高三化学考前突破训练以定量测定为目的的综合实验.docx

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高三化学考前突破训练以定量测定为目的的综合实验

2020届高三化学考前冲刺突破：

——以定量测定为目的的综合实验

【考向分析】

该类试题常以混合物成分的分析测定、物质纯度的计算以及化学式的确定等为实验目的进行设计，从量的角度考查化学实验知识，元素化合物知识。

涉及内容主要体现在物质的称量（或量取）、物质的分离与提纯、中和滴定及其迁移应用、一定物质的量浓度溶液的配制、误差来源及减少误差的方法等方面。

这不仅体现了科学探究与创新意识的核心素养，而且考查了考生处理实验数据，分析实验流程的能力。

【核心导学】

1．气体体积的测量

（1）量气装置的创新

（2）量气时应注意的问题

①量气时应保持装置处于室温状态。

②读数时要特别注意消除“压强差”，保持液面相平，同时要注意视线与液面最低处相平。

如图中（Ⅰ）（Ⅳ）应使左侧和右侧的液面保持相平。

2．定量测定实验中要有三种意识

（1）消除干扰气体的意识

如用“惰性”气体将干扰气体排出，或用溶液吸收干扰气体等。

（2）被测量气体全部被测量的意识

如采取反应结束后继续向装置中通入“惰性”气体以使被测量气体全部被吸收剂吸收的方法。

（3）“数据”的采集处理意识

实验数据的采集是化学计算的基础，一般来讲，固体试剂称质量，而液体试剂和气体试剂则测量体积。

①称量固体质量时，中学一般用托盘天平，可估读到0.1g，精确度要求高的实验中可以用分析天平或电子天平，可精确到0.0001g。

②测量液体体积时，一般实验中选用适当规格的量筒，可估读到0.1mL，准确度要求高的定量实验，如中和滴定中选用滴定管（酸式或碱式），可估读到0.01mL。

容量瓶作为精密的定容仪器，用于配制一定物质的量浓度的溶液，一般不用于量取液体的体积。

③气体除了量取外，还可以称量。

称气体的质量时一般有两种方法：

一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小值；另一种方法是称吸收装置前后的质量增大值。

④用pH试纸（测得整数值）或pH计（精确到0.01）直接测出溶液的pH，经过计算可以得到溶液中c（H＋）或c（OH－）。

⑤为了保证数据的准确性，实验中要采取必要的措施，确保离子完全沉淀、气体完全被吸收等，必要时可以进行平行实验，重复测定，然后取其平均值进行计算。

如中和滴定实验中测量酸或碱的体积要平行做2～3次滴定，取体积的平均值求算未知溶液的浓度，但对于“离群”数据（指与其他数据有很大差异的数据）要舍弃，因为数据“离群”的原因可能是操作中出现了较大的误差。

3．综合实验题中的相关计算

（1）常用的计算公式

①n＝

，n＝

，n＝cV（aq）。

②物质的质量分数（或纯度）＝

×100%。

③产品产率＝

×100%。

④物质转化率＝

×100%。

（2）常用的计算方法——关系式法

关系式法常应用于一步反应或分多步进行的连续反应中，利用该法可以减少不必要的中间运算过程，避免计算错误，并能迅速准确地获得结果。

一步反应可以直接找出反应物与目标产物的数量关系；在多步反应中，若第一步反应的产物，是下一步反应的反应物，可以根据化学方程式，将该物质作为“中介”，找出已知物质和所求物质之间量的关系。

利用这种方法解题的关键是建立已知物质和所求物质之间的关系式。

（3）一种典型的实验方法——碘量法

碘量法分为直接碘量法和间接碘量法。

①直接碘量法：

用碘滴定液直接滴定还原性物质的方法，在滴定过程中，I2被还原为I－。

②间接碘量法：

利用I－的还原性与氧化性物质反应产生I2，遇淀粉溶液显蓝色，再加入Na2S2O3标准溶液与I2反应，滴定终点的现象为蓝色消失且半分钟内不变色，从而测出氧化性物质的含量。

