄薄的凡士林,然后把旋塞插入旋塞套内,向同一方向旋转使油膜在旋塞内均匀透明,且旋塞转动灵活。
B.滴定管既需清洗干净,还需用标准溶液润洗,锥形瓶只需清洗干净,不能用标准溶液润洗。
C.标准溶液转移至滴定管时,一定要用试剂瓶直接倾倒,决不可以借助其他仪器(如滴管、漏斗、烧杯等)完成。
D.滴定操作时,左手控制旋塞滴加溶液,右手摇动锥形瓶,沿同一方向做圆周运动。
E.滴定前无气泡,滴定后有气泡,则所测体积小于实际消耗体积。
②滴定管从上往下进行读数,保留两位小数,所以答案为20.60。
答案:
(1)①Na2CO3水解,溶液呈碱性,促使油脂水解 ②产生气泡的速率显著变慢
(2)使Fe2+尽可能转化为Fe3+;H2O2易分解(Fe3+催化加速分解) (3)2.8~5.4
(4)dabace (5)C (6)①ADE ②20.60
题组二物质转化流程型
2.某实验小组用工业上废弃固体混合物(主要成分Cu2S和Fe2O3)制取粗铜和Fe2(SO4)3晶体,设计流程如下:
(1)操作
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