第11单元 第47讲 定量综合实验分析(Word学案)-【高考快车道】2026年高考化学大一轮专题复习总复习

第47讲　定量综合实验分析 　能观察并如实记录实验现象和数据,进行分析和推理,得出合理的结论。理解依据研究目的设计方案、基于证据进行分析和推理对于科学探究的重要性。 考点一　物质组成定量实验分析 1.定量实验数据的测定方法 2.确定物质组成的注意事项 (1)测定实验中要有消除干扰气体的意识 如用惰性气体将干扰气体排出,或用溶液吸收干扰气体等。 (2)测定实验中要有被测量气体全部被测量的意识 如可采取反应结束后继续向装置中通入惰性气体以使被测量气体全部被吸收剂吸收的方法。 (3)测定实验中要有“数据”的采集处理意识 ①称量固体质量时,中学一般用托盘天平,可估读到0.1 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0.1 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0.01 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:一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小值;另一种方法是称吸收装置前后的质量增大值。 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。 ⑤为了数据的准确性,要进行平行实验,重复测定。如中和滴定实验中要平行做2~3次滴定实验,求算未知溶液的浓度再取平均值,但对于“离群”数据(指与其他数据有很大差异的数据)要舍弃,因为数据“离群”的原因可能是操作中出现了较大的误差。 题组　物质组成的测定 1.[2024·河北石家庄精英中学模拟] 硫酸铜晶体(CuSO4·xH2O)是一种蓝色晶体,具有催吐、去腐的功效。某化学兴趣小组设计实验测定结晶水的含量,并用热重分析法确定固体组分。 方法Ⅰ:沉淀法 实验步骤:①称取m g硫酸铜晶体,用适量蒸馏水溶解,再滴加几滴A酸酸化; ②向①所得溶液中滴加足量BaCl2溶液,得到白色沉淀,将所得沉淀过滤、洗涤; ③将洗涤后的沉淀充分干燥后称得其质量为n g。 (1)步骤①“A酸”选择稀盐酸而不选择稀硫酸的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)根据上述实验数据可得x=　　　　(用含m、n的代数式表示)。  方法Ⅱ:加热法 (3)实验步骤:①研磨;②称量空坩埚和装有试样的坩埚的质量;③加热;④冷却;⑤称量;⑥重复③至⑤的操作,直到连续两次称量的质量差不超过0.01 g为止;⑦根据实验数据计算硫酸铜结晶水的含量。步骤④冷却过程中需要用到的仪器为　　　　(填选项字母)。  A.干燥器 B.研钵 C.烧杯 D.蒸发皿 (4)取5.00 g CuSO4·5H2O样品,受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示: a点对应物质的化学式为　　　　　　　,258 ℃时反应的化学方程式为　 。  2.[2024·湖北T8联盟联考] 某浅绿色晶体X[x(NH4)2SO4·yFeSO4·zH2O]在分析化学中常用作还原剂。为确定其组成,某小组同学进行如下实验: Ⅰ.N含量的测定 采用蒸馏法,蒸馏的装置如图所示。 相关的实验步骤如下: ①准确称取58.80 g晶体X,加水溶解后,将溶液注入三颈烧瓶中; ②准确量取50.00 mL 3.03 mol·L-1 H2SO4溶液于锥形瓶中; ③向三颈烧瓶中加入足量NaOH溶液,通入氮气,加热,蒸氨结束后取下锥形瓶; ④用0.120 mol·L-1的NaOH标准溶液滴定锥形瓶中过量的硫酸,滴定终点时消耗25.00 mL NaOH标准溶液。 (1)仪器M的名称为　　　　　。  (2)步骤③中,发生的氧化还原反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,蒸氨结束后,为了减少实验误差,还需要对直形冷凝管进行“处理”,“处理”的操作方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)步骤④中,若振荡时锥形瓶中有液体溅出,则所测得的n(N)的值将　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  Ⅱ.S含量的测定 采用重量分析法,实验步骤如下: ①另准确称取58.80 g晶体X于烧杯中,加水溶解,边搅拌边加入过量的BaCl2溶液; ②将得到的溶液用无灰滤纸(灰分质量很小,可忽略)过滤,洗涤沉淀3~4次; ③用滤纸包裹好沉淀取出,灼烧滤纸包至滤纸完全灰化; ④继续灼烧沉淀至恒重,称量,得沉淀质量为69.90 g。 (4)步骤②中,采用冷水洗涤沉淀,其主要目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (5)结合实验Ⅰ、Ⅱ通过计算得出晶体X的化学式为　　　　　　　　　　　　。  考点二　物质含量定量实验分析 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 (1)滴定分析法是将已知准确浓度的标准溶液,滴加到待测溶液中(或者将待测溶液滴加到标准溶液中),直到所加的标准溶液与待测溶液按化学计量关系定量反应完全为止,然后测量标准溶液消耗的体积,根据标准溶液的浓度和所消耗的体积,计算出待测物质的含量。 (2)实验的关键是准确量取待测溶液,根据指示剂的颜色变化确定滴定终点。 (3)根据标准溶液和待测溶液间反应类型的不同,可将滴定分析法分为四大类:中和滴定、氧化还原滴定、络合滴定和沉淀滴定。 3.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” 题组　物质含量的测定 1.[2025·黑龙江哈九中检测] 无水亚硫酸钠(Na2SO3)广泛应用于电化学工业中阳极泥贵金属的提炼。但久置的无水Na2SO3容易氧化变质,其纯度的测定方法有多种,现列出如下几种常见的方法: Ⅰ.固体质量分析法:取久置的无水Na2SO3固体样品m g于试管中加水溶解,向试管中滴入过量的BaCl2溶液,再经过滤、洗涤、干燥、称量,得到固体n g,经分析计算即可得到Na2SO3纯度。 (1)请用化学方程式表示Na2SO3变质的主要原因:　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)确认BaCl2溶液已经过量的实验操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  Ⅱ.气体体积分析法: ①按图组装好装置(夹持装置已略),检验气密性后加入m g样品。 ②调整A与量气管液面相平,读量气管中液体体积为V1 mL。 ③打开恒压滴液漏斗下端的活塞,加入过量的V2 mL稀硫酸,让其充分反应。 ④恢复至原温度并调整量气管液面,读量气管中液体体积为V3 mL(已知V3<V1)。 请回答下列问题: (3)A的仪器名称为　　　　。  (4)与普通的分液漏斗相比,恒压滴液漏斗在该实验中的优点是　　　　(选填“A、B、C、D”)。  A.可以起到冷凝回流的作用 B.方便检验装置的气密性 C.使漏斗中液体顺利流下 D.减小加入液体体积对测量气体体积的误差 (5)该实验条件为标准状况,则测得SO2的物质的量为　　　　　mol(选择合适的字母符号来表示)。  Ⅲ.滴定法: ①称取2.10 g样品于锥形瓶中,加入0.500 mol·L-1酸性KMnO4溶液20.00 mL,塞紧塞子,振荡让其充分反应。 ②用1.000 mol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2溶液滴定过量的酸性KMnO4溶液。 ③重复①②两组实验三次,平均消耗(NH4)2Fe(SO4)2溶液30.00 mL。 请回答下列问题: (6)第②步中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (7)该无水Na2SO3样品的纯度(质量百分数)为　　(保留到小数点后两位)。  2.[2025·湖南长沙雅礼中学检测] 磷化铝(AlP)通常可作为一种广谱性熏蒸杀虫剂,粮食仓储常用磷化铝熏蒸杀虫,某化学兴趣小组的同学用下述方法测定粮食中残留磷化铝的含量。C中加入100 g原粮,E中加入20.00 mL 1.50×10-3 mol·L-1的KMnO4溶液(H2SO4酸化)。往C中加入足量水,充分反应后,用亚硫酸钠标准溶液滴定E中过量的KMnO4溶液。 已知:①AlP吸水后会立即产生高毒性PH3气体(沸点-89.7 ℃,还原性强); ②焦性没食子酸的碱性溶液具有还原性。 回答下列问题: (1)装置A中盛装KMnO4溶液的作用是除去空气中的还原性气体。装置B中盛有焦性没食子酸的碱性溶液,其作用是　　　　　　　　　　　　　。  (2)装置C中反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。  (3)C中反应完全后继续通入空气的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)装置E中PH3被氧化成磷酸,则E中发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (5)收集装置E中吸收液,加水稀释至250 mL,取25.00 mL于锥形瓶中,用4.0×10-4 mol·L-1的Na2SO3标准溶液滴定剩余的KMnO4溶液,滴定终点时消耗Na2SO3溶液的体积为15.00 mL。 ①该原粮中磷化铝的含量为　　　　mg·kg-1。  ②若滴定过程中不慎将锥形瓶中部分液体外溅,则会导致测定出粮食中磷化铝的残留量　　　　(填“偏高”或“偏低”)。  经典真题·明考向 1.[2023·辽宁卷节选] 硫酸工业在国民经济中占有重要地位。我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析,该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况,数值已省略)如下图所示。700 ℃左右有两个吸热峰,则此时分解生成的氧化物有SO2、　　 　和　 　　(填化学式)。  2.[2024·安徽卷] 测定铁矿石中铁含量的传统方法是SnCl2-HgCl2-K2Cr2O7滴定法。研究小组用该方法测定质量为a g的某赤铁矿试样中的铁含量。 【配制溶液】 ①c mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液。 ②SnCl2溶液:称取6 g SnCl2·2H2O溶于20 mL浓盐酸,加水至100 mL,加入少量锡粒。 【测定含量】按下图所示(加热装置略去)操作步骤进行实验。 已知:氯化铁受热易升华;室温时HgCl2可将Sn2+氧化为Sn4+,难以氧化Fe2+;Cr2可被Fe2+还原为Cr3+。 回答下列问题: (1)下列仪器在本实验中必须用到的有　　　　　　　　　　(填名称)。  (2)结合离子方程式解释配制SnCl2溶液时加入锡粒的原因:  　。  (3)步骤Ⅰ中“微热”的原因是 　　　　 　　　　　　。  (4)步骤Ⅲ中,若未“立即滴定”,则会导致测定的铁含量　　　　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。  (5)若消耗c mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液V mL,则a g试样中Fe的质量分数为　　　　　　　　　(用含a、c、V的代数式表示)。  (6)SnCl2-TiCl3-KMnO4滴定法也可测定铁的含量,其主要原理是利用SnCl2和TiCl3将铁矿石试样中Fe3+还原为Fe2+,再用KMnO4标准溶液滴定。 ①从环保角度分析,该方法相比于SnCl2-HgCl2-K2Cr2O7滴定法的优点是  　。  ②为探究KMnO4溶液滴定时,Cl-在不同酸度下对Fe2+测定结果的影响,分别向下列溶液中加入1滴0.1 mol·L-1 KMnO4溶液,现象如下表: 溶液 现象 空白 实验 　2 mL 0.3 mol·L-1 NaCl溶液+0.5 mL试剂X 紫红色不褪去 实验ⅰ 　2 mL 0.3 mol·L-1 NaCl溶液+0.5 mL 0.1 mol·L-1硫酸 紫红色不褪去 实验ⅱ 　2 mL 0.3 mol·L-1 NaCl溶液+0.5 mL 6 mol·L-1硫酸 紫红色 明显变浅 表中试剂X为　　　　;根据该实验可得出的结论是  　。  学科网（北京）股份有限公司 $ 第47讲　定量综合实验分析 考点一 ● 提升关键能力 题组 1.(1)防止引入S造成BaSO4沉淀质量增大 (2)　(3)A (4)CuSO4·3H2O　CuSO4·H2OCuSO4+H2O [解析] 测定硫酸铜晶体(CuSO4·xH2O)结晶水的含量,沉淀法是将S沉淀,通过测量沉淀质量,确定硫酸铜的质量,反推含有结晶水的含量;加热法是将结晶水去掉,通过剩余固体的质量与原固体的质量差,确定结晶水的含量。(1)沉淀法是将S用Ba2+沉淀,步骤①选择稀盐酸而不选择稀硫酸的原因是防止引入硫酸根离子造成BaSO4沉淀质量增大。(2)根据元素守恒,生成的BaSO4沉淀中n(S)与硫酸铜晶体中n(S)相同,所以n(CuSO4·xH2O)== mol,m(CuSO4·xH2O)= mol×(160+18x) g·mol-1=m g,所以x=。