高三化学034.doc

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期数： 0511 HXG3 034
学科：化学 年级：高三 编稿老师：张晓娟
审稿老师：曲宝琦

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复 习 篇

第六单元 化学实验方案的设计（十一）
《重要的定量实验-1》
复习篇
【教材阅读提示】
1、明确定量实验的反应原理
2、根据实验要求能分析出实验现象的观察重点
3、通过观察现象、记录数据和结果的处理而得出结论。
4、能分析实验中可能产生误差的原因。

【学习方法导航】
化学实验从定性走向定量是化学研究的必然趋势。中学阶段主要掌握五个重要的定量实验：①不同温度下溶解度的测定；②一定物质的量浓度的配制；③硫酸铜结晶水含量的测定；④中和滴定；⑤中和热的测定。有关定量实验除应掌握有关的基本操作步骤外，还应强化观察、记录、分析，处理实验数据的能力，学会分析产生误差的原因，并能识别和设计一些简单的定量实验。

【基础知识精讲】
（一）不同温度下KNO3溶解度的测定
1、原理
将一定量的KNO3加入一定量的水中，加热使其全部溶解，再冷却后测定开始析出晶体的温度，计算出该温度下的溶解度。
2、仪器
托盘天平 、烧杯、大试管、玻璃棒、温度计、酒精灯、量筒、铁架台、石棉网。
3、实验步骤
（1）用托盘天平分别称取硝酸钾3.5g、1.5g、1.5g、2.0g、2.5g。
（2）在大试管中加入10mL蒸馏水，于加入3.5g硝酸钾。在水浴中加热，边加热边搅拌，至硝酸钾完全溶解。
（3）自水浴中取出试管，插入一支干净的温度计，用玻璃棒轻轻搅拌并摩擦试管壁，同时观察温度计的读数。当刚开始有晶体析出时，立即记下此温度（t1）并填入下表中。
（4）把试管再放入水浴中加热使晶体全部溶解，然后重复两次上述实验步骤3的操作，分别测定开始析出晶体的温度（t2、t3）。将读数填入表格。
（5）依次向试管中再加入1.5g、1.5g、2.0g、2.5g硝酸钾（使试管中依次共有硝酸钾5.0g、6.5g、8.5g、11.0g），每次加入硝酸钾后都重复实验步骤（3）、（4）的操作，并将晶体开始析出时的温度读数填入表格。
依次加入硝酸钾的量/g
3.5
1.5
1.5
2.0
2.5
试管中硝酸钾的总量/g
3.5
5.0
6.5
8.5
11.0
开始析出晶体时的温度
t1/℃

