一轮学案第32讲定量型实验和探究型实验

第32讲定量型实验和探究型实验考点1定量型实验综合题授课提示：对应学生用书第225页一、沉淀法基本思路：将某种成分转化为沉淀→提纯、干燥沉淀并称量沉淀质量→进行相关计算。[典例1]海水中溶解无机碳占海水总碳的95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础。测量溶解无机碳，可采用如下方法：(1)气提、吸收CO2。用N2从酸化后的海水中吹出CO2并用碱液吸收(装置示意图如下)。将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。(2)计算。将吸收液吸收的无机碳转化为NaHCO3，再与足量的石灰水充分反应，所得沉淀经洗涤、干燥后称量，质量为xg，海水中溶解无机碳的浓度＝________mol/L。[解析](1)注意酸化试剂要用稀硫酸，一定不能用盐酸，否则HCl会挥发出来影响后续的实验。通N2的导管需长进短出，用分液漏斗滴加稀硫酸。(2)该转化过程的关系式为CO2～HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))～CaCO31 1n(CO2)eq\f(x,100)mol解得n(CO2)＝eq\f(x,100)mol，所以c(CO2)＝eq\f(10x,z)mol/L。[答案](1)eq\a\vs4\al()(2)eq\f(10x,z)二、气体体积法基本思路：对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法计算样品纯度。量气装置的设计如图所示，其中A是常规的量气装置，B、C是改进后的量气装置。[典例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(若所取产品质量是mg，测得气体体积为VmL(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_____________________________________________________________。[解析]根据题给信息可得，2CaO2～O2，ω(CaO2)＝eq\f(\f(V,22.4)×10－3×2×72,m)×100%＝eq\f(9V,1400m)×100%。如果用重量法测定，需要测定的物理量有样品质量、完全分解后剩余固体的质量。[答案]eq\f(9V,1400m)×100%样品质量、完全分解后剩余固体的质量(合理即可)三、气体质量法基本思路：将生成的气体通入足量的气体吸收剂中，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。[典例3]甲醛和新制氢氧化铜的反应显示了甲醛的还原性，发生反应的化学方程式通常表示为HCHO＋2Cu(OH)2eq\o(→,\s\up7(△),\s\do5())HCOOH＋Cu2O↓＋2H2O。若向足量新制氢氧化铜中加入4.00mL甲醛水溶液，充分反应。请回答下列问题：(1)设计一个简单实验验证甲醛的氧化产物不是甲酸或甲酸盐。①主要仪器：试管、酒精灯。②可供选用的试剂：硫酸铜溶液、甲醛、甲酸、氢氧化钠溶液。__________________________________________________________________________________________________________________________。(2)在上述甲醛与足量新制氢氧化铜反应后的溶液中加入足量稀硫酸，将产生的气体通入测碳装置中(如图所示)，采用重量法测定CO2吸收瓶增重1.76g，则甲醛水溶液的浓度为________mol/L。[解析](1)由于甲酸或甲酸盐中还含有醛基，可以与新制氢氧化铜发生反应生成砖红色沉淀，要验证甲醛的氧化产物不是甲酸或甲酸盐，可设计实验：先取硫酸铜溶液和氢氧化钠溶液配成氢氧化铜悬浊液，然后加入甲酸，加热至沸，发现有砖红色沉淀生成，证明甲酸或甲酸盐可继续与氢氧化铜反应，所以甲醛的氧化产物不是甲酸或甲酸盐。(2)根据碳原子守恒可知HCHO～CO2，而生成CO2的物质的量为eq\f(1.76g,44g/mol)＝0.04mol，所以甲醛的物质的量为0.04mol，甲醛水溶液的浓度为eq\f(0.04mol,4.00×10－3L)＝10mol/L。[答案](1)向氢氧化钠溶液中滴入硫酸铜溶液，振荡，制成氢氧化铜悬浊液，然后加入甲酸，加热至沸。如果出现砖红色沉淀，表明甲酸或甲酸盐会继续与氢氧化铜反应，甲醛的氧化产物不是甲酸或甲酸盐(2)10四、滴定法基本思路：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，再进行相关计算。[典例4]碳酸镧咀嚼片可用于慢性肾衰患者高磷血症的治疗，不含钙和铝。碳酸镧可由LaCl3为原料来制备，整个反应在较低的pH条件下进行，避免生成碱式碳酸镧[La(OH)CO3]。(1)化学兴趣小组利用下列装置在实验室中用碳酸氢铵制备碳酸镧。①仪器X的名称为____________；检验装置甲气密性良好的方法是__________________________________________________________________________________________________________________________。②实验中K1、K2打开的先后顺序为____________；为保证碳酸镧的纯度，实验过程中需要注意的问题有__________________________________________________________________________________________________________________________。(2)碳酸钠或碳酸氢钠与氯化镧反应均可生成碳酸镧。①为了高磷血症患者的安全，通常选用碳酸氢钠溶液，过程中会发生两个平行反应，其离子方程式为__________________________________和__________________________________。