如测定混合气中ClO2的含量，有关的离子方程式为2ClO2＋10I－＋8H＋===2Cl－＋5I2＋4H2O和I2＋2S2O

===2I－＋S4O

，得关系式2ClO2～5I2～10S2O

，然后根据已知条件进行计算。

【题组训练】

1．（2018·全国卷Ⅲ）硫代硫酸钠晶体（Na2S2O3·5H2O，M＝248g·mol－1）可用作定影剂、还原剂。

回答下列问题：

（1）已知：

Ksp（BaSO4）＝1.1×10－10，Ksp（BaS2O3）＝4.1×10－5。

市售硫代硫酸钠中常含有硫酸根杂质，选用下列试剂设计实验方案进行检验：

试剂：

稀盐酸、稀H2SO4、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、H2O2溶液

实验步骤

现象

①取少量样品，加入除氧蒸馏水

②固体完全溶解得无色澄清溶液

③________________________________________________________

④_____________________________________，有刺激性气体产生

⑤静置，___________________________________________________

⑥_____________________________________

（2）利用K2Cr2O7标准溶液定量测定硫代硫酸钠的纯度。

测定步骤如下：

①溶液配制：

称取1.2000g某硫代硫酸钠晶体样品，用新煮沸并冷却的蒸馏水在________中溶解，完全溶解后，全部转移至100mL的________中，加蒸馏水至________。

②滴定：

取0.00950mol·L－1的K2Cr2O7标准溶液20.00mL，硫酸酸化后加入过量KI，发生反应：

Cr2O

＋6I－＋14H＋===3I2＋2Cr3＋＋7H2O。

然后用硫代硫酸钠样品溶液滴定至淡黄绿色，发生反应：

I2＋2S2O

===S4O

＋2I－。

加入淀粉溶液作为指示剂，继续滴定，当溶液___________________________________________________，即为终点。

平行滴定3次，样品溶液的平均用量为24.80mL，则样品纯度为________%（保留1位小数）。

解析　

（1）在SO

的检验过程中应防止加入氧化剂，如H2O2，会把S2O

氧化为SO

，也要防止加入稀H2SO4而引入SO

，所以样品加水溶解后应加入过量稀盐酸，发生反应：

S2O

＋2H＋===S↓＋SO2↑＋H2O。

取上层清液滴入BaCl2溶液，产生白色沉淀：

Ba2＋＋SO

===BaSO4↓，证明溶液中存在SO

。

（2）①配制一定物质的量浓度的溶液，应该在烧杯中溶解，冷却至室温后，转移至100mL容量瓶中，加水至距刻度线1～2cm处，改用胶头滴管滴加至溶液的凹液面最低处与刻度线相平。

②加入淀粉作指示剂，淀粉遇I2变蓝色，加入的Na2S2O3样品与I2反应，当I2消耗完后，溶液蓝色褪去，即为滴定终点。

由反应Cr2O

＋6I－＋14H＋===3I2＋2Cr3＋＋7H2O、I2＋2S2O

===S4O

＋2I－得关系式：

Cr2O

　　～　　3I2　　～　　6S2O

1　6

0.00950mol·L－1×0.02L　0.00950mol·L－1×0.02L×6

Na2S2O3样品溶液的浓度为

，纯度为

×100%＝95.0%。

答案　

（1）③加入过量稀盐酸　④出现乳黄色浑浊　⑤取上层清液，滴入BaCl2溶液　⑥产生白色沉淀　

（2）①烧杯　容量瓶　刻度线　②蓝色褪去，且30s内不恢复　95.0

2．某学习小组对某葡萄酒中SO2的含量进行检测，按如图连接好仪器。

回答下列问题：

Ⅰ.样品蒸馏

取20.00mL样品和250mL水置于仪器A中，仪器B是去掉塞子的碘量瓶，向其中装入25mL乙酸铅溶液，然后向仪器A中加入10mL盐酸，立即盖塞蒸馏；当碘量瓶中的液体约200mL时，将插入碘量瓶液面下的导管向上提起并将导管置于液面上方1cm处，再蒸馏2min左右；最后用少量蒸馏水冲洗碘量瓶中的导管，并将冲洗液并入碘量瓶中。

