内容正文:
考点2 溶液配制及物质的量的计算
[对应学生用书P10]
1.①一定物质的量浓度溶液的配制及误差分析
(1)配制流程
(2)误差分析
①误差分析的思维流程
②定容时视线引起误差的分析方法
操作图示
误差分析
仰视容量瓶刻度线
溶液体积偏大,引起溶液浓度偏低
俯视容量瓶刻度线
溶液体积偏小,引起溶液浓度偏高
2.②有关物质的量浓度的计算
(1)计算物质的量浓度的基本方法
依据定义式“c=”及n(B)===(标准状况)进行计算,特别注意n(B)单位为mol,V(液)单位为L。
(2)计算物质的量浓度的两种技巧
换算公式
溶液中溶质的质量分数与物质的量浓度之间的换算:c=,其中c为溶质的物质的量浓度(单位:mol/L),ρ为溶液的密度(单位:g/cm3),w为溶质的质量分数,M为溶质的摩尔质量(单位:g/mol)
质量守恒
①化学反应前后,反应物和生成物的总质量相等(即元素的种类和质量不变);
②稀释前后,溶质的质量(或物质的量)保持不变:c(浓)×V(浓)=c(稀)×V(稀)
教考衔接 ①
(1)(2022·广东卷,节选)食醋是烹饪美食的调味品,有效成分主要为醋酸(用HAc表示)。HAc的应用与其电离平衡密切相关。
①配制250 mL 0.1 mol/L的HAc溶液,需5 mol/L HAc溶液的体积为________mL。
②下列关于250 mL容量瓶的操作,正确的是________。
(2)(2024·全国甲卷,节选)下图为“溶液配制”的部分过程,操作a应重复3次,目的是______________,定容后还需要的操作为___________________________________。
教考衔接 ②
(2023·广东卷,节选)盐酸浓度的测定,移取20.00 mL待测液,加入指示剂,用0.500 0 mol/L NaOH溶液滴定至终点,消耗NaOH溶液22.00 mL。
(1)上述滴定操作用到的仪器有________。
(2)该盐酸浓度为_______mol/L。
教考衔接 参考答案
教考衔接①
答案:(1)①5.0 ②C
(2)避免溶质损失 盖好瓶塞,反复上下颠倒、摇匀
教考衔接②
答案:(1)AD (2)0.550 0
解析:(1)滴定操作中,用到锥形瓶、碱式滴定管,不需要漏斗、分液漏斗。
(2)滴定过程中发生反应:NaOH+HCl===NaCl+H2O,则有n(NaOH)=n(HCl),代入数据:20.00 mL×c(HCl)=0.500 0 mol/L×22.00 mL,解得c(HCl)=0.550 0 mol/L。
[对应学生用书P11]
命题角度3 一定物质的量浓度溶液的配制及分析
[例3] (2022·全国乙卷,节选)由CuSO4·5H2O 配制 CuSO4溶液,下列仪器中不需要的是____________________(填仪器名称)。
答案:分液漏斗、球形冷凝管
解析:由CuSO4·5H2O 固体配制硫酸铜溶液,需用天平称量一定质量的CuSO4·5H2O 固体,将称量好的固体放入烧杯中,用量筒量取一定体积的水溶解CuSO4·5H2O,故用不到的仪器有分液漏斗和球形冷凝管。
练3 (2024·广东深圳一模)将18 mol/L H2SO4溶液配制为250 mL 1.0 mol/L硫酸。
(1)量取浓硫酸时,适宜的量筒规格为________(填标号)。
A.10 mL B.25 mL
C.50 mL D.100 mL
(2)配制溶液时,进行如下操作:溶解→冷却→操作ⅰ→洗涤→注入→混匀→定容→操作ⅱ→装瓶贴标签。下图________、________(填标号)所示操作依次为操作ⅰ、操作ⅱ。
答案:(1)B (2)b d
解析:(1)由稀释定律可知,配制250 mL 1.0 mol/L硫酸需要18 mol/L浓硫酸的体积为×103 mL/L≈13.9 mL,则量取浓硫酸的量筒规格为25 mL,故选B;
(2)配制250 mL 1.0 mol/L硫酸的操作步骤为溶解→冷却→移液→洗涤→注入→混匀→定容→摇匀→装瓶贴标签,由图可知,题给装置的操作分别为溶解、移液、注入、摇匀、混匀、定容,则操作ⅰ、操作ⅱ分别为b、d。
命题角度4 有关物质的量浓度的计算
[例4] (2022·海南卷)在2.8 g Fe中加入100 mL 3 mol/L HCl溶液,Fe完全溶解。NA代表阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是( )
A.反应转移电子为0.1 mol
B.HCl溶液中Cl-数为3NA
C.2.8 g 56Fe含有的中子数为1.3NA
