第11章 第2讲 组成和含量测定综合实验(教用Word)-【金榜题名】2026年高考化学一轮总复习

第二讲　组成和含量测定综合实验 高考目标定位　1.掌握物质组成或含量测定的一般方法。2.掌握定量测定实验的思维模型。3.能正确选用实验装置，掌握控制实验条件的方法。4.能预测或描述实验现象、分析或处理实验数据、得出合理结论。 考点　定量实验方法 1．重量分析法 (1)在重量分析中，一般首先采用适当的方法，使被测组分以单质或化合物的形式从试样中与其他组分分离。 (2)重量分析法不需要指示剂，实验的关键是准确判断反应是否完全，以及反应前后固体（或液体）质量的变化。 (3)重量分析法的过程包括分离和称量两个过程。根据分离的方法不同，重量分析法又可分为沉淀法、挥发法、萃取法等。 (4)计算方法 采用重量分析法进行定量计算时，可根据实验中发生反应的化学方程式或原子守恒确定相关物质之间的定量关系，再结合实验数据列出关系式，并进行相关计算。 2．滴定分析法 方法 滴定法 具体 阐释 包括酸碱中和滴定、沉淀滴定、氧化还原滴定等，主要是根据滴定过程中标准溶液的消耗量来计算待测溶液的浓度 续表 方法 滴定法 相关 仪器 注意 事项 (1)①中盛装酸性溶液或具有氧化性的溶液，如H2C2O4溶液、K2Cr2O7溶液等。②中盛装碱性溶液，因为酸性或氧化性溶液会腐蚀下端的橡胶管。 (2)“0”刻度在上面。 (3)用前需要检漏、润洗、除气泡。除气泡时先用标准溶液充满滴定管下端，然后，对于①，将滴定管稍稍倾斜，迅速打开活塞，气泡随溶液的流出而被排出，从而可使标准溶液充满滴定管尖嘴部分；对于②，使橡胶管向上弯曲，轻轻用手挤捏玻璃珠，使气泡随溶液的流出而被排出，从而可使标准溶液充满滴定管尖嘴部分 思考1　 实验室可用间接碘量法测定含少量KCl杂质的K2FeO4样品的纯度：称取0.150 0 g K2FeO4样品溶于碱性KI溶液中，调节pH使混合液充分反应。用0.100 0 mol·L-1的Na2S2O3标准溶液进行滴定，消耗Na2S2O3标准溶液25.00 mL。滴定时，发生反应的离子方程式：FeO＋4I－＋8H＋===Fe2+＋2I2＋4H2O；I2＋2S2O===S4O＋2I－，请计算K2FeO4样品的纯度：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________（写出计算过程）。 提示　根据FeO＋4I－＋8H＋===Fe2+＋2I2＋4H2O；I2＋2S2O===S4O＋2I－，得FeO～4I－～2I2～4S2O，n（S2O）＝0.100 0 mol/L×25.00×10-3 L＝2.5×10-3 mol，n（FeO）＝n（S2O）＝×2.5×10-3 mol＝6.25×10-4 mol，m(K2FeO4)＝6.25×10-4 mol×198 g/mol＝0.123 75 g，K2FeO4样品的纯度为×100%＝82.5%。 3．碘量法在氧化还原反应中的应用 I2可作氧化剂，能被Sn2+、H2S等还原剂还原，I－可作还原剂，能被IO、Cr2O、MnO等氧化剂氧化。 (1)直接碘量法是用碘标准液直接滴定还原性物质的方法，在滴定过程中，I2被还原为I－。 (2)间接碘量法（又称滴定碘法）是利用I－的还原性与氧化性物质反应产生I2，淀粉溶液遇I2显蓝色，再加入Na2S2O3标准溶液与I2反应，滴定终点的现象为滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液，溶液蓝色消失且半分钟内不变色，从而测出氧化性物质的含量。 4．气体体积法 (1)通过测量反应生成气体的体积进行定量分析的方法，实验的关键是准确测量生成气体的体积。 (2)测气体体积的方法分为直接测量法和间接测量法： 直接 测量法 将气体通入带有刻度的容器中，直接读取气体的体积。