高中化学：定量实验的设计与评价

定量实验的设计与评价

1.碳酸锢咀嚼片是一种不含钙和铝的磷酸盐结合剂,用于慢性肾

衰患者高磷血症的治疗。碳酸翎可由LaCL为原料来制备，整个反应

在较低的pH条件下进行，避免生成碱式碳酸镯［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核制备碳酸

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、心打开的先后顺序为；为保证

碳酸镯的纯度，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翎反应均可生成碳酸镯。

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弱的优点是

_______________________________________(任写一条)。

③T℃时，碳酸镯饱和溶液的浓度为l.OXKTmoi・广】，HCO:

的电离常数为6.OX10一”。请计算反应2LaCl3+3NaHCO3La2(CO3)3

I+3NaCl+3HCl的平衡常数■=。

1

V（NaHC03溶液）

④利用手持技术测定溶液的pH从而监控反应过程，得到如图曲

线。请说明be段变化的原因：

(3)碳酸翎(相对分子质量为458)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—MCI

缓冲溶液，加入0.2g紫胭酸核混合指示剂，用1.0mol•L-*1

3+2--+

EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定至呈蓝紫色(La+H2Y=LaY+2H),

消耗EDTA溶液60.00mLo则产品中碳酸铜的质量分数片。

解析：(D②氨气极易溶于水，先通氨气，在碱性条件下再通入

二氧化碳，故实验中先打开“再打开K1；为保证碳酸镯的纯度，实

验过程中需要控制NB(或COJ通入量。(2)①碳酸氢钠分别与La3\*H

+反应，两个平行反应的离子方程式为21^"+3M0「=1^((：03)31+

+

3e和H+HC0r=C021+40；③反应2LaCl3+3NaHCO3La2(C03)3

I+3NaCl+3HCl的离子方程式为2La3++3HC01=La2(C03)31+3H

+,T℃时，碳酸镯饱和溶液的浓度为LOXlCTmol*!/'则饱和

3+-7-1

溶液中c(La)=2c[La2(C03)3]=2.0X10mol•L,c(C0D=

-7-13+

3c[La2(C03)3]=3.OX10mol«L,Ksv[La2(C03)3]=c(La)*c(COD

=(2.OXlop2义(3.OX10-7)3=1.08Xlow,HCO；的电离常数为6.0

/H+

X10-11,则反应的平衡常数——=

cLa•cnC(J3

df・dCOT____________6.0X1Q-113

c2La3+-c3COr-c3HCO；=1.08X1Q-33=200°(刃淌

2

定时消耗EDTA的物质的量为60.00X10-3LX1.0mol-L-1=0.06

mol,根据反应La3++HzY2-=LaY-+2H+可知，La"的物质的量为0.06

mol,碳酸锢的物质的量为0.03mol,产品中碳酸翎的质量分数片

0.03molX458g*mol-1

X100%=91.6%o

15.0g

答案：(1)①球形干燥管关闭活塞区,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再打开及控制阳3(或C02)通入量

3++

(2)@2La+3HC0r=La2(C03)31+3H

+

H+HC0r=C02t+H20

②碳酸氢钠碱性相对较弱，可防止生成碱式碳酸御[La(OH)CO3]

