定量实验题的特点与解法

广东 李 萍

定量实验题的特点与解法

广东 李 萍

化学实验探究分定性和定量，定性实验探究是确定是什么物质，定量实验探究是确定该物质的含量是多少。因此定量实验题其实是以实验操作为背景的计算题，中学化学涉及的定量实验有：一定物质的量浓度的溶液配制、中和热测定、中和滴定和硫酸铜晶体结晶水的测定，在定量分析中采用的方法通常有沉淀法、测气体体积法、测气体质量法和滴定法。在实际高考中提供的实验背景很复杂，往往融化工流程、表格数据分析和图象表达于一体，具有信息量大、操作多、流程长等特点。

一、定量实验题的特点

1．溶液配制型

为了准确测定久置空气中的Ba（OH）2·8H2O的含量，实验如下：①配制250mL约0．1mol·L－1Ba（OH）2溶液：准确称取w克试样，置于烧杯中，加适量蒸馏水，__________，将溶液转入__________，洗涤，定容，摇匀。②滴定：准确量取25．00mL所配制Ba（OH）2溶液于锥形瓶中，滴加指示剂，将________（填“0．020”“0．05”“0．198 0”或“1．5”）mol·L－1盐酸装入50mL酸式滴定管，滴定至终点，记录数据。重复滴定2次。平均消耗盐酸VmL。③计算Ba（OH）2·8H2O的质量分数＝________。

【答案】①溶解、过滤 250mL的容量瓶中 ②0．198 0

③0．311 9V／w

【解析】①久置空气中样品可能含有碳酸钡。

②0．025×0．1×2＝c′×0．05——（假设盐酸体积最多为50mL）得c′＝0．1mol·L－1所以应该是选大于0．1mol·L－1而且接近的“0．198 0”。

③设Ba（OH）2溶液浓度为c，则25．00×c×2＝0．198 0×V得c＝0．198 0V／50，Ba（OH）2·8H2O的质量分数＝250×10－3×0．198 0V×315／50 w＝0．311 9V／w。

【特点】以溶液配制为载体考查：配制步骤、仪器选择、含量计算。

2．滴定型

已知，利用I2O5可消除CO污染或定量测定CO，反应方程式为5CO（g）＋I2O5（s）5CO2（g）＋I2（s）。现将500mL（标准状况）含有CO的某气体样品通过盛有足量I2O5的干燥管，170℃下充分反应，用水－乙醇液充分溶解产物I2，定容到100mL。取25．00mL，用0．010 0mol·L－1Na2S2O3标准溶液滴定，消耗标准溶液20．00mL，则样品气中CO的体积分数为________。（已知：气体样品中其他成分与I2O5不反应；2Na2S2O3＋I2===2NaI＋Na2S4O6）

【答案】8．96%

【解析】计量关系5CO～I2～2Na2S2O3。注意“定容到100mL。取25．00mL……”字眼。

【特点】利用氧化还原滴定法间接求算污染物CO的体积分数。考查学生对物质间关系的分析能力和使用数据的能力，掌握气体含量的测定方法之一——滴定法。

3．表格数据分析型

碘在科研与生活中有重要作用，某兴趣小组用0．50mol·L－1KI、0．2%淀粉溶液、0．20mol·L－1K2S2O8、0．10mol·L－1Na2S2O3等试剂，探究反应条件对化学反应速率的影响。

（1）向KI、Na2S2O3与淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，当溶液中的________耗尽后，溶液颜色将由无色变为蓝色，为确保能观察到蓝色，初始的物质的量需满足的关系为_________。

（2）为探究反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：

实验______________________序号体积V／mL______________________ K2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液_①10．0 0．0 4．0 4．0 2．0____ _②9．0 1．0 4．0 4．0 2．0____ _③__ ____8．0 Vx4．0 4．0 2．0____

表中Vx＝________mL，理由是____________________。

【答案】（1）Na2S2O3， ＜2∶1 （2）2．0 保证其他条件不变，只改变反应物K2S2O8浓度，从而才达到对照实验目的

【解析】有干扰反应时实验现象的定量判断，必须从计量关系：入手；实验条件Vx的选择必须要有控制变量思想，即V（总）＝20mL始终不变。

【特点】以化学反应原理中“浓度与速率”关系为载体设计实验方案，考查学生对表格数据的分析理解能力和控制变量思想。

4．图象表达型

已知反应5CO（g）＋I2O5（s）5CO2（g）＋I2（s），在不同温度下，向装有足量I2O5固体的2L恒容密闭容器中通入2mol CO，测得CO2的体积分数φ（CO2）随时间t变化曲线如下图。请回答：