根据所用测量仪器的不同，直接测量法可分为倒置量筒法和滴定管法两种 间接 测量法 利用气体将液体（通常为水）排出，通过测量所排出液体的体积从而得到气体体积。常用的测量装置为用导管连接的装满液体的广口瓶和空量筒。排水法收集气体时，要保证“短进长出” 思考2　测定实验中“数据”的采集 (1)称量固体质量时，中学一般用托盘天平，可估读到　　　　 g，精确度要求高的实验中可以用分析天平或电子天平。 (2)测量液体体积时，一般实验中选用适当规格的量筒，可估读到　　　　 mL，准确度要求高的定量实验如中和滴定中选用滴定管，可估读到　　　　 mL。 (3)气体除了量取外，还可以称量。称气体的质量时一般有两种方法：一种方法是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； 另一种方法是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)用pH试纸（测得整数值）或pH计（精确到0.01）直接测出溶液的pH，经过计算可以得到溶液中H＋或OH－的物质的量浓度。 提示　(1)0.1　(2)0.1　0.01　(3)称反应装置在放出气体前后的质量减小值　称吸收装置前后的质量增大值 练一　物质含量的测定 1．（2025·重庆模拟）实验室制备三氯化六氨合钴(Ⅲ){[Co(NH3)6]Cl3 }的装置如图1所示。 实验步骤：在三颈烧瓶中加入活性炭（作催化剂）、CoCl2和NH4Cl混合溶液，滴入浓氨水，充分反应后，再滴入双氧水，且水浴控温在55 ℃左右，反应结束后，将反应混合物趁热过滤，待滤液冷却后加入适量浓盐酸，冰水冷却抽滤、乙醇洗涤、干燥，得到[Co(NH3)6]Cl3晶体。已知：[Co(NH3)6]2+具有CoCl2和NH4Cl较强还原性，Co2+不易被氧化，Ksp[Co(NH)2]＝6×10-15。 图1 图2 (1)仪器a的名称是　　　　　　 　，仪器c中无水CaCl2的作用是　　　　　　 　。 (2)先加入浓氨水的目的是　　　　　　 　，水浴控制温度为55 ℃的原因是　　　　　　 　。 (3)CoCl2制备[Co(NH3)6]Cl3的化学方程式为　　　　　　 　。 (4)为测定产品中钴的含量，进行下列实验： Ⅰ.称取4.0 g产品，加入足量NaOH溶液蒸出NH3，再加入稀硫酸，使[Co(NH3)6]Cl3全部转化为Co3+，然后将溶液配制成250 mL，取25.00 mL于锥形瓶，加入过量KI溶液（将Co3+还原成Co2+），用0.1000 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液13.10 mL。（已知2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI） Ⅱ.另取与步骤Ⅰ中等量的KI溶液于锥形瓶中，用上述标准溶液进行滴定，消耗Na2S2O3标准溶液1.10 mL。 ①样品中钴元素的质量分数为　　　　　　 　%。 ②若步骤Ⅱ滴定前读数准确，滴定后的俯视读数，测定结果将　　　　　　 　（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 答案　(1)恒压滴液漏斗　吸收挥发出的氨气，防止污染空气 (2)将Co2+转化为易被氧化的[Co(NH3)6]2+　温度过低反应速率慢，温度过高双氧水受热易分解 (3)2CoCl2＋10NH3·H2O＋H2O2＋2NH4Cl2[Co(NH3)6]Cl3＋12H2O (4)17.7　偏小 解析　(1)仪器a的名称是恒压滴液漏斗，仪器c中无水CaCl2的作用是吸收挥发出的氨气，防止污染空气。(2)由分析可知，先向氯化亚钴和氯化铵的混合溶液中加入氨水的目的是将溶液中的亚钴离子转化为易被氧化的[Co(NH3)6]2+离子，加入过氧化氢溶液氧化[Co(NH3)6]2+离子时，若反应温度过低，反应速率较慢，若反应温度过高，过氧化氢受热分解，所以需要控制水浴温度为55 ℃。