高考化学实验热点定量实验分析型试题.docx
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高考化学实验热点定量实验分析型试题
第3讲 定量实验分析型试题
热点一 实验数据的处理分析
一、数据的测定方法
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。
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。
二、实验数据统计与整理的一般方法
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解。
（3）设计好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。
【例1】 氧化剂H2O2在反应时不产生污染物被称为绿色氧化剂，因而受到人们越来越多的关注。
Ⅰ.某实验小组以H2O2分解为例，探究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。
在常温下按照如表所示的方案完成实验。
实验编号
反应物
催化剂
①
10mL2%H2O2溶液
无
②
10mL5%H2O2溶液
无
③
10mL5%H2O2溶液
1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液
④
10mL5%H2O2溶液＋少量HCl溶液
1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液
⑤
10mL5%H2O2溶液＋少量NaOH溶液
1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液
（1）实验①和②的目的是_____________________________________________________。
同学们进行实验时没有观察到明显现象而无法得出结论。
资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。
为了达到实验目的，你对原实验方案的改进方法是__________________________（填一种即可）。
（2）实验③④⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图所示。
分析该图能够得出的实验结论是______________________________________________。
Ⅱ.资料显示，某些金属离子对H2O2的分解起催化作用。
为比较Fe3+和Cu2+对H2O2分解的催化效果，该实验小组的同学设计了如图所示的实验装置进行实验。
（1）某同学通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢，实验时可以通过测量__________或______________来比较。
（2）0.1gMnO2粉末加入50mLH2O2溶液中，在标准状况
下放出气体的体积和时间的关系如图所示。
解释反应速
率变化的原因：
______________________________。
计算H2O2的初始物质的量浓度为__________________。
（保留两位有效数字）
三、定量化学实验数据的加工处理策略
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。
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。
1．对实验数据进行合理的取舍
【例2】 某样品是由碳酸钠与氯化钠组成的固体混合物，现欲测定样品中碳酸钠的质量分数。
某同学称取10.00g样品，配成1000mL溶液，用______（填仪器名称）量取25.00mL放入锥形瓶中，加入甲基橙作指示剂，用0.1500mol·L－1标准盐酸溶液滴定至终点，平行测定三次，有关实验数据记录如下表，则样品中碳酸钠的质量分数为__________。
实验编号
待测液体积（mL）
标准液体积（mL）
滴定前读数
终点时读数
1
25.00
0.00
30.02
2
25.00
0.20
33.80
3
25.00
1.40
31.38
特别提醒 在定量实验中，为了提高实验的准确度和可靠度，消除实验过程中的偶然误差，往往需进行平行实验，对平行实验所得的数据，必须进行合理的取舍，舍弃离群值，在去掉了离群值后，其他比较集中的数据在中学阶段一般用算术平均值的方法来对其进行统计。
2．对实验数据进行合理的筛选与分组
【例3】 在0℃、1.01×105Pa时进行下列实验：
甲、乙、丙三位同学各取30.0mL同浓度的盐酸，加入等量同组成镁铝合金粉末，测定产生气体的体积，有关数据列表如下：
实验序号
甲
乙
丙
合金质量（mg）
510
765
918
气体体积（mL）
560
672
672
试求：
（1）盐酸的物质的量浓度是多少？
（2）合金中各成分的质量分数。
特别提醒 从实验测得的各种数据，不一定都是解决问题所必需的，这时就需要对这些数据进行筛选，以从中得到解决问题所需的数据。
本题给出多组实验数据，选择何组数据作为计算依据，须先明确实验目的，弄清实验原理，在此基础上筛选出解决问题所需的数据。
3．对实验数据进行合理的组合
