高中化学四大定量实验综观近几年高考,有关定量实验的考题时常出现在高考卷中,命题的方式是定量与定性相结合,题型以填空、简答为主。
定量实验题不仅考查考生的观察能力、操作能力、分析能力,还考查考生的数据处理能力。
高中化学中最重要的定量实验有:①一定体积一定物质的量浓度溶液的配制;②中和滴定;③硫酸铜晶体中结晶水含量的测定;④中和热的测定等。
下面对这四个定量实验作简要的解读。
定量实验之一:一定体积、一定物质的量浓度溶液的配制[实验仪器]容量瓶、托盘天平(或量筒)、烧杯、玻璃棒、胶头滴管和药匙。
[实验步骤](1)计算:根据要求计算出固体溶质的质量或液体的体积;(2)称量或量取;(3)溶解:往小烧杯中放入溶质,加入适量的蒸馏水,用玻璃棒搅拌溶解。
(但用98%浓硫酸配制溶液时,一定要把98%浓硫酸沿烧杯壁倒入盛水的烧杯中,边倒边搅拌)(4)转移:将溶解的溶液冷却至室温,沿玻璃棒注入容量瓶;(5)洗涤:用少量蒸馏水冲洗玻璃棒和烧杯2~3次,并将每次的洗涤液也倒入容量瓶中;(6)定容:向上述容量瓶继续加蒸馏水至离刻度线1~2厘米,改用胶头滴管逐滴加入蒸馏水,直到凹液面最低点与刻度线相切;(7)装瓶:将溶液转入试剂瓶,贴好标签放在指定位置存放。
[注意事项](1)容量瓶在使用前要检验是否漏水;(2)转移溶液要用玻璃棒引流;(3)只能配制容量瓶上规定的容积的溶液,溶液温度需与标注温度相仿。
(4)配制好的溶液不能长期存放在容量瓶中,要及时倒入指定的细口瓶中。
(5)定容时,仰视读刻度,液面会看低,所加水量增大,浓度变小;反之,俯视浓度变大。
(6)用胶头滴管滴加蒸馏水时,若液面过了刻度线,就宣布实验失败,重做实验。
[经典习题之一]医用生理盐水是质量分数为0.9%,物质的量浓度是0.154mol/L。
现欲配制此溶液1L,请填写下列空白:(1)配制过程用到的仪器有:托盘天平、烧杯、玻璃棒、和。
(2)如果转移过程中,不慎将烧杯中的溶液洒落于容量瓶外或加水超过刻度线,其处理方法为。
(3)在配制过程中,其它操作都正确,下列操作会引起误差偏高的是()A、未洗涤烧杯和玻璃棒;B、容量瓶不干燥,含有少量水;C、定容时俯视刻度线;D、定容时仰视刻度线;参考答案:(1)1000mL容量瓶;胶头滴管;(2)重新配制;(3)C。
定量实验之二:中和滴定[实验仪器]酸式滴定管、碱式滴定管、锥形瓶、烧杯、铁架台、滴定管夹。
[实验的关键]①准确量取酸液和碱液的体积;②选择适宜的指示剂准确判断滴定终点。
[实验步骤](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,操作中活塞转动是否灵活。
③用待装溶液润洗滴定管2~3次,以保证装入溶液时不改变原溶液的浓度。
(2)滴定(以已知标准酸液滴定未知碱液为例)①准备标准酸溶液:注酸液→赶气泡→调节液面(在“0”或“0”以下)→记录读数。
用同样的方法把碱式滴定管准备好并记下读数。
③量取待碱液: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。
④操作:左手控制滴定管活塞,右手不断振荡锥形瓶,眼睛注视锥形瓶中溶液颜色变化。
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V(终)读数。
(3)重复滴定2~ 3次,计算平均值。
[经典习题之二]某学生用0.1mol.L-1的KOH标准溶液滴定未知浓度盐酸,其操作可分解为如下几步A、量取20mL待测盐酸溶液注入洁净的锥形瓶,并加2~3滴酚酞。
B、用标准溶液润洗滴定管2~3次。