①从反应开始至a点时的反应速率为v（CO）＝_______，b点时化学平衡常数Kb＝________。

②d点时，温度不变，若将容器体积压缩至原来的一半，请在图中补充画出CO2体积分数的变化曲线。

【答案】①0．6mol·L－1·min－1，1 024或者45②

【解析】该反应气体系数差为零，即总体积始终不变，根据阿伏加德罗定律，气体体积比＝物质的量比，所以气体体积分数＝物质的量分数。a点时消耗的n（CO）＝n（CO2）＝0．30×2＝0．60mol。b点时n（CO2）＝0．80×2＝1．6mol，n（CO）平＝2－1．6＝0．4mol。d点温度不变，将容器体积压缩至原来的一半，由于气体体积（系数）不变，虽然容器体积缩小压强增大但是平衡不移动，故CO2体积分数不变。

【特点】本题属于“看图计算”型，要求考生要具备高超的读图、绘图能力，而且还要对方程式进行分析，建立“系数—压强—平衡—含量”信息链，问题才能迎刃而解。

二、定量实验题的解法

解答这类题目的主要步骤是：①找关系式，②找数据，③列比例式计算，④单位换算，⑤误差分析。

【例1】长期存放的亚硫酸钠可能会被部分氧化，某化学兴趣小组通过实验来测定亚硫酸钠试剂的被氧化的程度，设计了下图实验装置：称量ag Na2SO3样品放入锥形瓶中，向B装置反应后的溶液中加入足量的BaCl2溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥，得白色沉淀b g。

（1）原样品中Na2SO3的质量分数为________。

（2）现有以下试剂：蒸馏水、稀盐酸、稀硝酸、BaCl2溶液、Ba（NO3）2溶液，请从中选择合适试剂，设计一种不同的实验方法测定试样中无水亚硫酸钠被氧化的程度：_______。

【解析】（1）本题是利用Na2SO3与H2SO4反应产生SO2，再用Cl2把SO2在B装置的水中氧化成H2SO4，然后向B装置中加入足量的BaCl2溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥，得白色沉淀BaSO4。通过这一系列的变化间接测定亚硫酸钠被氧化的程度。（2）按照题意，应该采用直接法测定亚硫酸钠被氧化的程度。

①找关系式：阅读题干关键词，追踪物质（元素）走向。

写出方程式或关系式：Na2SO3～BaSO4②找数据（设Na2SO3质量为x）：

另一方法实验步骤如下：①称量ag样品，置于烧杯中。②加入适量蒸馏水，使样品溶解。③加入稀盐酸，使溶液呈强酸性，再加过量的BaCl2溶液。④过滤，用蒸馏水洗涤沉淀。⑤加热干燥沉淀物。⑥将沉淀物冷却至室温后，称量。⑦重复⑤⑥操作直到恒重，最后得到b g固体。

【例2】用KHSO4制取H2O2并测其质量分数：

查阅资料得知：工业上用电解KHSO4饱和溶液可制取一定浓度的H2O2。兴趣小组进行下列实验测定H2O2的

操作①：取5．00mL H2O2溶液（密度为1．00g／mL）置于锥形瓶中加水稀释，再加稀硫酸酸化；

操作②：用0．100 0mol／L KMnO4溶液滴定；

操作③：用同样方法滴定，四次消耗KMnO4溶液的体积分别为20．00mL、19．98mL、20．02mL、22．00mL。

回答下列问题：

（1）操作②中，开始滴入KMnO4溶液时反应速率很慢，随着KMnO4溶液滴入反应速率显著加快，最有可能的原因________________________。

（2）滴定时盛装KMnO4溶液应选取的仪器是________（填序号）。

A．50mL酸式滴定管 B．50mL碱式滴定管C．25mL酸式滴定管 D．25mL碱式滴定管（3）在上述实验中，下列操作会造成测定结果偏高的有________（填序号）。