定量实验要想达到实验目的，需要测定哪些在中学实验条件下可以测出的物理量？
必须在先弄清实验原理的基础上进行全面分析，对所测数据进行合理分配和组合，并剔除等效数据。
【例4】 现有一份CuO和Cu2O的混合物，用H2还原法测定其中的CuO质量xg，实验中可以测定以下数据：
①W：
混合物的质量（g）、②W（H2O）：
生成水的质量（g）、③W（Cu）：
生成Cu的质量（g）、④V（H2）：
标准状况下消耗H2的体积（L）。
（已知摩尔质量：
Cu：
64g·mol－1、CuO：
80g·mol－1、Cu2O：
144g·mol－1、H2O：
18g·mol－1）
（1）为了计算x至少需要测定上述4个数据中的________个，这几个数据的组合共有________种。
请将这些组合一一填入下列空格中。
说明：
①选用W、W（H2O）、W（Cu）、V（H2）表示，不必列出具体算式。
②每个空格中填一种组合，有几种组合就填几种，不必填满。
（2）从上述组合中选出一个含W的求x的计算式：
x：
_______________________________。
（3）以上数据组合中易于取得的一组是__________________________________________。
四、实验数据综合分析
如何用好、选好数据，是解决这类试题的关键所在。
解决这类试题的一般方法为：
比较数据，转变物质，分析利弊，确定方案。
1．对数据进行比较是解决问题的突破口，注意比较数据的交点与重合区。
2．转变物质则是实现实验目标的重要途径，在一些物质提纯与制备的问题中，往往会提供一些物质沉淀的pH范围、物质的沸点、密度、溶解性等呈现物质物理性质的数据。
在许多情况下，一些物质的相关数据是重叠的，而不利于问题的解决，一般可通过转变物质来解决（如CH3COOH与CH3CH2OH的沸点很接近，要分离二者的混合物，可以通过将CH3COOH转变为CH3COONa的方法，扩大其与CH3CH2OH沸点上的差异，然后通过蒸馏的方法进行分离）。
3．在实际生产、生活中，除了涉及是否能够通过相应反应来实现实验目标外，还涉及经济效益的问题，在原理、环保等没有大的差异时，选择廉价原料完成相应的实验就成为首选。
【例5】 “卤块”的主要成分为MgCl2（含Fe2＋、Fe3＋、Mn2＋等杂质离子），若以它为原料，按如下工艺流程图，即可制得“轻质氧化镁”。
如果要求产品尽量不含杂质离子，而且成本较低，流程中所用试剂或pH值控制可参考下列附表确定。
表1 化学试剂价格表
试剂
价格（元/t）
漂白液（含NaClO25.2%）
H2O2（30%）
NaOH（固98%）
Na2CO3（固99.5%）
卤块（MgCl2,30%）
450
2400
2100
600
310
表2 生成氢氧化物沉淀的值
物质
开始沉淀
沉淀完全
Fe（OH）3
Fe（OH）2
Mn（OH）2
Mg（OH）2
2.7
7.6
8.3
9.6
3.7
9.6Ω
9.8
11.1
注：
Fe2＋氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，所以常将它氧化成为Fe3＋，生成Fe（OH）3沉淀而去除之。
请填写以下空白：
（1）在步骤②加入试剂X，最佳选择应是________，其作用是__________________________。
（2）在步骤③加入的试剂Y应是__________________，之所以要控制pH＝9.8，其目的是
________________________________________________________________________。
（3）在步骤⑤时发生的化学反应方程式是_______________________________________。
1．某实验小组拟用酸碱中和滴定法测定食醋的总酸量（g/100mL），请你参与本实验并回答相关问题。
（有关实验药品：
市售食用白醋样品500mL、0.1000mol·L－1NaOH标准溶液、蒸馏水、0.1%甲基橙溶液、0.1%酚酞溶液、0.1%石蕊溶液。
）
Ⅰ.实验步骤：
（1）用酸式滴定管吸取10mL市售食用白醋样品，置于100mL容量瓶中，加蒸馏水（煮沸除去CO2并迅速冷却）稀释至刻度线，摇匀即得待测食醋溶液。
（2）用酸式滴定管取待测食醋溶液20.00mL于________中。
（3）用碱式滴定管盛装标准NaOH溶液，静置后，读取数据，记录NaOH标准溶液体积的初读数。
（4）滴定，并记录NaOH标准溶液体积的终读数。
重复滴定操作2～3次。
Ⅱ.实验记录及数据处理
滴定次数
实验数据
1
2
3
4
V（待测/mL）
20.00
20.00
20.00
20.00
V（NaOH）/mL（初读数）
0.00
0.20
0.10
0.00
V（NaOH）/mL（终读数）
14.98
15.20
15.12
15.95
V（NaOH）/mL（消耗）
14.98
15.00
15.02
15.95
则c（样品）＝________mol·L－1；样品总酸量________g/100mL。
Ⅲ.交流与讨论
（1）甲同学在处理数据过程中计算得：
V（NaOH）（平均消耗）＝
（14.98＋15.00＋15.02＋15.95）mL≈15.24mL。
试分析他的计算是否合理，如果不合理请说明理由：