②选择碳酸氢钠溶液制备碳酸镧的优点是__________________________________________________________________________________________________________________________(任写一条)。(3)碳酸镧(摩尔质量为458g·mol－1)质量分数的测定：准确称取15.0g产品试样，溶于10.0mL稀盐酸中，加入10mLNH3－NH4Cl缓冲溶液，加入0.2g紫脲酸铵混合指示剂，用0.5mol·L－1EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定至呈蓝紫色(La3＋＋H2Y2－=LaY－＋2H＋)，消耗EDTA溶液60.00mL。则产品中碳酸镧的质量分数w＝________。[解析](1)①仪器X的名称为球形干燥管；检验装置甲气密性良好的方法是关闭活塞K1，向球形漏斗中加水至漏斗内外形成液面差，一段时间后，液面差保持不变，说明气密性良好。②氨气是极易溶于水的气体，先通氨气，在碱性条件下再通入二氧化碳，溶解的量较大，故实验中先打开K2再打开K1；为保证碳酸镧的纯度，实验过程中需要控制氨气(或CO2)通入量。(2)①碳酸氢钠分别与La3＋、H＋反应，反应的离子方程式为2La3＋＋3HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=La2(CO3)3↓＋3H＋和H＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=CO2↑＋H2O。②选择碳酸氢钠溶液制备碳酸镧的优点是碳酸氢钠碱性相对较弱，可防止生成碱式碳酸镧[La(OH)CO3]。(3)滴定时消耗EDTA的物质的量为60.00×10－3L×0.5mol·L－1＝0.03mol，根据反应La3＋＋H2Y2－=LaY－＋2H＋可知，产品中碳酸镧的质量分数w＝eq\f(\f(0.03,2)mol×458g·mol－1,15.0g)×100%＝45.8%。[答案](1)①球形干燥管关闭活塞K1，向球形漏斗中加水至漏斗内外形成液面差，一段时间后，液面差保持不变，说明气密性良好②先打开K2，再打开K1控制氨气(或CO2)通入量(2)①2La3＋＋3HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=La2(CO3)3↓＋3H＋H＋＋HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=CO2↑＋H2O②碳酸氢钠碱性相对较弱，可防止生成碱式碳酸镧(3)45.8%1．(2018·高考全国卷Ⅱ)K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)为亮绿色晶体，可用于晒制蓝图。回答下列问题：(1)晒制蓝图时，用K3[Fe(C2O4)3]·3H2O作感光剂，以K3[Fe(CN)6]溶液为显色剂。其光解反应的化学方程式为2K3[Fe(C2O4)3]eq\o(=,\s\up7(光照),\s\do5())2FeC2O4＋3K2C2O4＋2CO2↑；显色反应的化学方程式为__________________________________________________________________________________________________________________________。(2)某小组为探究三草酸合铁酸钾的热分解产物，按下图所示装置进行实验。①通入氮气的目的是__________________________________________________________________________________________________________________________。②实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊，装置E中固体变为红色，由此判断热分解产物中一定含有________、________。③为防止倒吸，停止实验时应进行的操作是__________________________________________________________________________________________________________________________。④样品完全分解后，装置A中的残留物含有FeO和Fe2O3，检验Fe2O3存在的方法是__________________________________________________________________________________________________________________________。(3)测定三草酸合铁酸钾中铁的含量。①称量mg样品于锥形瓶中，溶解后加稀H2SO4酸化，用cmol·L－1KMnO4溶液滴定至终点。滴定终点的现象是_____________________________________________________________。②向上述溶液中加入过量锌粉至反应完全后，过滤、洗涤，将滤液及洗涤液全部收集到锥形瓶中。加稀H2SO4酸化，用cmol·L－1KMnO4溶液滴定至终点，消耗KMnO4溶液VmL。该晶体中铁的质量分数的表达式为_____________________________________________________________。解析：(1)该显色反应的原理是Fe2＋与K3[Fe(CN)6]溶液反应生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀，反应的化学方程式为3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]=Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O4(2)①空气中含有O2，为防止Fe2＋被O2氧化，应先通入N2，隔绝空气，且使反应产生的气体全部进入后续装置。