t2/℃

t3/℃

数值相近的两组数据的平均值t/℃

溶解度

（6）计算——利用所测数据计算在不同温度下KNO3的溶解度：

（7）根据所得数，以温度为横坐标，溶解度为纵坐标，绘制溶解度曲线图。
4、注意事项
（1）溶解必须充分，否则会使测得的溶解度偏小。
（2）水浴温度不要太高，以刚好使硝酸钾的溶解为宜。
（3）准确记录下刚析出晶体时的温度。
5、误差分析
（1）溶解不充分，使测得溶解度偏小（对于溶解度随温度升高而减小的物质，测得结果偏高）
（2）刚有晶体析出时立刻读温度计，否则使测得溶解度偏大。
（3）托盘天平可称准至0.1g ，10mL量筒的分度通常为0.2mL，仪器误差决定溶解度测定的数值不可能精度太高。
（二）配制一定物质的量浓度的溶液
1、原理 使用计量仪器准确量取或称量一定质量或体积的药品配制一定浓度的溶液。
2、配制步骤、方法
（1）计算：计算出固体溶质所需质量或液体溶质所需的体积。
（2）称量或量取：用天平（严格地说要用分析天平或电子天平，在现在中学化学实验里暂用托盘天平）称量固体溶质，用滴定管或移液管量取所需液体溶质的体积。
（3）溶解：将溶质放入小烧杯里，加少量蒸馏水，搅拌。
（4）转移：待液体温度恢复至室温后，将溶液沿玻璃棒缓慢注入所需溶积的容量瓶中。
（5）洗涤：用少量蒸馏水冲洗玻璃棒和烧杯内壁2~3次，将每次洗涤液均注入容量瓶中。轻轻旋摇容量瓶，使溶液混合均匀。
（6）定容：沿玻璃棒向容量瓶中加蒸馏水至距刻度线1~2cm处，改用胶头滴管，继续滴加蒸馏水至凹液面最低点与刻度线相切后，盖好塞子，振荡摇匀。
（7）存放：将配好的溶液转入洁净的试剂瓶中，贴好标签。
（8）将容量瓶洗涤干净，妥善存放。
3、实验中应注意的问题
1）容量瓶用于配制溶液，不能加热
如所配溶液需要加热，应事先在烧杯中加热。
2）溶质必须在烧杯中溶解或稀释，不能直接放入容量瓶中加水溶解。
容量瓶是细颈，梨形的平底玻璃瓶，固体加入其中不便用玻璃棒搅拌。同时，有些固体溶解伴随剧烈放热或吸热现象，有可能损坏容量瓶。如浓硫酸的稀释，氢氧化钠溶于水等。
3）溶质在烧杯中溶解或稀释后，必须放置室温才可移入容量瓶。
物质有热胀冷缩现象，因此容量瓶上不但有容积刻度，而且还标有温度，只有当液体的温度与容量瓶上标出的温度相同时，量出的体积才是准确的。固体的膨胀系数一般小于液体的膨胀系数，所以未冷的溶液转入容量瓶定容，待冷却后体积小于容量瓶所示体积，导致浓度偏高。
4）一切量容积的仪器读数时都应平视。
仰视量取的液体偏多，俯视量取的液体偏少。
5）洗涤烧杯和玻璃棒溶液要注入容量瓶。
在烧杯和玻璃棒上，可能附着一些含溶质的溶液，因而洗涤之后，也必须将洗涤液注入容量瓶，否则，可能导致浓度偏低。
6）用量筒量取液体后，其内壁残余液用蒸馏水洗后无需转入容量瓶。
量筒为“流出量式”量器，从中流出的液体体积为刻度所示体积，其内壁残余不计入刻度所示体积，因而若把残余液也转入容量瓶，致使溶质物质的量偏多，配制溶液的浓度偏高。
7）向容量瓶中转移溶液时，必须用玻璃棒引流。
不用玻璃棒引流，易将溶液倒在容量瓶外使所配溶液浓度偏低。因而配制溶液时应用玻璃棒引流，且玻璃棒下端还应靠在瓶颈刻度线下的内壁。
8）加水到容量瓶容积的2/3或3/4时，应充分摇匀，再加水定容。
两种性质不同的液体混合后，总体积有可能小于两者之和，也有可能大于两者之和。定容前需摇均，再用胶头滴管定容。
9）容量瓶不能存放溶液。
容量瓶是一种量具，不宜久贮溶液，尤其是碱性溶液。因为碱性溶液会腐蚀玻璃，使瓶塞粘住而难以打开。所以配好溶液后，应把溶液倒入试剂瓶中存放备用，并随即把容量瓶洗净，以便下次再用。
10）选择容量瓶时，要注意规格一致。
配制多少溶液，一定选择相应规格的容量瓶。如配制500mL 1mol/L的氢氧化钠溶液，应选择容积为500mL的容量瓶。
4、误差分析
溶质的物质的量的浓度方程为。其中，c(B)与n(B)成正比，c(B)与V成反比。分析实验过程中n(B)、V的变化情况，判断c(B)的变化，这就是配制一定物质的量浓度的溶液的实验中误差分析方法。
（三）中和滴定
1、原理
利用酸碱中和反应中物质的量之间的关系，用已知物质的量浓度的酸（或碱）来测定未知浓度碱（或酸）的物质的量浓度。本实验由通过指示剂显示反应进行的完全，再通过滴定管读取用去的已知浓度的一个反应物的体积，再根据化学方程式来计算待测物质的浓度，即通过液体体积的读数来测量。
实验的关键在于：
（1）确保实验过程中取用酸或碱的浓度不变，滴定管要用所取溶液润洗。
（2）量准、测准碱液、酸液的体积（V（碱）），（V（酸））。
（3）选择适宜的指示剂以准确指示中和反应的终点。
2、仪器
酸式滴定管、碱式滴定管、锥形瓶、铁架台、滴定管架等。
3、指示剂的选择
选择指示剂时，一般要求变色明显，指示剂的变色范围与恰好中和的pH要吻合。石蕊试液颜色变化不易观察，一般不用做中和滴定的指示剂。
指示剂变色范围为：
（1）甲基橙 （2）酚酞