同时做空白实验（即不加样品情况下按同法操作，防止实验误差）。

已知：

SO2＋H2O＋Pb（CH3COO）2===PbSO3↓＋2CH3COOH。

（1）仪器A的名称是________________。

（2）实验中使用的碘量瓶最适宜的规格是________（填标号）。

A．100mL　　　　　　B．250mL

C．500mLD．1000mL

（3）如果实验最后未用少量蒸馏水冲洗碘量瓶中的导管，会导致测定结果________（填“偏高”“偏低”或“不影响”）。

Ⅱ.滴定操作

向取下的碘量瓶中加入10mL盐酸和1mL淀粉溶液，摇匀后用0.01mol·L－1的碘标准溶液滴定，记录消耗的碘标准溶液的体积为V（单位为mL）。

（4）滴定终点的现象是_____________________________________，

该滴定反应的离子方程式是_____________________________________。

Ⅲ.结果分析

（5）甲组4次实验测得V分别为

实验

1

2

3

4

V/mL

9.98

12.00

10.02

10.00

据此可计算此葡萄酒中SO2的含量为_____________________________________mg·L－1。

乙组认为甲组实验不严谨，可能会有误差，因为甲组未做____________________。

解析　

（1）仪器A的名称是蒸馏烧瓶。

（2）进行蒸馏后，碘量瓶中的液体约200mL时，将插入碘量瓶液面下的导管向上提起并将导管置于液面上方1cm处，再蒸馏2min左右；最后用少量蒸馏水冲洗碘量瓶中，所以选择500mL规格的碘量瓶最合适。

（3）如果实验最后未用少量蒸馏水冲洗碘量瓶中的导管，会有一小部分物质停留在导管中，导致测定结果偏低。

（4）因为淀粉遇碘变蓝，开始发生反应SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋SO

＋2I－，当SO2反应完全后，再滴碘标准溶液，溶液变蓝色，所以达到滴定终点的现象是滴加最后一滴碘标准溶液后，溶液颜色变蓝，且30s内不褪色。

该滴定反应的离子方程式是SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋SO

＋2I－。

（5）SO2　＋　I2＋2H2O===4H＋＋SO

＋2I－

1mol　　1mol

n（SO2）＝

×10－3L×0.01mol·L－1＝10－4mol，故葡萄酒中SO2的含量为

＝320mg·L－1。

答案　

（1）蒸馏烧瓶　

（2）C　（3）偏低　（4）滴加最后一滴碘标准溶液后，溶液颜色变蓝，且30s内不褪色　SO2＋I2＋2H2O===4H＋＋SO

＋2I－（或H2SO3＋I2＋H2O===4H＋＋SO

＋2I－）　（5）320　空白实验

3．（2019·广东佛山质检）钙能调节人体各系统生理功能，利用如图装置测定碳酸钙型补钙剂中钙的含量。

已知：

氨基磺酸（H2NSO3H）俗称固体硫酸，在水溶液中为一元酸，广泛应用于锅炉水垢的清洗。

（1）A装置的作用为__________________，仪器a的名称为____________。

（2）B装置内发生反应的化学方程式为______________________________________，实验中不用盐酸与钙片反应的原因是_____________________________________。

（3）组装好仪器后，检查装置的气密性，接下来进行的操作是：

打开K1、K2，关闭K3，通空气一段时间，______________（填操作），打开仪器a活塞，滴入氨基磺酸溶液，待B装置中无气泡产生，关闭仪器a活塞。

再次打开K1通空气一段时间，第二次通入空气的目的是__________________________。

如果不使用干燥管Ⅱ，测定结果____________（填“偏高”“偏低”或“不变”）。

（4）取某补钙剂样品mg进行测定，测得干燥管Ⅰ在实验前后重量分别为m1g和m2g，则样品中钙的质量分数为____________。

解析　

（1）本题测定的是氨基磺酸（H2NSO3H）与碳酸钙反应产生的二氧化碳，故A装置的作用为吸收空气中CO2，以排除空气中CO2对实验产生的干扰；仪器a的名称为分液漏斗。

（2）B装置内是氨基磺酸（H2NSO3H）与碳酸钙型补钙剂发生反应，其化学方程式为CaCO3＋2H2NSO3H===Ca（H2NSO3）2＋H2O＋CO2↑；盐酸具有挥发性，可被碱石灰吸收，使测定结果偏高。

（3）排出装置中的空气后，关闭K1、K2，打开K3，打开仪器a活塞，滴入氨基磺酸溶液，待B装置中无气泡产生，关闭仪器a活塞。

第二次通入空气的目的是将装置内产生的CO2排至干燥管Ⅰ中，以提高CO2吸收率。

如果不使用干燥管Ⅱ，空气中的CO2会进入干燥管Ⅰ中，会使测定结果偏高。

（4）由干燥管Ⅰ在实验前后重量可知二氧化碳的质量为（m2－m1）g，二氧化碳的物质的量为

mol，则碳酸钙的物质的量为

mol，样品中钙的质量分数为

×100%＝

×100%。

答案　

（1）吸收空气中CO2　分液漏斗　

（2）CaCO3＋2H2NSO3H===Ca（H2NSO3）2＋H2O＋CO2↑　盐酸易挥发，使测定结果偏高　（3）关闭K1、K2，打开K3　将装置内生成的CO2全部排至干燥管Ⅰ中，提高CO2吸收率　偏高