②B中澄清石灰水变浑浊，证明分解过程中产生CO2；F中澄清石灰水变浑浊，E中固体变为红色，说明E中发生反应：CuO＋COeq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())Cu＋CO2，所以分解产物中一定含有CO。③实验结束时，为了防止倒吸，应先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气④检验Fe2O3的方法是取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明A中残留物含有Fe2O3。(3)①滴定终点的现象是有粉红色出现且半分钟内不变色。②加入锌粉后将Fe3＋还原为Fe2＋，再用KMnO4溶液滴定，将Fe2＋氧化为Fe3＋，MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))转化为Mn2＋：Fe2＋→Fe3＋～e－MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))→Mn2＋～5e－可得关系式：5Fe2＋～MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4))已知n(MnOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(4)))＝(cV×10－3)mol则n(Fe2＋)＝(5cV×10－3)mol则m(Fe2＋)＝(5cV×10－3×56)g该晶体中铁的质量分数w(Fe)＝eq\f(（5cV×10－3×56）g,mg)×100%＝eq\f(5cV×56,m×1000)×100%答案：(1)3FeC2O4＋2K3[Fe(CN)6]=Fe3[Fe(CN)6]2＋3K2C2O(2)①隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置②CO2CO③先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气④取少许固体粉末于试管中，加稀硫酸溶解，滴入1～2滴KSCN溶液，溶液变红色，证明含有Fe2O3(3)①粉红色出现且半分钟内不变色②eq\f(5cV×56,m×1000)×100%2．碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。(1)采用装置A，在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。①气体a的成分是____________________。②若钢样中硫以FeS的形式存在，A中反应：3FeS＋5O2eq\o(=,\s\up7(高温))1____________＋3____________。(2)将气体a通入测硫装置中(如图)，采用滴定法测定硫的含量。①H2O2氧化SO2的化学方程式：__________________________________________________________________________________________________________________________。②用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消耗zmLNaOH溶液，若消耗1mLNaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质量分数：____________。(3)将气体a通入测碳装置中(如图)，采用重量法测定碳的含量。①气体a通过B和C的目的是__________________________________________________________________________________________________________________________。②计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是__________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)①O2、SO2、CO2②Fe3O4SO2(2)①H2O2＋SO2=H2SO4②eq\f(yz,x)(3)①排除SO2对CO2测定的干扰②吸收CO2前、后吸收瓶的质量考点2探究型实验综合题一、物质性质的实验探究[典例1](2021·湖北武汉调研)某同学在实验室进行铁盐与亚铁盐相互转化实验。实验Ⅰ：将Fe3＋转化为Fe2＋(1)Fe3＋与Cu粉发生反应的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________________________________。(2)探究白色沉淀产生的原因，请填写实验方案：实验方案现象结论步骤1：取4mL______mol·L－1CuSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol·L－1KSCN溶液产生白色沉淀CuSO4溶液与KSCN溶液反应产生了白色沉淀步骤2：取________________________________无明显现象查阅资料：已知：①SCN－的化学性质与I－相似；②2Cu2＋＋4I－=2CuI↓＋I2。Cu2＋与SCN－反应的离子方程式为_____________________________________________________________。实验Ⅱ：将Fe2＋转化为Fe3＋实验方案现象向3mL0.1mol·L－1FeSO4溶液中加入1mL稀硝酸溶液变为棕色，放置一段时间后，棕色消失，溶液变为黄色探究上述现象出现的原因：查阅资料：Fe2＋＋NO⇌Fe(NO)2＋(棕色)(3)用离子方程式解释NO产生的原因__________________________________________________________________________________________________________________________。