________________________________________________________________________。
（2）乙同学用0.1000mol·L－1NaOH溶液滴定另一市售食用白醋样品溶液时，滴定过程中使用pH计将溶液的pH变化情况记录如下表。
V（NaOH）/mL
0.00
10.00
18.00
19.80
19.98
溶液pH
2.88
4.70
5.70
6.74
7.74
V（NaOH）/mL
20.00
20.02
20.20
22.00
溶液pH
8.72
9.70
10.70
11.70
①请作出pH－V（NaOH）图（见下图）。
②由表和图可知，在允许的误差范围（±0.1%）内，溶液的pH突变（滴定突跃）范围为 。
所以可选择 作指示剂。
附：
常见指示剂的变色范围
指示剂
变色的范围（pH）
甲基橙
3．1～4.4
石蕊
5．0～8.0
酚酞
8．2～10.0
2．（2009·安徽理综，28）Fenton含难降解有机物的工业废水，通常是在调节好pH和Fe2＋浓度的废水中加入H2O2，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。
现运用该方法降解有机污染物p CP，探究有关因素对该降解反应速率的影响。
[实验设计]控制p CP的初始浓度相同，固定实验温度在298K或313K（其余实验条件见下表），设计如下对比实验。
（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）。
实验编号
实验目的
T/K
pH
c/10－3mol·L－1
H2O2
Fe2＋
①
为以下实验作参照
298
3
6.0
0.30
②
探究温度对降解反应速率的影响
③
298
10
6.0
0.30
[数据处理]实验测得p CP的浓度随时间变化的关系如上图。
（2）请根据上图实验①曲线，计算降解反应在50～150s内的反应速率：
v（p CP）＝________mol·L－1·s－1。
[解释与结论]
（3）实验①、②表明温度升高，降解反应速率增大。
但温度过高时反而导致降解反应速率减小，请从Fenton法所用试剂H2O2的角度分析原因：
_____________________________。
（4）实验③得出的结论是：
pH等于10时，________________________________________。
[思考与交流]
（5）实验时需在不同时间从反应器中取样，并使所取样品中的反应立即停止下来。
根据上图中的信息，给出一种迅速停止反应的方法：
____________________________________。
热点二 变量与规律探究实验
一、变量探究实验
典型的变量探究型实验，往往涉及有关影响化学反应速率、化学平衡移动规律等方面的内容。
处理相关实验问题时，需要注意以下内容：
一是要选择合适的化学反应，所选择的反应不能太灵敏，也不能太迟钝。
二是反应物的浓度要适当，不能太大，而探索浓度变量时，浓度间的差别也不能太大。
三是反应体系的温度，要有规律地设计不同的反应体系的温度，也要注意物质的相应性质，不能选择会引起反应发生变化的体系温度。
四是对变量要进行适当的组合，组合的一般原则是“变一定多”，即保持其他变量不变，改变其中一个变量的值进行实验，测定数据，通过系列实验，找出变量对反应的影响。
【例6】 控制变量法是化学实验的一种常用方法，下表是某学习小组研究等物质的量浓度的稀硫酸和锌反应的实验数据（计算结果精确到小数点后一位）。
分析以下数据，回答下列问题：
实验序号
稀硫酸的体积/mL
锌的质量/g
锌的形状
温度/℃
完全溶于酸的时间/s
生成硫酸锌的质量/g
1
50.0
2.0
薄片
15
200
m1
2
50.0
2.0
薄片
25
100
m2
3
50.0
2.0
颗粒
25
70
m3
4
50.0
2.0
颗粒
35
35
m4
5
50.0
2.0
粉末
25
t1
5.0
6
50.0
4.0
粉末
25
t2
m5
7
50.0
6.0
粉末
25
t3
14.9
8
50.0
8.0
粉末
25
t4
19.3
9
50.0
10.0
粉末
25
t5
m6
10
50.0
12.0
粉末
25
t6
19.3
（1）实验1和实验2表明________对化学反应速率有影响，对同一规律进行研究的实验还有一组是________（填实验序号）。
（2）下列说法正确的是________。
A．t1＜70B．m1＜m2
C．m6＝19.3D．t1＞t4
（3）本实验还可以研究________对化学反应速率的影响。
（4）稀硫酸的物质的量浓度是________mol·L－1，实验6生成硫酸锌的质量m5＝______________。
二、规律探究实验的解题策略
物质性质递变规律的探索也是中学化学实验探索的一个重要内容。
研究同周期、同主族元素性质的递变规律，物质的氧化还原反应（如置换反应）规律，物质的酸（碱）性强弱规律，电解质溶液的导电规律等，都是开展有关规律探究的重要素材，也是高考命题的经典情境。
解决有关规律探究问题的实验设计，其常用方法示例如下：
1．同周期、同主族元素性质的递变规律，一般通过设计判断元素金属性、非金属性的强弱实验来完成，如通过让金属单质与相同浓度的非氧化性酸反应产生H2的速率快慢来判断金属单质的还原性强弱，推断元素金属性强弱，从而找出相应的性质递变规律。
2．物质的酸（碱）性强弱的判断。
3．钢铁发生电化学腐蚀的规律探究。