(3)为减小误差,直到连续两次称量的质量差不超过0.01 g为止;在冷却过程中,为防止硫酸铜粉末吸收空气中的水蒸气,需用干燥器,故选A。(4)5.00 g CuSO4·5H2O的物质的量为0.02 mol,含有结晶水的物质的量n=0.02 mol×5=0.1 mol,a点时固体质量为4.28 g,失水质量为5.00 g-4.28 g=0.72 g,失水物质的量为0.04 mol,则剩余结晶水的物质的量为0.06 mol,含有结晶水的个数为0.06 mol÷0.02 mol=3,所以a点物质的化学式为CuSO4·3H2O;到b点时,质量减少5.00 g-3.56 g=1.44 g,失水物质的量为0.08 mol,则剩余结晶水的物质的量为0.02 mol,含有结晶水的个数为0.02 mol÷0.02 mol=1,所以b点物质的化学式为CuSO4·H2O,到c点时,质量减少5.00 g-3.20 g=1.80 g,失去全部结晶水,故258 ℃时发生反应的化学方程式为CuSO4·H2OCuSO4+H2O。 2.(1)分液漏斗 (2)4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3　用蒸馏水冲洗冷凝管内通道2~3次,将洗涤液注入锥形瓶中 (3)偏大 (4)尽可能减少沉淀的溶解损失,减小实验误差 (5)(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O [解析] (3)步骤④中,若振荡时锥形瓶中有液体溅出,消耗NaOH的量减少,则锥形瓶内溶液中剩余硫酸的量减少,计算中与氨气反应的硫酸的量增多,造成所测n(N)的值偏大。(5)过量的H+的物质的量为0.120 mol·L-1×0.025 L=0.003 mol,与NH3反应的H+的物质的量为3.03 mol·L-1×0.05 L×2-0.003 mol=0.3 mol,即n(N)=0.3 mol; 69.90 g沉淀为BaSO4的质量,则n(S)==0.3 mol;利用电荷守恒:n(N)+2n(Fe2+)=2n(S),得n(Fe2+)=0.15 mol;再利用质量守恒得m(H2O)=58.80 g-m(N)-m(S)-m(Fe2+)=16.2 g,则n(H2O)= 0.9 mol,故n(N)∶n(Fe2+)∶n(S)∶n(H2O)=2∶1∶2∶6,晶体X的化学式为(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O。 考点二 ● 提升关键能力 题组 1.(1)2Na2SO3+O22Na2SO4 (2)向上层清液中继续滴加BaCl2溶液,无白色沉淀生成,说明BaCl2溶液已经过量 (3)储液瓶　(4)CD (5) (6)5Fe2++Mn+8H+5Fe3++Mn2++4H2O (7)60% [解析] (1)亚硫酸钠具有还原性,能与空气中的氧气反应生成硫酸钠而变质,反应的化学方程式为2Na2SO3+O22Na2SO4。(3)由实验装置图可知,仪器A的名称为储液瓶。(4)恒压滴液漏斗因为有玻璃管连通抽滤瓶和漏斗,能使体系压强保持恒定,便于漏斗中的液体顺利滴下,在测量气体体积时,恒压滴液漏斗因为连通漏斗和抽滤瓶,可以减小加入液体体积对测量气体体积的误差,故选CD。(5)由题意可知,反应生成二氧化硫的体积为(V1-V3) mL,则标准状况下二氧化硫的物质的量为= mol。(6)由题意可知,第②步中发生的反应为酸性溶液中亚铁离子与高锰酸根离子反应生成铁离子、锰离子和水,反应的离子方程式为5Fe2++Mn+8H+5Fe3++Mn2++4H2O。(7)由题意可知,滴定消耗30.00 mL 1.000 mol·L-1硫酸亚铁铵溶液,由方程式可知,过量高锰酸根离子的物质的量为1.000 mol·L-1×0.03 L×=0.006 mol,由得失电子数目守恒可知,样品中亚硫酸钠的物质的量为(0.500 mol·L-1×0.02 L-0.006 mol)×=0.01 mol,则样品的纯度为×100%=60%。 2.(1)吸收空气中的O2 (2)AlP+3H2OAl(OH)3+PH3↑ (3)保证生成的PH3全部被酸性KMnO4溶液吸收 (4)5PH3+24H++8Mn5H3PO4+8Mn2++12H2O (5)①2.175　②偏高 [解析] (1)装置A中盛装KMnO4溶液的作用是除去空气中的还原性气体。