（4）

×100%

4．某学习小组在实验室中利用如图装置（夹持装置略去）测定某铁硫化物（FexSy）的组成，并探究反应后D装置所得溶液中含硫化合物的组成。

实验步骤：

步骤Ⅰ.按如图连接装置，检查装置气密性，装入药品；

步骤Ⅱ.打开分液漏斗旋塞，缓缓滴入水，并点燃酒精喷灯；

步骤Ⅲ.当硬质玻璃管中固体质量不再改变时，停止加热，继续通入一段时间的O2；

步骤Ⅳ.实验结束后，将D装置中所得溶液加水配制成250mL溶液；

……

请回答：

（1）步骤Ⅲ中，停止加热后还需继续通入一段时间的O2，其目的为_____________________________________。

（2）在C、D装置之间不需要防倒吸装置的理由是__________________________。

（3）步骤Ⅳ中配制溶液时所需的玻璃仪器除玻璃棒和烧杯外，还有________________________。

（4）取25.00mL步骤Ⅳ中所配溶液，加入足量双氧水，再加入足量盐酸酸化的BaCl2溶液，将所得沉淀过滤、洗涤、干燥，称其质量为4.66g。

则FexSy的化学式为_____________________________________。

（5）有同学认为可将D装置改为装有足量碱石灰的干燥管，通过测定反应前后干燥管的增重来计算硫元素的含量。

你认为此方案是否合理？

____________（填“是”或“否”），原因为_____________________________________。

（6）反应后D装置所得溶液中除含有Na2SO4外，还可能含有Na2SO3。

现用滴定法测定溶液中Na2SO3的含量。

可供选择的试剂：

①0.1000mol/L酸性KMnO4溶液；②0.1000mol/LH2O2溶液；③0.1000mol/L淀粉KI溶液；④0.1000mol/LBaCl2溶液；⑤0.1000mol/LHCl溶液。

①所选试剂应装在________（填“酸式”或“碱式”）滴定管中。

②所利用的反应原理为_____________________________________

（用离子方程式表示）。

解析　观察装置，A装置中产生足量的氧气经干燥后，进入C装置与FexSy在加热条件下反应，生成硫的氧化物，进入D装置被氢氧化钠吸收。

（1）步骤Ⅲ中，停止加热后还需继续通入一段时间的O2的目的是使生成的气体全部被NaOH溶液吸收。

（2）此装置中，不需要防倒吸装置，原因是虽然SO2易溶于NaOH溶液，但其中还有难溶于NaOH溶液的O2，不会因为SO2易溶于NaOH溶液而使气压迅速降低发生倒吸。

（3）步骤Ⅳ中配制250mL溶液时，需要容量瓶和胶头滴管，注意容量瓶需注明体积。

（4）C装置中产生的气体主要为SO2，所以D装置中生成Na2SO3，取25.00mL步骤Ⅳ中所配溶液，加入足量双氧水，将其氧化为Na2SO4，再加入足量盐酸酸化的BaCl2溶液，所得沉淀为BaSO4，质量为4.66g，其物质的量为0.02mol，250mL溶液中，根据S守恒：

n（BaSO4）＝n（Na2SO4）＝n（SO2）＝0.2mol，故12.0gFexSy中n（S）＝0.2mol，m（S）＝6.4g，则m（Fe）＝5.6g，n（Fe）＝0.1mol，故x∶y＝1∶2，则FexSy的化学式为FeS2。

（5）D装置的作用是吸收C装置中产生的SO2，若改为装有足量碱石灰的干燥管，则空气中的CO2和水蒸气可能使干燥管增重，而且SO2可能被氧化，使增重偏大。

（6）用滴定法测定溶液中Na2SO3的含量，即利用Na2SO3的还原性，故选一个氧化剂，还要有颜色的变化来判断反应的终点，所以只能选择①0.1000mol/L酸性KMnO4溶液，因其具有强氧化性，只能装在酸式滴定管中，所利用的反应原理为2MnO