(4)从化学反应速率与限度的角度对体系中存在的反应进行分析：反应Ⅰ：Fe2＋与HNO3反应；反应Ⅱ：Fe2＋与NO反应①依据实验现象，可推知反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的________(填“快”或“慢”)。②反应Ⅰ是一个不可逆反应，设计实验方案加以证明：__________________________________________________________________________________________________________________________。③请用化学平衡移动原理解释溶液由棕色变为黄色的原因：__________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)Fe3＋与Cu反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。(2)由反应2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋，可知得到的溶液中Fe2＋为0.2mol·L－1，Cu2＋为0.1mol·L－1，分别取相同浓度的硫酸铜溶液、硫酸亚铁溶液，滴入KSCN溶液进行对照实验；由题目信息可知，Cu2＋与SCN－反应生成CuSCN沉淀，同时生成(SCN)2，反应的离子方程式为2Cu2＋＋4SCN－=2CuSCN↓＋(SCN)2。(3)Fe2＋具有还原性，酸性条件下NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))具有强氧化性，二者反应生成Fe3＋、NO与水，反应的离子方程式为3Fe2＋＋4H＋＋NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。(4)①溶液先变为棕色，放置一段时间后，棕色消失，溶液变为黄色，反应速率快的反应现象最先表现，反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的慢。[答案](1)2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋(2)0.14mL0.2mol·L－1FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol·L－1KSCN溶液2Cu2＋＋4SCN－=2CuSCN↓＋(SCN)2(3)3Fe2＋＋4H＋＋NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O(4)①慢②取少量反应Ⅰ的溶液于试管中，向其中加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，溶液无明显变化，说明反应Ⅰ是一个不可逆反应③Fe2＋被硝酸氧化为Fe3＋，溶液中Fe2＋浓度降低，导致平衡Fe2＋＋NO⇌Fe(NO)2＋逆向移动，最终Fe(NO)2＋完全转化为Fe3＋，溶液由棕色变为黄色二、物质组成的实验探究[典例2](2021·福建福州模拟)碱式碳酸铜可用作有机催化剂、杀虫剂及饲料中铜的添加剂，还可用于烟火和颜料制造。CuSO4溶液与Na2CO3溶液反应能否得到碱式碳酸铜？某兴趣小组进行相关探究。【沉淀制备】称取12.5g胆矾溶于一定量的水中配成8%的CuSO4溶液。向其中加入适量Na2CO3溶液，将所得蓝绿色悬浊液过滤，用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇洗涤。(1)配制该CuSO4溶液需要________mL的水，使用________(填仪器的规格及名称)来量取。【实验探究】甲同学认为沉淀是CuCO3；乙同学认为沉淀是Cu(OH)2；丙同学认为沉淀是碱式碳酸铜xCuCO3·yCu(OH)2。已知CuCO3、Cu(OH)2均不带结晶水。为了进一步测定组成，现设计了如下装置，用制得的蓝绿色固体进行实验：(2)A装置加热前，首先打开旋塞K1、K2，关闭K3，通入适量氮气，然后________________，再点燃A处酒精灯。(3)实验室常通过加热亚硝酸钠和氯化铵的混合溶液制备氮气，该反应的离子方程式为_____________________________________________________________。(4)若丙同学的观点成立，实验观察到的现象是__________________________________________________________________________________________________________________________。(5)文献显示：Ksp(CaCO3)＝2.8×10－9，Ksp(BaCO3)＝5.1×10－9，经讨论认为需要用Ba(OH)2代替Ca(OH)2来定量测定蓝绿色固体的化学式，其原因是________(填字母)。a．Ba(OH)2的碱性比Ca(OH)2强b．Ba(OH)2的溶解度大于Ca(OH)2，能充分吸收CO2c．相同条件下，CaCO3的溶解度明显大于BaCO3d．吸收等量CO2生成的BaCO3的质量大于CaCO3，测量误差小(6)待A中反应完全后，打开旋塞K1，再次通入N2，若定量分析所取蓝绿色固体质量为27.10g，装置C中使用Ba(OH)2溶液，实验结束后，C中产生沉淀19.70g，则该蓝绿色固体的化学式为____________________。