③200

④La"完全沉淀，再滴入碳酸氢钠，水解使溶液的碱性增强，pH

发生突跃

(3)91.6%

2.某助熔剂具有较好的热稳定性，是两种常见钠盐的混合物，

其中一种组分是NaCl。为确定另一种组分X及其含量，甲、乙两个

小组进行了以下实验。

(1)取适量样品，注入装置A中,测定组分X的化学式。

3

①甲组用图I的装置进行实验，观察到相应实验现象，则X的化

学式是。

②乙组只用图I中装置A和C进行实验,得到与甲组相同的实验

结论，则分液漏斗中盛装的溶液应换为，原因是

______________________________________________________________________________________________________________O

（2）甲、乙组分别用以下方法测定组分X的含量。

①甲组用装置A和图n中所示的部分装置（可重复选用）进行实

验。请选择必要的装置，依次连接的合理顺序为装置A后接

（填仪器接口的字母）。完成一组实验，除样品的质量外，还

需测定的实验数据有

②乙组用酸碱滴定法测定X的含量。准确称取两份样品，滴入少

量水润湿后，分别加入0.2000mol•IT4的盐酸40.00mL,加入2

滴酚儆作为指示剂，用0.2000mol-L-1的NaOH溶液滴定过量盐酸

至终点，实验数据列于下表中。

K(NaOH)/mL

"试样/g滴定前滴定后刻

刻度度

0.32000.5220.48

0.32000.3520.39

I.滴定过程中选用的滴定管是。

II.滴定至终点时的现象为

III.样品中X的质量分数为

4

③乙组测得的X含量比实际值偏高,可能的原因是（填

字母）。

A.用NaOH溶液润洗滴定管

B.滴定终点读数时仰视液面刻度

C.滴定时少量溶液溅出锥形瓶

D.滴定终点时滴定管尖嘴部分出现气泡

解析：U）①与盐酸反应得到的气体不能使品红溶液褪色，而能

使澄清石灰水变浑浊，说明生成的气体为co2,则该助熔剂中含有

Na2c或NaHCOs,由于NaHCOs受热易分解，热稳定性较差，所以X是

Na2C03o②乙组只用装置A和C即可得到相同的实验结论，说明反应

过程中只有CO2生成，则分液漏斗中应盛装稀硝酸，以排除亚硫酸钠

或亚硫酸氢钠的影响。（2）①测定原理应为向样品中加入足量稀盐酸,

使Na2c完全反应生成CO2,干燥后用碱石灰吸收，称量盛碱石灰的

干燥管实验前后的质量，二者之差即为生成的CO?的质量。②NaOH溶

液应盛在碱式滴定管中，到达滴定终点时，溶液由无色变成红色，且

30秒内不褪色。两次滴定消耗NaOH溶液的体积的平均值为20.00mL,

则样品消耗盐酸A（HC1）=0.2000mol•L-1X0.04000L-0.2000

-1

mol•LX0.02000L=0.004mol,/?（Na2C03）=1/7（HC1）=0.002mol,

rj.cc,匡旦八好、rQ°02mol义106g•mori_

则样叩中NXTa2c的质量分数为o,3200gX1010%=

66.25%O③滴定时，滴定管必须用标准溶液润洗，不会造成误差，A

项不符合题意；滴定终点读数时仰视液面刻度，使所读数值偏大，则

样品消耗盐酸的体积偏小，最终结果偏小，B项不符合题意；溶液溅

出锥形瓶，消耗NaOH溶液的体积偏小，则样品消耗盐酸的体积偏大,

最终结果偏大，C项符合题意；滴定终点时滴定管尖嘴部分出现气泡,

5

会造成盐酸所消耗NaOH溶液的体积偏小，则样品消耗盐酸的体积偏

大，最终结果偏大，D项符合题意。

答案：⑴①脑能②稀硝酸Na2c和Na2s。3（或NaHSOs）分别

与稀硝酸反应，装置C中的实验现象不同

（2）①e,f,d,c,d（其他合理答案也可）盛装碱石灰的干燥管

实验前后的质量②I.碱式滴定管II.溶液由无色变成红色，且

30秒内不褪色m.66.25%③CD

3.氢化铝锂（LiAlH。是有机合成中的重要还原剂。某课题组设

计实验制备氢化铝锂并测定其纯度。已知：氢化铝锂、氢化锂遇水

都剧烈反应并产生同一种气体。

I.制备氢化锂

选择图1中的装置制备氢化锂（有些装置可重复使用）:

含稀硫酸

寸啜粗锌（含

给少量Cu

和ZnS）

A

（1）装置的连接顺序（从左至右）为A-

⑵检查好装置的气密性，点燃酒精灯前需进行的实验操作是

（3）写出制备氢化锂的化学方程式：o

II.制备氢化铝锂

1947年，Schlesinger>Bond和Finholt首次制得氢化铝锂，

其方法是使氢化锂与无水三氯化铝按一定比例在乙醍中混合，搅拌,

充分反应后，经一系列操作得到LiAlH,晶体。

（4）写出氢化锂与无水三氯化铝反应的化学方程式：

6

m.测定氢化铝锂产品（不含氢化锂）的纯度

，量气管

（5）按图2装配仪器、检查装置气密性并装好试剂上管:

H

M

£.1

~i

水E.N1

（Y形管中的蒸储水足量，为了避免氢化铝锂遇水i

（掺入四家陕喃）

E-i

一

发生爆炸，蒸储水中需掺入四氢吠喃作稀释剂），图2

启动反应的操作是。读数之前，上下移动量

气管右侧的容器，使量气管左、右两侧的液面在同一水平面上，其目

的是o

（6）在标准状况下，反应前量气管读数为匕mL,反应完毕并冷

却之后，量气管读数为V2mLo该样品的纯度为（用含a、大

V2的代数式表示）。如果起始读数时俯视刻度线，测得的结果将

（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。

解析：（1）氢化锂遇水能够剧烈反应，因此生成的氢气需要干燥,

并除去其中混有的H2S,因此需要先通过NaOH溶液除去硫化氢气体,

再通过浓硫酸干燥，然后在C装置中发生反应生成氢化锂，为防止外

界水蒸气进入装置，后面需要接干燥装置B,最后用排水集气法收集

未反应的氢气，装置的连接顺序（从左至右）为AfDfB—CfBfE。

（2）检查好装置的气密性，点燃酒精灯前需要首先制备氢气，并检验

氢气的纯度，因此进行的实验操作为打开装置A中分液漏斗的活塞,

一段时间后，用小试管在装置E的水槽中收集气体并验纯。（3）氢气

与锂反应制备氢化锂的化学方程式为ZLi+'AzLiH。（4）氢化锂

与无水三氯化铝按一定比例在乙醛中混合，充分反应得到LiAlH”反

应的化学方程式为4LiH+AlCl3=LiAlH4+3LiClo（5）启动反应时只

7

需要倾斜Y形管，将蒸储水（掺入四氢吠喃）全部注入ag产品中即可。

读数之前，上下移动量气管右侧的容器，使量气管左、右两侧的液面

在同一水平面上，可以确保量气管内气体的压强与大气压强相等，减

少实验误差。（6）氢化铝锂、氢化锂遇水都剧烈反应并产生同一种气

体为氢气，LiAlH4+4H20=Li0H+Al（0H）3+4H2t,在标准状况下，

反应前量气管读数为匕mL,反应完毕并冷却之后，量气管读数为七

mL,则生成的氢气为（七一匕）mL,根据方程式，LiAlH"的物质的量为:

V-VX10-jL

2x则样品的纯度

22.4L«mol-1

1V-V,X10-JL

4X22.4L，mol-1

起始读数时俯视刻度线，导致匕偏小，结果偏高。

答案：（l）DfB-*CfBfE

（2）打开装置A中分液漏斗的活塞，一段时间后，用小试管在装

置E的水槽中收集气体并验纯

(3)2Li+H2^^2LiH

（4）4LiH+AlCl3=LiAlH4+3LiCl

（5）倾斜Y形管，将蒸储水（掺入四氢吠喃）全部注入ag产品中

确保量气管内气体的压强与大气压强相等

⑹I'4/%偏高

4.烟道气中的NO*是主要的大气污染物之一，为了监测其含量,

8

选用如下采样和检测方法。回答下列问题:

I.采样

过------

烟道气(粉一接抽气泵

源TX-加热器一।

尘、空气、出阀门等设备

B

H2O>NOX)

A采样处

C

采样系统简图

采样步骤:

①检验系统气密性；②加热器将烟道气加热至140℃；

③打开抽气泵置换系统内空气；④采集无尘、干燥的气样；⑤关

闭系统，停止采样。

(1)A中装有无碱玻璃棉，其作用为o

(2)C中填充的干燥剂是(填标号)o

a.碱石灰b.无水C11SO4c.P205

(3)用实验室常用仪器组装一套装置，其作用与D(装有碱液)相

同，在虚线框中画出该装置的示意图，标明气体的流向及试剂。

(4)采样步骤②加热烟道气的目的是

n.NO.含量的测定

将0L气样通入适量酸化的庆。2溶液中，使NOx完全被氧化成Nor,

加水稀释至100.00mLo量取20.00mL该溶液，加入％mL5mol•L

tFeSCh标准溶液(过量)，充分反应后，用C2mol・L-1K2C0O7标准

2+

溶液滴定剩余的Fe,终点时消耗v2mLo

⑸NO被H202氧化为NO『的离子方程式为

(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有

9

（7）滴定过程中发生下列反应：

2++3+

3Fe+N0r+4H=N0t+3Fe+2H20

2++3+3+

Cr20t+6Fe+14H=2Cr+6Fe+7H20

则气样中NO,折合成NO2的含量为mg-nT二

（8）判断下列情况对NO,含量测定结果的影响（填“偏高”“偏低”

或“无影响”）o

若缺少采样步骤③，会使测定结果o

若Fes。,标准溶液部分变质，会使测定结果o

解析：（1）装置A是过滤器，装有无碱玻璃棉的作用是过滤除去

粉尘。（2）C中填充的是干燥剂，除去且不能与NO,反应，所以应

选有酸性、干燥能力强的P2O5。（3）D装置中装有碱液，用于除去NO”

作用与实验室中的洗气瓶相同，该装置的示意图见答案。（4）烟道气

中有水，采样步骤②加热器将烟道气加热至140°C的目的是防止N0.