C、把盛有标准溶液的碱式滴定管固定好,调节滴定管尖嘴使之充满溶液;D、取标准KOH溶液注入碱式滴定管至刻度“0”以上2~3cm;E、调节液面至“0”或“0”以下刻度,记下读数;F、把锥形瓶放在滴定管的下面,用标准KOH溶液滴定至终点并记下滴定管的刻度。
就此实验完成填空:(1)正确的操作步骤。
(2)上述B步骤操作目的是。
(3)上述A步骤操作之前,先用待测溶液润洗锥形瓶,则对滴定结果的影响是。
(4)判断到达滴定终点的实验现象是。
参考答案:(1)BDCEAF;(2)洗去滴定管内壁附着的水,防止将标准液稀释而带来误差;(3)偏大;(4)溶液由无色变为浅红色且半分钟内不褪色。
定量实验之三:硫酸铜晶体中结晶水含量的测定[实验仪器]托盘天平、研钵、坩埚、坩埚钳、三脚架、泥三角、玻璃棒、干燥器、酒精灯。
[实验步骤](1)研磨:在研钵中将硫酸铜晶体研碎。
(2)称量:准确称量坩埚质量和硫酸铜晶体质量。
(3)加热:将盛有硫酸铜晶体的坩埚放在三脚架上面的泥三角上,用酒精灯缓慢加热,同时用玻璃棒轻轻搅拌硫酸铜晶体,直到蓝色硫酸铜晶体完全变成白色粉末,且不再有水蒸气逸出。
然后将坩埚放在干燥器里冷却。
(4)称量:冷却后,称量坩埚和无水硫酸铜的质量。
(5)再加热称量:把盛有无水硫酸铜的坩埚再加热,然后放在干燥器里冷却后再称量,记下质量,到连续两次称量的质量差不超过0.1g为止。
(6)计算。
[注意事项](1)硫酸铜晶体必须研细;(2)加热后的固体必须在干燥器中冷却,防止吸水;(3)两次称量间质量差须小于0.1g;(4)不能用试管代替坩埚;(5)加热要充分但不“过头”(否则CuSO4也会分解)。
[经典习题之三]根据实验室中测定硫酸铜晶体结晶水含量的实验,填空:(1)从下列仪器选出所需仪器。
(填代号)A、托盘天平;B、研钵;C、试管夹;D、酒精灯;E、蒸发皿;F、玻璃棒;G、坩埚;H、干燥器;I、石棉网;J、三角架除上述仪器外,还需要的仪器是。
某学生实验得到以下数据,见下表:请写出结晶水含量(x%)的计算公式(用W1、W2、W3表示),x% = 。
该生测定结果是偏高还是偏低?从下列分析中选出该学生实验误差的原因可能是()A、加热前称量时容器未完全干燥;B、最后两次加热后的质量相差较大;C、加热后容器未放入干燥器中冷却;D、加热过程中有少量溅失;参考答案:(1)A、B、D、F、G、H、J;坩埚钳、泥三角、药匙;(2)(W2-W3)/(W2-W1)×100%,偏高。
(3)A、D。
定量实验之四:中和热的测定[实验用品]大烧杯(500mL)、小烧杯(100mL)、温度计、2个量筒(50mL)、泡沫塑料或硬纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个小孔)、环形玻璃搅拌棒。
0.50mol.L-1盐酸、0.55mol.L-1NaOH溶液。
[实验原理]在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应生成1molH2O,这时的反应热叫中和热。
实验中通过酸碱中和反应,测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l);△H=-57.3kJ.mol-1。
[实验步骤]1、在大烧杯底部垫泡沫塑料或纸条,使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平,然后在两大小烧杯间隙填满泡沫或纸条,烧杯上用泡沫塑料作盖板,盖板孔上插入温度计和玻璃搅拌棒。
2、用量筒量取50ml HCl(aq)倒入小烧杯中并测定HCl(aq)温度,记入下表。
3、用另一量筒量取50ml NaOH(aq),并用温度计测定NaOH(aq)的温度,记入下表。