答案：(1)87.5100mL量筒(2)关闭K1、K2，打开K3(3)NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())N2↑＋2H2O(4)A中蓝绿色固体变黑，B中白色固体变蓝，C中溶液变浑浊(5)bd(6)2CuCO3·3Cu(OH)2[或3Cu(OH)2·2CuCO3或Cu5(OH)6(CO3)2]考点3猜想探究型实验综合题[典例]某研究小组将纯净的SO2气体通入0.1mol·L－1的Ba(NO3)2溶液中，得到了BaSO4沉淀，为探究上述溶液中何种微粒能氧化通入的SO2，该小组提出了如下假设：假设一；溶液中的NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))假设二：溶液中溶解的O2(1)验证假设一该小组设计实验验证了假设一，请在下表空白处填写相关实验现象。实验步骤实验现象结论实验1：在盛有不含O2的25mL0.1mol·L－1BaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体________假设一成立实验2：在盛有不含O2的25mL0.1mol·L－1Ba(NO3)2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体________(2)为深入研究该反应，该小组还测得上述两个实验中溶液pH随通入SO2体积的变化曲线如下图。实验1中溶液pH变小的原因是__________________________________________________________________________________________________________________________；V1时，实验2中溶液pH小于实验1的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(用离子方程式表示)。(3)验证假设二请设计实验验证假设二，写出实验步骤、预期现象和结论。实验步骤、预期现象和结论(不要求写具体操作过程)_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(4)若假设二成立，请预测：在相同条件下，分别用足量的O2和KNO3氧化相同的H2SO3溶液(溶液体积变化忽略不计)，充分反应后两溶液的pH前者______(填“大于”或“小于”)后者，理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](1)实验1中根据强酸制弱酸的原理，SO2不与BaCl2溶液反应，即无明显现象，实验2中SO2溶于水生成H2SO3，其电离出的H＋与NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))会将SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))氧化为SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，生成白色的BaSO4沉淀。(2)实验1中通入的SO2与水化合生成H2SO3且浓度逐渐增大，从而导致溶液的pH逐渐减小，实验2中SO2会被NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))氧化生成SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，同时产生大量H＋。(3)验证假设二，可用实验1作为参照实验，实验3可将纯净的SO2通入未经脱氧处理的BaCl2溶液中，观察是否有白色沉淀生成。(4)略。[答案](1)无明显现象有白色沉淀(2)SO2溶于水生成H2SO33SO2＋2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋2H2O=3SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H＋＋2NO(3)实验1：在盛有不含O2的25mL0.1mol·L－1BaCl2溶液的烧杯中，缓慢通入纯净的SO2气体实验3：将纯净的SO2缓慢通入未经脱O2处理的25mL0.1mol·L－1BaCl2溶液中，若有白色沉淀生成，表明假设二成立，否则不成立(4)小于反应的离子方程式表明，足量的O2和NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))分别氧化相同的H2SO3，生成H＋的物质的量前者多于后者1．漂白粉是生产生活中常用的消毒剂和杀菌剂。实验室有一瓶密封不严的漂白粉样品，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该样品中可能存在的其他固体物质。(1)提出合理假设。假设1：该漂白粉未变质，只含有________。假设2：该漂白粉全部变质，只含有________。假设3：该漂白粉部分变质，既含有__________________，又含__________。(2)设计实验方案，进行实验。请写出实验步骤、预期现象和结论。限选用的仪器和药品：试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1mol·L－1盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。(提示：不必检验Ca2＋和Cl－)实验步骤预期现象和结论①取少量上述漂白粉于试管中，____________________________________________________②____________________________________________________________________________答案：(1)Ca(ClO)2CaCO3Ca(ClO)2CaCO3(2)①加入适量1mol·L－1盐酸溶解后，再将产生的气体通入澄清石灰水中若澄清石灰水未变浑浊，则假设1成立；若澄清石灰水变浑浊，则假设2或假设3成立②向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡(或另外取样操作)若品红溶液褪色，则假设3成立；若品红溶液不褪色，则假设2成立2.肼(N