溶于冷凝水。（5）N0被H2O2氧化为N0「，H2O2的还原产物为丛0,离子

方程式为2N0+3H2（）2=2H++2NO『+2H2O。（6）滴定操作使用的玻璃仪

器主要有锥形瓶、滴定管，因为该滴定液呈酸性，所以选用酸式滴定

管。（7）滴定过程中发生反应：3Fe2++NOr+4H+=NOf+3Fe3++

2++3+3+

2H2O,Cr20r+6Fe+14H=2Cr+6Fe+7H20,与CoO厂反应的

Fe?+的物质的量为6c2^X10"mol,标准液中Fe?+的物质的量为GH

X10-3mol,则与N0「反应的Fe?+的物质的量为“h一6G⑹X1（F

3mol,NO7的物质的量为一仁6?=_X10mo］，则〃L气样中折

J

人3口生人=ALQ%一6c2眩X10-3mol……100mL

合成N0的含量为--------o—;--------X46g•molX—~~—X

2ovLU1L

1000mg•g-1X1000L•—~~6二上—x104mg•m-3o

10

(8)若缺少采样步骤③，系统内存在空气，会使收集的气样中NO,偏

少，测定结果偏低。若FeS()4标准溶液部分变质，溶液中的Fe?+浓度

减小，消耗的(Coo,标准溶液体积减小，使测定结果偏高。

答案：(1)除尘(2)c

-C-NaOH

(3)匪豺溶液

(4)防止NO,溶于冷凝水

+

(5)2N0+3H2O2=2H+2N0r+2H20

(6)锥形瓶、酸式滴定管

23XQ%—6G均

⑺X104

3。

(8)偏低偏高

5.某浅绿色晶体XlXNHjSO’・jFeS04•知2。］在分析化学中常用

作还原剂。为确定其组成，某小组同学进行如下实验：

I.NH：含量的测定

采用蒸储法，蒸馆的装置如图所示。

相关的实验步骤如下：

①准确称取58.80g晶体X,加水溶解后，将溶液注入三颈烧瓶

②准确量取50.00mL3.030mol•L-1H2sO4溶液于锥形瓶中；

③向三颈烧瓶中加入足量NaOH溶液，通入氮气，加热，蒸氨结

束后取下锥形瓶;

11

④用0.120mol・厂|的NaOH标准溶液滴定锥形瓶中过量的硫酸,

滴定终点时消耗25.00mLNaOH标准溶液。

(1)仪器M的名称为o

(2)步骤③中，发生的氧化还原反应的化学方程式为

o蒸氨结束后，为了减少实验误差,

还需要对直形冷凝管进行“处理”，“处理”的操作方法是

(3)步骤④中，若振荡时锥形瓶中有液体溅出，则所测得的A(NH。)

的值将(填“偏大”“偏小”或“不变”)o

II.SO7含量的测定

采用重量分析法，实验步骤如下：

①另准确称取58.80g晶体X于烧杯中，加水溶解，边搅拌边加

入过量的BaCb溶液；

②将得到的溶液用无灰滤纸(灰分质量很小，可忽略)过滤，洗涤

沉淀3〜4次；

③用滤纸包裹好沉淀取出，灼烧滤纸包至滤纸完全灰化；

④继续灼烧沉淀至恒重，称量，得沉淀质量为69.90go

(4)步骤①中，判断BaCb溶液已过量的实验操作和现象是

⑸步骤②中，采用冷水洗涤沉淀，其主要目的是

(6)结合实验I、II通过计算得出晶体X的化学式为

,实验I的步骤①中，溶液中离子浓度由大到小的

12

顺序为O

解析：(2)Fe?+与NaOH溶液反应生成Fe(OH)2沉淀，随后被氧化

为氢氧化铁，反应的化学方程式为4Fe(OH)2+02+2H20=4Fe(OH)3；

蒸氨结束后，直形冷凝管中会残留一些液氨，会对测定结果产生影响，

因此为了减少实验误差，还需要对直形冷凝管进行“处理”，“处理”