强酸与弱碱滴定结果溶液呈酸性，可选用甲基橙为指示剂（变色点pH=4.4）；强碱与弱酸滴定结果溶液呈碱性，可选用酚酞为指示剂（变色点pH=8.0）；强酸与强碱滴定结果为中性，两种指示剂均可。
4、终点判断
当滴入最后半滴标准液，溶液颜色发生突变，且半分钟不再变化。
5、步骤
（1）滴定前的准备工作：
①洗涤滴定管，依次用洗液、自来水、蒸馏水洗涤干净。
②检查滴定管是否漏水，操作中活塞是否灵活。
③用待装溶液润洗 2~3次，以保证装入溶液时不改变溶液的浓度。
（2）滴定：以已知标准酸液测定未知碱液为例：
①准备标准酸溶液：注酸液→赶气泡→调液面→记刻度V（始）。用同样的方法把碱式滴定管准备好并记刻度。
②移取待测碱液（用移液管或碱式滴定管）：洗涤并润洗滴定管→吸取碱溶液→放入锥形瓶→滴加指示剂。把锥形瓶放在酸式滴定管下，垫一张白纸。
③操作：左手控制滴定管活塞（或挤压玻璃球）右手拇、食、中三指拿住锥形瓶颈部，并不断按同一方向摇动；眼睛一定注视锥形瓶中溶液颜色变化和滴定流速。
边滴边振荡→滴加速度先快后慢→注意指示剂的变化→判断终点（半分钟不再变化）→记下刻度V（终）。V（酸）=V（终）-V（始）。
（3）计算：c(碱)=c(酸)V（酸）/V（碱）
6、实验中的注意事项
（1）仪器的洗涤
①滴定管在使用前必须用待测液润洗。
②锥形瓶一定不要用待测液润洗。
（2）量器读数
①滴定管读数时一定平视液面，且读数为凹液面最低处相切，
②滴定完毕后不要立即读数，要待滴定管内壁液体流下后再读。
（3）操作
①滴定管用前必经试漏
②滴定前排除滴定管内气泡
③滴定过程中，振荡锥形瓶时要小心，防止溶液溅出
④滴定终点判断。
7、误差分析的着眼点
（1）紧扣一个公式：现以盐酸滴定待测氢氧化钠溶液为例，有c(NaOH)=c(HCl)×V(HCl)/
V(NaOH)，因待测c(NaOH)的值是由c（HCl），V（HCl），V（NaOH）三项决定的，所以，误差分析就依此三项的计算值（代入公式中进行计算的数值，和真实值（确确实实参加中和反应数值）之间的关系为分析的着眼点。若c(HCl)和V（HCl）的计算值＞真实值。即分式的分子项偏高（分母不变）测定结果偏高；若V（NaOH）的计算值＞真实值，即分式的分母项偏高（分子不变），测定结果偏低，反之偏高。
（2）常见误差分析：
①滴定管尖嘴部分气泡未赶尽，就进行滴定，则会出现标准溶液体积V（HCl）的读数（即计算值）比真实值大，测定结果高。
②滴定管未用标准溶液（HCl）润洗 ，就进行滴定，使标准溶液浓度变小（原管中内壁附有蒸馏水，而计算仍用原标准溶液的浓度数值，即c(HCl)计算值比真实值高，测定结果偏高）
③锥形瓶用蒸馏水洗净后又用待测液洗涤，则锥形瓶中会残留有少量待测液，使滴定时消耗标准溶液体积V（HCl）增大，而实际计算时NaOH仍用量取的体积数，即V（HCl）比真实值大，V（NaOH），造成结果偏高。
（四）硫酸铜晶体结晶水含量的测定
1、原理
CuSO4·5H2O在常温和通常湿度下即不易风化，也不易潮解，是一种比较稳定的结晶水合物。CuSO4·5H2O受热时逐步失去结晶水的过程可表示如下：