D.反应生成标准状况下气体3.36 L
A 解析:Fe与HCl溶液发生反应:Fe+2HCl===FeCl2+H2↑,n(Fe)==0.05 mol,n(HCl)=0.1 L×3 mol/L=0.3 mol,而0.05 mol Fe完全反应需要0.1 mol HCl,故Fe不足量,按Fe进行计算。Fe→FeCl2,1 mol Fe反应时转移2 mol电子,则0.05 mol Fe反应转移电子为0.1 mol,A正确;HCl完全电离,则HCl溶液中Cl-数目为0.3NA,B错误;1个56Fe含有30个中子,2.8 g 56Fe为0.05 mol,则含有中子数为1.5NA,C错误;0.05 mol Fe完全反应生成0.05 mol H2,在标准状况下的体积为0.05 mol×22.4 L/mol=1.12 L,D错误。
练4 (2024·陕西西安模拟)某化学兴趣小组的同学在实验室配制480 mL 0.5 mol/L硫酸。回答下列问题:
(1)在配制溶液时不需要用到的下图仪器是________(填字母),配制上述溶液还缺少的玻璃仪器________(填仪器名称)。
(2)现用质量分数为98%、密度为1.84 g/cm3的浓硫酸来配制480 mL 0.5 mol/L硫酸。所需浓硫酸的体积为________mL(保留一位小数)。
(3)用配制好的0.5 mol/L的硫酸测定BaCl2溶液中Ba2+的物质的量浓度。取20 mL该BaCl2溶液,逐滴滴加0.5 mol/L的硫酸,当加入硫酸的体积为120 mL时Ba2+恰好完全沉淀,则该BaCl2溶液中Ba2+的物质的量浓度为________。
答案:(1)B 500 mL容量瓶 (2)13.6 (3)3 mol/L
解析:(1)配制一定物质的量浓度的溶液步骤,计算、量取、稀释、冷却、转移、洗涤、定容、摇匀,根据步骤,所给仪器中配制溶液时肯定不需要的是烧瓶,配制上述溶液还需用到的玻璃仪器是500 mL容量瓶。
(2)浓硫酸的物质的量浓度为c== mol/L=18.4 mol/L,根据“稀释定律”,稀释前后硫酸的物质的量不变,设需要浓硫酸的体积为V,则有18.4 mol/L×V×10-3 L/mL=0.5 L×0.5 mol/L,解得V≈13.6 mL。
(3)该反应的离子方程式为Ba2++SO===BaSO4↓,则有n(Ba2+)=n(SO)=0.5 mol/L×0.12 L=0.06 mol,故有c===3 mol/L。
解答物质的量浓度及溶液配制类题的方法
(1)仪器选择:依据实验操作顺序,结合关键实验步骤(称量→溶解→移液→洗涤→定容)选择所需仪器。
(2)误差分析:依据“c==”分析误差,定容前分析m对c的影响,定容时分析V对c的影响。
(3)浓度计算:分析题给物理量,选择合适计算依据,依据定义式、换算关系、稀释定律或守恒规律来计算物质的量浓度。
[对应学生用书P12]
1.(2024·河南省中原名校联盟联考)如图是配制一定物质的量浓度溶液的过程示意图。下列说法错误的是( )
A.配制100 mL 1.0 mol/L的Na2CO3溶液,操作1需要称量10.6 g Na2CO3固体
B.操作2是将恢复至室温的Na2CO3溶液转移到容量瓶中
C.操作4是滴加水至溶液凹液面的最低点与刻度线平齐
D.操作5中,定容摇匀后发现液面低于刻度线,要继续加水至液面与刻度线平齐
D 解析:配制100 mL 1.0 mol/L的Na2CO3溶液,需要溶质的物质的量n(Na2CO3)=1.0 mol/L×0.1 L=0.1 mol,则需称量其质量m(Na2CO3)=0.1 mol×106 g/mol=10.6 g,A正确;用容量瓶配制溶液要求使用温度是室温,则操作2是将恢复至室温的Na2CO3溶液转移到容量瓶中,B正确;操作4是定容,向容量瓶中加水至离刻度线1~2 cm时改用胶头滴管滴加水,直至溶液凹液面的最低点与刻度线平齐,C正确;操作5中,定容摇匀后发现液面低于刻度线,继续加水至液面与刻度线平齐,待颈部液体回流,溶液浓度偏低,D错误。
2.CaCl2溶液常用于治疗急性血钙过低症,已知质量分数为20%的CaCl2溶液密度为1.11 g/cm3,取此溶液10 mL,加水稀释至2 L。下列说法不正确的是(已知:质量浓度=)( )
A.稀释前CaCl2溶液的物质的量浓度为2 mol/L
B.稀释前10 mL CaCl2溶液中Cl-的物质的量为0.04 mol
C.稀释后Ca2+的质量浓度为40 mg/L
D.1 L稀释后的溶液中CaCl2的质量为1.11 g