4、把带有硬纸板(泡沫塑料板)的温度计、环形玻璃搅拌器放入小烧杯中,并把量筒中的NaOH(aq)一次性倒入小烧杯(注意:防止溅出)搅动,准确读取最高温度。
记入下表5、重复实验两次,取测量所得的平均值,做计算的依据6、数据处理(两个近似)(1)0.5mol/L HCl(aq)和0.55mol/L NaOH(aq)因为是稀溶液溶液;密度近似于水的密度故m(HCl)=ρHCl·V HCl= 1g/ml×50ml = 50gm(NaOH)=ρNaOH·VNaOH= 1g/ml×50ml = 50g(2)中和后生成溶液为稀溶液,其比热近似于水的比热C = 4.18J/g·0C ,由此可以计算出50ml HCl(aq)和 50ml NaOH(aq)发生反应时放出的热量为:Q放=(m1+m2)·C·(t终—t始)Q放= 100g·4.18J/g·0C·(t终—t始)0C即Q放= 0.418(t终—t始) KJ(3)中和热为生成1mol H2O(l)时的反应热,现在生成0.025mol H2O(l),所以△H =- [0.418(t终—t始)]/0.025 (KJ/mol)实验数据记录:[注意事项](1)为了保证50mL0.50mol.L-1盐酸完全被氢氧化钠溶液中和,采用50mL 0.55mol.L-1NaOH 溶液,使碱稍稍过量。
(2)实验过程中一定要隔热保温,减少误差。
(3)必须使用稀的强酸与稀的强碱反应。
[经典习题之四]试回答下列中和热测定的有关问题:(1)实验桌上备有烧杯(大、小两个烧杯)、泡沫塑料、泡沫板、环形玻璃搅拌棒、0.5mol/L HCl(aq)和0.55mol/L NaOH(aq),尚缺少的实验用品是。
(2)实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒?答。
原因。
(3)实验时所用盐酸及NaOH溶液的体积均为50mL,各溶液密度均为1g/cm3,生成溶液的比热容c=0.418J/(g.℃),实验起始温度为t1℃,终止温度为t2℃。
试推断中和热的计算式:△H =。
参考答案:(1)温度计、量筒(两个)。
(2)不能;铜丝易导热,使实验过程中热量损失较大。
(3)△H = -[0.418(t2-t1)]/0.025kJ/mol或△H = -16.72(t2-t1)kJ/mol。
习题讲解:1.在高考实验题中的地位:定量、半定量实验在高考试题中呈现间断性的出现趋势。
也是一个重要的考点,所占分值较大,值得注意。
2.关键点:几个重要的定量实验操作要领、数据处理、误差分析。
其中误差分析是考查的重点3.学生易错点:不能从实验目的和原理出发,进行误差分析和数据处理4.应对策略:重视实验目的和实验原理分析。
5.例题例1.(05高考理综1)已知某纯碱试样中含有NaCl杂质,为测定试样中纯碱的质量分数,可用下图中的装置进行实验。
主要实验步骤如下:①按图组装仪器,并检查装置的气密性②将a g试样放入锥形瓶中,加适量蒸馏水溶解,得到试样溶液③称量盛有碱石灰的U型管的质量,得到b g④从分液漏斗滴入6 mol·L-1的硫酸,直到不再产生气体时为止⑤从导管A处缓缓鼓入一定量的空气⑥再次称量盛有碱石灰的U型管的质量,得到c g⑦重复步骤⑤和⑥的操作,直到U型管的质量基本不变,为d g请填空和回答问题:(1)在用托盘天平称量样品时,如果天平的指针向左偏转,说明(2)装置中干燥管B的作用是(3)如果将分液漏斗中的硫酸换成浓度相同的盐酸,测试的结果(填偏高、偏低或不变)(4)步骤⑤的目的是(5)步骤⑦的目的是(6)该试样中纯碱的质量分数的计算式为(7)还可以用其他实验方法测定试样中纯碱的质量分数。