可以通过控制所含的杂质是否与空气接触、所接触的电解质溶液的酸碱度、钢铁在腐蚀过程中体系内的气压变化等角度设计实验，找出规律。
【例7】 某化学兴趣小组的同学学习了同周期元素性质递变规律后，设计了一套实验方案进行实验探究，并记录了有关实验现象如下表。
实验操作
实验现象
1.用砂纸擦后的镁带与沸水反应，再向反应后溶液中滴加酚酞
2.向新制的H2S饱和溶液中滴加新制的氯水
3.钠与滴有酚酞试液的冷水反应
4.镁带与2mol·L－1的盐酸反应
5.铝条与2mol·L－1的盐酸反应
6.向AlCl3溶液滴加NaOH溶液至过量
（A）浮于水面，熔成一个小球，在水面上无定向移动，随之消失，溶液变红色
（B）产生气体，可在空气中燃烧，溶液变成浅红色
（C）反应不十分强烈，产生的气体可以在空气中燃烧
（D）剧烈反应，产生可燃性气体
（E）生成白色胶状沉淀，进而沉淀消失
（F）生成淡黄色沉淀
请你帮助该同学整理并完成实验报告
（1）实验目的：
_______________________________________________________________。
（2）实验用品：
仪器：
①________、②________、③________、④试管夹、⑤镊子、⑥小刀、⑦玻璃片、⑧砂纸、⑨胶头滴管等。
药品：
钠、镁带、铝条、2mol·L－1的盐酸、新制的氯水、饱和的H2S溶液、AlCl3溶液、NaOH溶液等。
（3）请你写出上述的实验操作与对应的现象
1________、2________、3________、4________、5________、6________（用A F表示）。
写出实验操作2、6的离子反应方程式
实验2_____________________________________________________________________。
实验6_____________________________________________________________________。
（4）实验结论：
_______________________________________________________________。
3．某化学小组为了研究外界条件对化学反应速率的影响，进行了如下实验：
【实验原理】2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O
【实验内容及记录】
实验编号
室温下，试管中所加试剂及其用量/mL
0.6mol·L－1H2C2O4溶液
H2O
0.2mol·L－1KMnO4溶液
3mol·L－1稀硫酸
室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min
1
3.0
2.0
3.0
2.0
4.0
2
3.0
3.0
2.0
2.0
5.2
3
3.0
4.0
1.0
2.0
6.4
请回答：
（1）根据上表中的实验数据，可以得到的结论是___________________________________。
（2）利用实验1中数据计算，用KMnO4的浓度变化表示的反应速率为v（KMnO4）＝________________________________________________________________________。
（3）该小组同学根据经验绘制了n（Mn2＋）随时间变化趋势的示意图，如图1所示。
但有同学查阅已有的实验资料发现，该实验过程中n（Mn2＋）随时间变化的趋势应如图2所示。
该小组同学根据图2所示信息提出了新的假设，并继续进行实验探究。
①该小组同学提出的假设是___________________________________________________。
②请你帮助该小组同学完成实验方案，并填写表中空白。
实验编号
室温下，试管中所加试剂及其用量/mL
再向试管中加入少量固体
室温下溶液颜色褪至无色所需时间/min
0.6mol·L－1H2C2O4溶液
H2O
0.2mol·L－1KMnO4溶液
3mol·L－1稀硫酸
4
3.0
2.0
3.0
2.0
t
③若该小组同学提出的假设成立，应观察到的现象是_______________________________。
课时规范训练
1．为探究NaHCO3、Na2CO3和盐酸（以下盐酸浓度均为1mol·L－1）反应过程中的热效应，进行实验并测得如下数据：
序号
35mL试剂
固体
混合前温度/℃
混合后温度/℃
①
水
2.5gNaHCO3
20.0
18.5
②
水
3.2gNa2CO3
20.0
24.3
③
盐酸
2.5gNaHCO3
20.0
16.2
④
盐酸
3.2gNa2CO3
20.0
25.1
由此得出的结论正确的是（ ）
A．Na2CO3溶液与盐酸的反应是吸热反应
B．NaHCO3溶液与盐酸的反应是放热反应
C．20.0℃时，含3.2gNa2CO3的饱和溶液和35mL盐酸混合后的温度将低于25.1℃
D．20.0℃时，含2.5gNaHCO3的饱和溶液和35mL盐酸混合后的温度将低于16.2℃
2．为测定草酸晶体（H2C2O4·xH2O）的组成（即x的值）进行下述实验：
A．称取mg纯草酸晶体，将其配成100.00mL溶液作为待测液
B．取25.00mL待测液置于锥形瓶中，用浓度为amol·L－1的酸性KMn
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