装置B中盛有焦性没食子酸的碱性溶液,其作用是吸收空气中的O2。(3)C中反应完全后继续通入空气的作用是保证装置C中生成的PH3全部被酸性KMnO4溶液吸收。(5)①原装置E中含有KMnO4的物质的量n(KMnO4)=1.50×10-3 mol·L-1×0.02 L=3.0×10-5 mol。反应后的溶液加水稀释至250 mL,取25.00 mL反应后的稀释液用4.0×10-4 mol·L-1的Na2SO3标准溶液滴定剩余的KMnO4溶液,滴定终点时消耗Na2SO3溶液的体积为15.00 mL,消耗的Na2SO3的物质的量n(Na2SO3)=4.0×10-4 mol·L-1×0.015 L=6.0×10-6 mol。根据得失电子守恒可知:5n(KMnO4)=2n(Na2SO3)总+8n(PH3),5×3.0×10-5 mol=2×6.0×10-6 mol×+8n(PH3),解得n(PH3)= ×10-5 mol,根据P元素守恒,可知在100 g原粮中含有AlP的物质的量是n(AlP)=n(PH3)=×10-5 mol,其质量为m(AlP)=×10-5 mol×58 g·mol-1=2.175×10-4 g,故该原粮中磷化铝的含量为=2.175 mg·kg-1。②若滴定过程中不慎将锥形瓶中部分液体外溅,则反应消耗Na2SO3溶液体积偏少,误认为AlP反应产生的PH3消耗KMnO4就会偏多,因此会导致测定出粮食中磷化铝的残留量偏高。 经典真题·明考向 1.CuO　SO3 [解析] CuSO4·5H2O中w(H2O)=×100%=36%,从开始到约220 ℃,固体质量减少量占原固体质量的比例为×100%=36%,此时剩余固体为CuSO4,之后CuSO4发生热分解反应,从TG图像可以看出,到约800 ℃时质量减少量为原CuSO4质量的一半,说明有固体CuO剩余,在700 ℃左右有两个吸热峰,说明有两个反应发生,此时气体产物为SO2、SO3、O2,固体产物为CuO。 2.(1)容量瓶、量筒 (2)Sn2+易被空气氧化为Sn4+,离子方程式为2Sn2++O2+4H+2Sn4++2H2O,加入锡粒,发生反应Sn4++Sn2Sn2+,可防止Sn2+被氧化 (3)加快反应速率,促进样品溶解 (4)偏小　(5)% (6)①不会生成易挥发且有毒的Hg,更安全,对环境更友好　②蒸馏水　酸性越强,KMnO4的氧化性越强,Cl-被KMnO4氧化的可能性越大,对Fe2+测定结果造成干扰的可能性越大,因此在KMnO4标准溶液进行滴定时,要控制溶液的pH [解析] 浓盐酸与试样反应,使得试样中Fe元素以离子形式存在,滴加稍过量的SnCl2溶液使Fe3+被还原为Fe2+,冷却后滴加HgCl2饱和溶液,将多余的Sn2+氧化为Sn4+,加入硫酸和磷酸混合液后,滴加指示剂,用K2Cr2O7标准溶液进行滴定,将Fe2+氧化为Fe3+,离子方程式为6Fe2++Cr2+14H+2Cr3++6Fe3++7H2O。 (1)配制SnCl2溶液需要用到容量瓶和量筒等,滴定需要用酸式滴定管盛装具有氧化性的K2Cr2O7溶液,但题图中给出的为碱式滴定管,因此所给仪器中,本实验必须用到容量瓶、量筒。 (2)Sn2+易水解,先用浓盐酸溶解SnCl2·2H2O,Sn2+易被空气氧化为Sn4+,离子方程式为2Sn2++O2+4H+2Sn4++2H2O,加入锡粒,发生反应Sn4++Sn2Sn2+,可防止Sn2+被氧化。 (3)步骤Ⅰ中“微热”,温度升高,加快样品的溶解速率。 (4)步骤Ⅲ中,若未“立即滴定”,Fe2+易被空气中的O2氧化为Fe3+,使消耗的K2Cr2O7标准溶液体积偏小,导致测定的铁含量偏小。 (5)根据方程式6Fe2++Cr2+14H+2Cr3++6Fe3++7H2O可得,n(Fe2+)=6×n(Cr2)=6×10-3cV mol,a g试样中Fe元素的质量为6×10-3cV mol×56 g·mol-1=0.336cV g,质量分数为×100%=%。 (6)①SnCl2-HgCl2-K2Cr2O7方法中,HgCl2氧化Sn2+的离子方程式为Hg2++Sn2+Sn4++Hg,生成的Hg易挥发且有剧毒,因此SnCl2-TiCl3-KMnO4相比于SnCl2-HgCl2-K2Cr2O7的优点是更安全,对环境更友好。②对比实验ⅰ、ⅱ,空白试验中试剂X为蒸馏水;由表格实验可知,酸性越强,KMnO4的氧化性越强,Cl-被KMnO4氧化的可能性越大,对Fe2+测定结果造成干扰的可能性越大,因此在KMnO4标准溶液进行滴定时,要控制溶液的pH。 学科网（北京）股份有限公司 $