(3)由图可知，制备三氯化六氨合钴(Ⅲ)的反应为氯化亚钴溶液与氯化铵溶液、氨水和过氧化氢溶液反应生成三氯化六氨合钴(Ⅲ)和水，反应的化学方程式为2CoCl2＋10NH3·H2O＋H2O2＋2NH4Cl2[Co(NH3)6]Cl3＋12H2O。(4)n(Co3+)＝2n(I2)＝2×n(Na2S2O3)，由步骤二可知KI消耗1.10 mL标准溶液，故钴离子消耗13.10 mL－1.10 mL＝12.00 mL标准溶液，样品中m(Co3+)＝12.00×10-3×0.1××59 g/mol＝0.7080 g，钴元素质量分数＝×100%＝17.7%；若俯视读数，读数偏大，使得计算时钴离子消耗的体积偏小，故测定结果将偏小。 练二　物质组成的测定 2．已知青蒿素是一种仅含有C、H、O三种元素的化合物，为进一步确定其化学式，进行了如下实验： 实验步骤： ①连接装置，检查装置气密性； ②称量E、F中仪器及药品的质量； ③取14.10 g青蒿素放入C的硬质玻璃管中，点燃C、D中的酒精灯加热，充分反应； ④实验结束后冷却至室温，称量反应后E、F中仪器及药品的质量。 (1)装置E、F应分别装入的药品为　　　　　、　　　　。 (2)实验测得： 装置 实验前 实验后 E 24.00 g 33.90 g F 100.00 g 133.00 g 通过质谱法测得青蒿素的相对分子质量为282，结合上述数据，得出青蒿素的分子式为　　　　　　　　　　　　　。 (3)若使用上述方法会产生较大实验误差，你的改进方法是　　　　。 答案　(1)无水氯化钙/五氧化二磷　碱石灰 (2)C15H22O5 (3)在装置C的左侧增加除去空气中二氧化碳、水蒸气的除杂装置，同时在装置F右侧增加防止空气中二氧化碳、水蒸气进入装置F的装置 解析　(1)装置E、F中药剂要吸收青蒿素燃烧产生的水蒸气和CO2，由于要先吸收水蒸气，且不能吸收同时存在的CO2，并且因为使用U形管，只能选择固体药剂，所以E中可以选择加装无水氯化钙或五氧化二磷，F中选择碱石灰用以吸收CO2，所以本问第一空第二空分别应填“无水氯化钙或五氧化二磷”、“碱石灰”；(2)通过测定水蒸气的质量，从而推算出H元素的质量及物质的量，通过测定CO2质量，从而推算出C元素质量及物质的量，再利用青蒿素质量与C、H元素的质量差确定O元素质量，并算出O元素的物质的量，最后计算取样青蒿素的物质的量，进行比例计算推算出青蒿素分子与其所含C、H、O原子的个数比以确定青蒿素分子式；mH＝mH2O×＝(33.90 g－24.00 g)×＝1.10 g，nH＝＝＝1.1 mol，mC－mCO2×＝(133.00 g－100.00 g)×＝9.00 g，nC＝＝＝0.75 mol，mO＝m青－mC－mH＝14.10 g－9.00 g－1.10 g＝4.00 g，nO＝＝＝0.25 mol，n青＝＝＝0.05 mol，则n青∶nC∶nH∶nO＝0.05 mol∶0.75 mol∶1.1 mol∶0.25 mol＝1∶15∶22∶5，所以青蒿素的分子式本问应填“C15H22O5”；(3)反应装置空气未经净化通入，会有空气中的水蒸气及CO2混入青蒿素燃烧产物，从而干扰定量实验准确性，另实验装置末尾未加装一干燥装置，这样外界水蒸气和CO2有可能进入F装置被碱石灰吸收，从而影响实验中CO2的测定准确性，所以本问应填“在装置C的左侧增加除去空气中二氧化碳、水蒸气的除杂装置，同时在装置F右侧增加防止空气中二氧化碳、水蒸气进入装置F的装置”。 【题后归纳】　定量实验的解题流程 1．（2023·全国乙卷）元素分析是有机化合物的表征手段之一。按下图实验装置（部分装置略）对有机化合物进行C、H元素分析。 回答下列问题： (1)将装有样品的Pt坩埚和CuO放入石英管中，先　　　　　，而后将已称重的U型管c、d与石英管连接，检查　　　　　。依次点燃煤气灯　　　　　，进行实验。 (2)O2的作用有　　　　　　。CuO的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　（举1例，用化学方程式表示）。 (3)c和d中的试剂分别是　　　　、　　　　　（填标号）。c和d中的试剂不可调换，理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 A．CaCl2 B．NaCl C．碱石灰(CaO＋NaOH) D．Na2SO3 (4)Pt坩埚中样品CxHyOz反应完全后，应进行操作：　　　　　　　　　　　　　。取下c和d管称重。 (5)若样品CxHyOz为0.0236 g，实验结束后，c管增重0.0108 g，d管增重0.0352 g。质谱测得该有机物的相对分子量为118，其分子式为　　　　　　　　　　　。 答案　(1)通入一定的O2　装置气密性　b、a (2)为实验提供氧化剂、提供气流保证反应产物完全进入到U型管中　CO＋CuOCu＋CO2 (3)A　C　碱石灰可以同时吸收水蒸气和二氧化碳 (4)继续吹入一定量的O2，冷却装置 (5)C4H6O4 解析　利用如图所示的装置测定有机物中C、H两种元素的含量，这是一种经典的李比希元素测定法，将样品装入Pt坩埚中，后面放置一CuO做催化剂，用于催化前置坩埚中反应不完全的物质，后续将产物吹入道两U型管中，称量两U型管的增重计算有机物中C、H两种元素的含量，结合其他技术手段，从而得到有机物的分子式。(1)实验前，应先通入一定的O2吹空石英管中的杂质气体，保证没有其他产物生成，而后将已U型管c、d与石英管连接，检查装置气密性，随后先点燃b处酒精灯后点燃a处酒精灯，保证当a处发生反应时产生的CO能被CuO反应生成CO2；(2)实验中O2的作用有：为实验提供氧化剂、提供气流保证反应产物完全进入到U型管中；CuO的作用是催化a处产生的CO，使CO反应为CO2，反应方程式为CO＋CuOCu＋CO2；(3)有机物燃烧后生成的CO2和H2O分别用碱石灰和无水CaCl2吸收，其中c管装有无水CaCl2，d管装有碱石灰，二者不可调换，因为碱石灰能同时吸收水蒸气和二氧化碳，影响最后分子式的确定；(4)反应完全以后应继续吹入一定量的O2，保证石英管中的气体产物完全吹入两U型管中，使装置冷却；(5)c管装有无水CaCl2，用来吸收生成的水蒸气，则增重量为水蒸气的质量，由此可以得到有机物中H元素的物质的量n(H)＝＝＝0.0012 mol；d管装有碱石灰，用来吸收生成的CO2，则增重量为CO2的质量，由此可以得到有机物中C元素的物质的量n(C)＝＝＝0.0008 mol；有机物中O元素的物质的量为0.0128 g，其物质的量n(O)＝＝＝0.0008 mol；该有机物中C、H、O三种元素的原子个数比为0.0008∶0.0012∶0.0008＝2∶3∶2；质谱测得该有机物的相对分子质量为118，则其化学式为C4H6O4。 2．（2024·山东高考）利用“燃烧—碘酸钾滴定法”测定钢铁中硫含量的实验装置如下图所示（夹持装置略）。 实验过程如下： ①加样，将a mg样品加入管式炉内瓷舟中（瓷舟两端带有气孔且有盖），聚四氟乙烯活塞滴定管G内预装c(KIO3)：c(KI)略小于1∶5的KIO3碱性标准溶液，吸收管F内盛有盐酸酸化的淀粉水溶液。向F内滴入适量KIO3碱性标准溶液，发生反应：KIO3＋5KI＋6HCl===3I2＋6KCl＋3H2O，使溶液显浅蓝色。 ②燃烧：按一定流速通入O2，一段时间后，加热并使样品燃烧。 ③滴定：当F内溶液浅蓝色消退时（发生反应：SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI），立即用KIO3碱性标准溶液滴定至浅蓝色复现。随SO2不断进入F，滴定过程中溶液颜色“消退－变蓝”不断变换，直至终点。 