在250℃以下，CuSO4·5H2O失掉的结晶水是全量的4/5，剩下的1个水分子需要在较高的温度下才能失去。根据加热前后的质量差，可推算出硫酸铜晶体的结晶水的含量。

本实验是用宏观质量去探索微观领域的结构组成。
2、仪器：坩埚、天平、干燥器、坩埚钳、研钵、、角匙、酒精灯、泥三角、铁三脚架、玻璃棒
3、步骤：“四称”、“两热”。①称坩埚（W1g） ②称坩埚及晶体（W2g） ③加热至白 ④冷却称重（W3g） ⑤再加热 ⑥冷却称重（两次称量误差不得超过0.1g）⑦计算（设化学式为CuSO4· xH2O），
4、实验中的注意事项
（1）加热前，一定要把CuSO4·5H2O表面的水用滤纸吸干，以减少误差；还要研碎，以防止加热时CuSO4·5H2O晶体发生崩溅。加热时，要严格控制温度，不能过高，因为高温下CuSO4会发生下列反应，影响实验结果。

（2）脱水后的白色CuSO4粉末和坩埚最好放在干燥器里进行冷却，因为CuSO4具有很强的吸湿性，在空气（特别是湿度较大时）中放置一段时间就会重新吸水，形成水合物。如果没有干燥器，冷却时坩埚要加盖（坩埚盖要预热），或稍降温后盖一张厚纸片。冷却后的称量操作要快。
（3）做此实验如果没有瓷坩埚、坩埚钳、铁架台等仪器，可用试管和试管夹代替来做。步骤如下：
①用天平准确称量出干燥试管的质量，然后称取2g已研碎的CuSO4·5H2O并放入干燥的试管。CuSO4·5H2O就铺在试管底部。
②把装有CuSO4·5H2O的试管用试管夹夹住，使管口向下倾斜，用酒精灯慢慢加热。应先从试管底部加热，然后将加热部位逐步前移，至CuSO4·5H2O完全变白；当不再有水蒸气逸出时，仍继续前移加热，使冷凝在试管壁上的水全部变成气体逸出。