A．锥形瓶用待测液润洗

B．量取H2O2溶液的滴定管用蒸馏水洗净，未用H2O2溶液润洗

C．滴定速度过快，又未摇匀，停止滴定后发现紫红色褪去

D．滴定前读数时平视，滴定终点读数时仰视

（4）分析数据，计算H2O2溶液中溶质的质量百分含量为________（保留三位有效数字）。

【解析】溶液中速率加快一般是从放热升温、浓度增大、加入或产生催化剂等方面入手，由于该实验操作是“滴定”，反应物开始不是大面积接触，故最有可能是产生了催化剂。计算采用以上4步法：

②找数据（4个数据中舍去不靠谱的22．00mL，

得平均V＝20．00mL，设H2O2的质量为x）：

③列比例计算：

⑤误差分析：从上述计算关系可知，H2O2%的大小由H2O2的质量x决定，能给x带来误差的只有体积数（20．00mL）且成正比例，所以H2O2%也与体积数（20．00mL）成正比例：H2O2%∝V。锥形瓶用待测液润洗和滴定前读数时平视，滴定终点读数时仰视，均使KMnO4溶液滴定管读数（体积数）增大，AD正确；量取H2O2溶液的滴定管用蒸馏水洗净，未用H2O2溶液润洗，会造成H2O2浓度减小，物质的量也减小，最终消耗KMnO4溶液的体积数减小，B错误；滴定速度过快，又未摇匀，停止滴定后发现紫红色褪去，说明H2O2未反应完，此时消耗的KMnO4溶液体积数减小，C错误。

【答案】（1）反应中生成的Mn2＋具有催化作用 （2）C（3）AD （4）3．40%

三、变式训练

1．（2015全国卷Ⅱ，节选）二氧化氯（ClO2，黄绿色易溶于水的气体）是高效、低毒的消毒剂。用下图装置可以测定混合气中ClO2的含量：

Ⅰ．在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用50mL水溶解后，再加入3mL稀硫酸；

Ⅱ．在玻璃液封装置中加入水，使液面没过玻璃液封管的管口；

Ⅲ．将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收；

Ⅳ．将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中；

Ⅴ．用0．100 0mol·L－1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液，指示剂显示终点时共用去20．00mL硫代硫酸钠溶液。在此过程中：

①锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为____。

②玻璃液封装置的作用是_________________________。

③V中加入的指示剂通常为________，滴定至终点的现象是________________________________________________。

④测得混合气中ClO2的质量为________g。

2．（2014江苏）（1）称取一定量已除去油污的废铁屑，加入稍过量的稀硫酸，加热、搅拌，反应一段时间后过滤。

（2）向滤液中加入一定量H2O2氧化Fe2＋。为确定加入H2O2的量，需先用K2Cr2O7标准溶液滴定滤液中的Fe2＋，离子方程式如下：

①在向滴定管注入K2Cr2O7标准溶液前，滴定管需要检漏和________________________。②若滴定x mL滤液中的Fe2＋，消耗amol·L－1K2Cr2O7标准溶液b mL，则滤液中c（Fe2＋）＝________mol·L－1。

③为使滤液中的Fe2＋完全被H2O2氧化，下列实验条件控制正确的是________（填序号）。

A．加入适当过量的H2O2溶液

B．缓慢滴加H2O2溶液并搅拌

C．加热，使反应在较高温度下进行

D．用氨水调节pH＝7

3．已知反应CuCl2＋2NaOH ===Cu（OH）2↓＋2NaCl。向一定量盐酸和氯化铜溶液的混合物中逐滴加入氢氧化钠溶液，产生沉淀的质量与加入氢氧化钠溶液的质量关系如图所示。下列说法正确的是（ ）

A．P点表示的溶液pH＝7

B．M点表示的溶液中只含有一种溶质

C．从M点到N点溶液质量增加20g

D．P点表示的溶液比N点表示的溶液中氯化钠的质量分数小

参考答案：

1．①2ClO2＋10I－＋8H＋===2Cl－＋5I2＋4H2O②吸收残余的二氧化氯气体（避免碘的逸出） ③淀粉溶液当滴加最后一滴硫代硫酸钠溶液后，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内溶液颜色不再改变 ④0．027 00

2．用蒸馏水洗净 用K2Cr2O7标准溶液润洗2～3次②6ab／x ③AB

3．D

（作者单位：广东省深圳市翠园中学）