＋5SO

＋6H＋===5SO

＋2Mn2＋＋3H2O。

答案　

（1）驱赶装置内生成的气体物质，使其全部被NaOH溶液吸收　

（2）SO2中含不溶于NaOH溶液的O2，不会使压强迅速降低　（3）250mL容量瓶、胶头滴管　（4）FeS2　（5）否

部分SO2被氧化，并且空气中的CO2和水蒸气可能使干燥管增重　（6）酸式　2MnO

＋5SO

＋6H＋===5SO

＋2Mn2＋＋3H2O

5.凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。

已知：

NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。

回答下列问题：

（1）a的作用是_____________________________________。

（2）b中放入少量碎瓷片的目的是_____________________________________。

f的名称是____________。

（3）清洗仪器：

g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是__________________________________；打开k2放掉水。

重复操作2～3次。

（4）仪器清洗后，g中加入硼酸（H3BO3）和指示剂。

铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。

打开k1，加热b，使水蒸气进入e。

①d中保留少量水的目的是_____________________________________。

②e中主要反应的离子方程式为_____________________________________，

e采用中空双层玻璃瓶的作用是_________________________________________。

（5）取某甘氨酸（C2H5NO2）样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为cmol·L－1的盐酸VmL，则样品中氮的质量分数为________%，样品的纯度≤________%。

解析　

（1）导管a与大气相通，其作用是避免烧瓶内气压过大，发生危险。

（2）加热液体时加入碎瓷片，其作用是防止液体暴沸。

装置f为直形冷凝管。

（3）停止加热，装置c中水蒸气冷凝，气体压强减小，会引起g中液体倒吸入c中，利用蒸馏水倒吸来洗涤仪器e、f。

（4）①止水夹k3处可能漏气，导致测定的N元素质量分数偏低，故d中保留少量水起液封作用，防止氨气逸出。

②e中发生的主要反应是铵盐与氢氧化钠反应，需要加热，使氨气全部逸出。

“中空双层玻璃瓶”可以联想平时生活中保温玻璃瓶来分析问题。

（5）n（N）＝n（NH3）＝n（HCl）＝

mol，w（N）＝

×100%＝

%。

M（C2H5NO2）＝75g·mol－1，w（C2H5NO2）＝

%×

＝

%。

答案　

（1）避免b中压强过大　

（2）防止暴沸　直形冷凝管

（3）c中温度下降，管路中形成负压　（4）①液封，防止氨气逸出　②NH

＋OH－

NH3↑＋H2O　保温，使氨完全蒸出　（5）

6.水中的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：

Ⅰ.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。

Ⅱ.酸化、滴定

将固氧后的水样酸化，MnO（OH）2被I－还原为Mn2＋，在暗处静置5min，然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2（2S2O

＋I2===2I－＋S4O

）。

回答下列问题：

（1）取水样时应尽量避免扰动水体表面，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__________________________________________。

（3）Na2S2O3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100.00mL水样经固氧、酸化后，用amol·L－1Na2S2O3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bmL，则水样中溶解氧的含量为____________mg·L－1。

（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________（填“高”或“低”）。

解析　

（1）取水样时避免扰动水体表面，这样能保证所取水样中溶解氧量与水体中实际溶解氧量基本相同，以减小实验误差。

（2）根据水样与Mn（OH）2碱性悬浊液反应生成MnO（OH）2，可写出固氧的反应为O2＋2Mn（OH）2===2MnO（OH）2。

（3）由于Na2S2O3溶液不稳定，使用前需标定，配制该溶液时无需用容量瓶，只需粗略配制，故配制Na2S2O3溶液时，还需要用到的玻璃仪器为量筒；所用蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用，这样能除去水中溶解的氧气和CO2，且能杀菌。

（4）根据Ⅱ可知MnO（OH）2能将水样中的I－氧化为I2，滴定过程中用淀粉溶液作指示剂，在滴定终点前I2遇淀粉变蓝，达到滴定终点时，I2完全被消耗，溶液蓝色刚好褪去。

根据关系式O2～2MnO（OH）2～2I2～4Na2S2O3，结合消耗n（Na2S2O3）＝amol·L－1×b×10－3L＝ab×10－3mol，可求出100.00mL水样中溶解氧的质量为

ab×10－3mol×32g·mol－1＝8ab×10－3g＝8abmg，则该水样中溶解氧的含量为8abmg÷0.10000L＝80abmg·L－1。

（5）滴定完成时，滴定管尖嘴处留有气泡，会导致读取的Na2S2O3标准液体积偏小，根据关系式O2～4Na2S2O3，可知测定的溶解氧的含量偏低。

答案　

（1）使测定值与水体中的实际值保持一致，避免产生误差　

（2）O2＋2Mn（OH）2===2MnO（OH）2　（3）量筒氧气　（4）蓝色刚好褪去，且30s内不变色　80ab　（5）低