C 解析:质量分数为20%的CaCl2溶液密度为1.11 g/cm3,则其物质的量浓度为c==mol/L=2 mol/L,A正确;稀释前10 mL CaCl2溶液中Cl-的物质的量为n=2 mol/L×0.01 L×2=0.04 mol,B正确;根据B项可知稀释前10 mL CaCl2溶液中Ca2+的物质的量为0.02 mol,则质量为0.02 mol×40 g/mol=0.8 g,故质量浓度为400 mg/L,C错误;稀释前10 mL CaCl2溶液中CaCl2的物质的量为0.02 mol,加水稀释至2 L,则1 L稀释后的溶液中CaCl2的物质的量为0.01 mol,其质量为0.01 mol×111 g/mol=1.11 g,D正确。
3.(2024·浙江省高中发展共同体联考)在0.1 L由NaCl、MgCl2、CaCl2组成的混合溶液中,部分离子浓度大小如下表所示,下列说法错误的是( )
离子
Na+
Mg2+
Cl-
物质的量浓度/(mol/L)
1
0.5
3
A.该混合液中溶质NaCl的质量为5.85 g
B.该混合液中溶质MgCl2的物质的量为0.05 mol
C.该混合液中CaCl2的物质的量浓度为1 mol/L
D.可选用1 000 mL容量瓶将0.1 L该混合液稀释至1 L
C 解析:由表可知,c(Na+)=1.0 mol/L,该混合液中,NaCl的质量为0.1 L×1.0 mol/L×58.5 g/mol=5.85 g,A正确;c(Mg2+)=0.5 mol/L,含溶质MgCl2的物质的量为0.1 L×0.5 mol/L=0.05 mol,B正确;氯化钠提供的氯离子的物质的量为0.1 mol,氯化镁提供的氯离子的物质的量为0.05 mol×2=0.1 mol,根据Cl-守恒,由CaCl2提供的n(Cl-)=0.3 mol-0.1 mol-0.1 mol=0.1 mol,则n(CaCl2)=0.05 mol,c(CaCl2)==0.5 mol/L,C错误;先将0.1 L该混合液于烧杯中,加水稀释并恢复至室温后,转移到1 000 mL容量瓶中定容后备用,D正确。
4.(2024·山东青岛一模)草酸晶体(H2C2O4·2H2O)用途广泛,易溶于水,其制备及纯度测定实验如下。
Ⅰ .制备
步骤1:将m g淀粉溶于水与少量硫酸加入反应器中,保持85~90 ℃约30 min,然后逐渐降温至60 ℃左右。
步骤2:控制反应温度在55~60 ℃条件下,边搅拌边缓慢滴加含有适量催化剂的混酸(65%硝酸与98%硫酸),主要反应为C6H12O6+12HNO3―→3H2C2O4+9NO2↑+3NO↑+9H2O。严格控制混酸的滴加速度,防止发生副反应。3 h左右,冷却,减压过滤得粗品,精制得草酸晶体m1 g。
Ⅱ .纯度测定
称取制得的草酸晶体m2 g,配成100.00 mL溶液。取出20.00 mL,用c mol/L酸性KMnO4标准溶液滴定,重复2~3次,滴定终点时,平均消耗标准溶液V mL。
对于上述实验,下列说法正确的是( )
A.65%浓硝酸(ρ=1.4 g/mL)的物质的量浓度约为13.6 mol/L
B.草酸晶体的产率为×100%
C.配制的草酸溶液的物质的量浓度为0.025cV mol/L
D.草酸晶体的纯度为×100%
D 解析:65%浓硝酸(ρ=1.4 g/mL)的物质的量浓度约为c== mol/L≈14.44 mol/L,A错误;根据关系式:(C6H10O5)n~nC6H12O6~3nH2C2O4·2H2O可得:=,则有x=,故草酸晶体的产率为×100%=×100%=×100%,B错误;根据得失电子守恒可得关系式:5H2C2O4~2KMnO4,则配制的草酸溶液物质的量浓度为 mol/L=0.125cV mol/L,C错误;草酸溶液的物质的量浓度为0.125cV mol/L,则草酸晶体的纯度为=×100%,D正确。
5.(高考题组合)下列说法不正确的是( )
①
②
③
④
A.(2023·重庆卷)图①转移溶液
B.(2023·浙江6月选考卷)图②操作俯视刻度线定容会导致所配溶液浓度偏大
C.(2023·江苏卷)图③收集Cl2
D.(2024·江苏卷)图④配制NaOH溶液
D 解析:图①转移溶液,用玻璃棒引流,A正确;配制一定物质的量浓度的溶液时,俯视刻度线定容会使溶液的体积偏小,导致所配溶液浓度偏大,B正确;氯气的密度大于空气的密度,故用向上排空气法收集Cl2,将Cl2从长导管通入集气瓶中,C正确;配制NaOH溶液,不能直接在容量瓶中溶解NaOH固体,D错误。
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