回答下列问题： (1)取20.00 mL 0.1000 mol·L-1KIO3的碱性溶液和一定量的KI固体，配制1000 mL KIO3碱性标准溶液，下列仪器必须用到的是　　　　（填标号）。 A．玻璃棒 B．1000 mL锥形瓶 C．500 mL容量瓶 D．胶头滴管 (2)装置B和C的作用是充分干燥O2，B中的试剂为　　　　。装置F中通气管末端多孔玻璃泡内置一密度小于水的磨砂浮子（见放大图），目的是　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)该滴定实验达终点的现象是　　　　；滴定消耗KIO3碱性标准溶液V mL，样品中硫的质量分数是　　　　（用代数式表示）。 (4)若装置D中瓷舟未加盖，会因燃烧时产生粉尘而促进SO3的生成，粉尘在该过程中的作用是　　　　　　　　　　　　；若装置E冷却气体不充分，可能导致测定结果偏大，原因是　　　　　　　　　　　　　　；若滴定过程中，有少量IO不经I2直接将SO2氧化成H2SO4，测定结果会　　　　（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 答案　(1)AD　(2)①浓硫酸　②防止倒吸 (3)①当加入最后半滴KIO3碱性标准溶液后，溶液由无色突变为蓝色且30 s内不变色　②% (4)①催化剂　②通入F的气体温度过高，导致部分I2升华，从而消耗更多的KIO3碱性标准溶液　③不变 解析　由题中信息可知，利用“燃烧—碘酸钾滴定法”测定钢铁中硫含量的实验中，将氧气经干燥、净化后通入管式炉中将钢铁中硫氧化为SO2，然后将生成的SO2导入碘液中吸收，通过消耗KIO3碱性标准溶液的体积来测定钢铁中硫的含量。(1)取20.00 mL 0.1000 mol·L-1 KIO3的碱性溶液和一定量的KI固体，配制1000 mL KIO3碱性标准溶液（稀释了50倍后KIO3的浓度为0.0020000 mol·L-1），需要用碱式滴定管或移液管量取20.00 mL 0.1000 mol·L-1 KIO3的碱性溶液，需要用一定精确度的天平称量一定质量的KI固体，需要在烧杯中溶解KI固体，溶解时要用到玻璃棒搅拌，需要用 1000 mL容量瓶配制标准溶液，需要用胶头滴管定容，因此，下列仪器必须用到的是AD。(2)装置B和C的作用是充分干燥O2，浓硫酸具有吸水性，常用于干燥某些气体，因此B中的试剂为浓硫酸。装置F中通气管末端多孔玻璃泡内置一密度小于水的磨砂浮子，其目的是防止倒吸，因为磨砂浮子的密度小于水，若球泡内水面上升，磨砂浮子也随之上升，磨砂浮子可以作为一个磨砂玻璃塞将导气管的出气口堵塞上，从而防止倒吸。(3)该滴定实验是利用过量的半滴标准溶液来指示滴定终点的，因此，该滴定实验达终点的现象是当加入最后半滴KIO3碱性标准溶液后，溶液由无色突变为蓝色且30 s内不变色；由S元素守恒及SO2＋I2＋2H2O===H2SO4＋2HI、KIO3＋5KI＋6HCl===3I2＋6KCl＋3H2O可得关系式3S～3SO2～3I2～KIO3，若滴定消耗KIO3碱性标准溶液V mL，则n(KIO3)＝V×10-3 L×0.0020000 mol·L-1＝2.0000×10-6V mol，n(S)＝3n(KIO3)＝3×2.0000×10-6V mol＝6.0000×10-6V mol，样品中硫的质量分数是×100%＝%。(4)若装置D中瓷舟未加盖，燃烧时产生粉尘中含有铁的氧化物，铁的氧化物能催化SO2的氧化反应从而促进SO3的生成，因此，粉尘在该过程中的作用是催化剂；若装置E冷却气体不充分，则通入F的气体温度过高，可能导致部分I2升华，这样就要消耗更多KIO3碱性标准溶液，从而可能导致测定结果偏大；若滴定过程中，有少量IO不经I2直接将SO2氧化成H2SO4，从电子转移守恒的角度分析，IO得到6e－被还原为I－，仍能得到关系式3S～3SO2～KIO3，测定结果会不变。 学科网（北京）股份有限公司 $$