③待试管冷却后，在天平上迅速称出试管的和CuSO4的质量。
④加热，再称量，至两次称量误差不超过0.1g为止。
5、误差分析
由 可知，W2、W1偏大，x偏大；W2、W1偏小，x偏小；W3偏大，x偏小；W3偏小，x偏大。具体情况有：
①偏高：晶体溅出；加热导致部分CuSO4分解；坩埚不干燥；晶体中含易分解或易挥发的杂质。
②偏低：加热不充分；在空气中冷却；晶体中含不分解的杂质。
（五）中和热的测定
1、原理
根据计算关系：中和反应时放出的热量为（m1+m2）·C·（t1-t2）其中溶液的比热容C是已知的，对于给定的m1和m2也是已知值，则实验记录中温度的变化（t1-t2）便可计算出中和热。
2、仪器
量热器（或简易装置）、玻璃环形搅拌棒，温度计
3、注意事项
(1)作为量热器的仪器装置，其保温隔热的效果一定要好。因此，可以用保温杯来做，也可用块状聚苯乙烯泡沫塑料制成与小烧杯外径相近的绝热外套来做，以保证实验时的保温隔热效果。如果按教材中的方法做，一定要使小烧杯杯口与大烧杯杯口相平，这样可以减少热量损失。
(2)盐酸和NaOH溶液浓度的配制须准确，且NaOH溶液的浓度须稍大于盐酸的浓度。为使测得的中和热更准确，所用盐酸和NaOH溶液的浓度宜小不宜大，如果浓度偏大，则溶液中阴、阳离子间的相互牵制作用就大，表观电离程度就会减小，这样酸碱中和时产生的热量势必要用去一部分来补偿未电离分子的离解热，造成较大误差(偏低)。
(3)宜用有0.1分刻度的温度计，且测量时应尽可能读准，并估读到小数点后第二位。温度计的水银球部分要完全浸没在溶液中，而且要稳定一段时间后再读数，以提高所测温度的精度。
(4)实验操作时动作要快，以尽量减少热量的散失。
4、误差分析
（1）量热器的保温隔热要好，否则使结果偏低。
（2）稀酸、稀碱的体积要量取准确，且浓度不宜太大（一般在0.5mol/L以下为宜）测量的中和热误差与量取溶液的多少有关，物质的量多，放出热量就多，结果偏大。
（3）温度计的读数取最高点，且操作动作要快，否则使结果偏低。

【例题解析】
例1、化学上常用燃烧法确定有机物的组成，这种方法是在电炉加热时用纯氧气氧化管内样品，根据产物的质量确定有机物的组成，下图中A、B、C、D、E、F是用燃烧法确定有机物分子式的常用装置。

现准确称取0.90g样品(只含C、H、O三种元素中的两种或三种)，经燃烧后，A管增重1.32g，B管增重0.5g。请按要求填空。
(1)A、B管内都装有固体试剂，B管的作用是________。
(2)产生的气体按从左到右流向，所选装置各导管口的连接顺序是________。
(3)C装置中浓硫酸的作用是________。
(4)D装置中MnO2的作用是________。
(5)燃烧管F中热CuO网的作用是________。
(6)该有机物的最简式为________。
(7)要确定该有机物的分子式，还必须知道的数据是________(填编号)
①消耗液体E的质量；②样品的摩尔质量；③CuO固体减少的质量；④C装置增加的质量；⑤燃烧消耗的氧气的物质的量。
(8)在整个实验开始之前，需先让D产生的气体通过整套装置一段时间，其目的 是________。
解析：据题意，A管增重1.32g，B管增重0.54g，若A管吸收的是H2O，B管吸收的是CO2，则样品有机物C、H原子数之比为1：12，这种情况不存在，故A管吸收的是CO2，可用碱石灰，B管吸收H2O，可用CuSO4·5H2O或P2O5。
E中盛装H2O2，经MnO2催化产生O2，经过产生O2，经g、f通入浓硫酸干燥水分，纯净的O2经e、h通入燃烧室燃烧，再经氧化铜把游离的碳和氢完全氧化成CO2和H2O，经B吸收H2O，经A吸收CO2。
0.9g样品含碳0.03mol，含H 0.06mol，含氧0.90－(0.03×12+0.06)=0.48(g)则样品中C、H、O三种原子的个数比为0.03:0.06:0.03=1:2:1。若要确定该有机物分子式还需知道该有机物质的摩尔质量。
答：(1)吸收样品燃烧生成的H2O。
(2)g、f、e、h、i、c(或d)、d(或c)、a(或b)、b(或a)。
(3)除去O2中的水蒸气。
(4)催化剂
(5)使C元素完全转化为CO2
(6)CH2O
(7)②
(8)赶出管内的空气，减少实验误差