的操作方法是用蒸馈水冲洗冷凝管内通道2〜3次，将洗涤液注入锥

形瓶中。(3)步骤④中，若振荡时锥形瓶中有液体溅出，消耗NaOH

的量减少，则测定锥形瓶内溶液中剩余的硫酸的量减少，与氨气反应

的硫酸的量增多，造成所测〃(NH：)的值偏大。(5)用冷水洗涤可以降

低固体的溶解度，减少固体的溶解。(6)过量的H+的物质的量为0.120

-1

mol«LX0.025L=0.003mol,与加3反应的父的物质的量为3.030

mol・L-1X0.05LX2-0.003mol=0.3mol,即z?(NH；)=0.3mol；

6990R

69.90g沉淀为BaS04,贝(jA(SOT)=痂=一七=0.3mol；利用

电荷守恒:+2/?(Fe2+)=2/3(SOD,得HFe2+)=0.15mol；

再利用质量守恒得ZZ?(H2O)=58.80g-MNH：)—MSOT)一〃(Fe2+)=

2+

16.2g,则Z?(H20)=0.9mol,故A(NH1)：/?(Fe)：z?(S0D：n(H20)

=2：1：2：6,晶体X的化学式为(阳)25。4-FeS04-6H20；将晶体

(NH4)2S04•FeS04•6H20加水溶解后，Fe?+水解显酸性，相互抑

制水解，但是NH：起始浓度大，所以c(NHn>c(Fe2+),又由于SO厂不

水解，所以C(S0T)>C(NH2,实验I的步骤①中，溶液中离子浓度

2++-

由大到小的顺序为c(S0r)>c(NH；)>e(Fe)>c(H)>c(0H)o

答案：(1)分液漏斗

(2)4Fe(OH)2+02+2H20=4Fe(OH)3用蒸储水冲洗冷凝管内通

道2〜3次，将洗涤液注入锥形瓶中

(3)偏大

13

(4)待浊液分层后，向上层清液中加入1〜2滴BaCb溶液，若无

白色浑浊出现，则说明BaCL溶液已过量

(5)尽可能减少沉淀的溶解损失，减小实验误差

(6)(NH4)2SO4・FeS04•6H20

c(SOD>c(NH^)>c(Fe2+)>c(H+)>c(OH-)

6.工业用氧化铝与焦炭在氮气流中加强热制备氮化铝(AIN),氮

化铝样品中含少量A1&、C、AU)3杂质。某实验小组拟测定ag氮化

铝样品中A1Q含量并探究甲烷与氧化铜反应的氧化产物为C02o

已知：(I)A1N、A1Q都能与水反应，分别生成NIL、CH4O

(IDCH4还原氧化铜：CH4+4CU0^^4CU+C02+2H20O

ABCD

(1)装置连接顺序为(按气流从左至右)。

(2)写出A中发生反应的化学方程式：

A1N和稀硫酸反应

A1C与稀硫酸反应

(3)有下列操作步骤：

①缓缓向A中通入一定量的N2O

②称量B(酒精灯、木块和铁架台除外)，按顺序组装仪器，检查

装置的气密性，将样品放入烧瓶中；

14

③点燃B处酒精灯；

④再次称量B；

⑤从分液漏斗中缓慢滴入稀硫酸，直到不再产生气体为止；

⑥再次缓慢通入一定量的N2O

正确的操作顺序是;操作①的目的是

;若操作③与操作⑤顺序颠倒，将导致测得

的A1Q的质量分数(填“偏大”“偏小”或“不变”)o

⑷设计实验证明A中有NH。生成：

(5)实验结束后，测得B中固体质量减少6g,则样品中A1Q的

质量分数为X100%o

(6)通过测定C中生成BaCOs的质量可以确定甲烷与氧化铜反应

是否有CO生成。实验完毕后，测得B中固体质量减少6g；对C中

混合物进行过滤、洗涤、干燥、称重，当2z?(BaCO3)=g时(用

含6表达式表示)，表明氧化产物只有CCL

解析：(1)A装置中样品与稀硫酸反应产生NIL和CHoNIL溶于A

中的水溶液中，从A中出来的气体有CL和水蒸气，经过D装置碱石

灰的干燥得到干燥纯净的CH4,通入B装置中与CuO反应生成C02,再

将产生的CO2气体通入浓Ba(0H)2溶液，Ba(0H)2溶液变浑浊，故正确

的顺序为A、D、B、Co(2)A1N和稀硫酸反应，可以先考虑A1N与水

反应生成氨气和氢氧化铝,然后氨气和氢氧化铝再与硫酸反应生成硫

酸铝和硫酸镀