第12章 第63讲 以物质含量或组成测定为主的综合实验(教师用书word)-【金版新学案】2026年新高考化学高三总复习大一轮复习(单选)

2025-12-11
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摘要:

该高中化学讲义聚焦物质含量与组成测定的综合实验,系统整合重量分析法、滴定分析法、气体体积法等核心考点,按“含量测定”“组成测定”分类构建知识体系,结合高考真题案例梳理方法原理与注意事项。通过考点精讲、误差分析指导、真题演练三步教学,帮助学生建立定量实验思维模型,突破实验设计与数据处理难点。 资料突出科学思维与科学探究素养培养,如通过分析实验装置气密性检查、数据误差来源等训练证据推理能力,设计“测定过氧化钠纯度”“探究铁硫化物组成”等真实情境实验活动。设置基础巩固与高考真题分层练习,配合详细解析,确保高效复习,助力学生提升实验综合应用能力,为教师把控复习节奏提供清晰教学路径。

内容正文:

第63讲 以物质含量或组成测定为主的综合实验 【复习目标】 1.掌握物质含量或组成测定的一般方法。2.掌握定量测定实验的思维模型。 类型一 物质含量的测定 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” 1.(2025·山东新泰检测)过氧化钠常作漂白剂、杀菌剂、消毒剂。过氧化钠保存不当容易吸收空气中CO2而变质。某课外活动小组为了粗略测定过氧化钠的纯度,他们称取a g样品,并设计用如图装置来测定过氧化钠的质量分数。 (1)将仪器连接好以后,必须进行的第一步操作是             。 (2)B装置出来的气体是否需要干燥    (填“是”或“否”)。写出装置B中溶液的作用:              。 (3)D中NaOH溶液的作用是       。 (4)实验结束,读取实验中生成气体的体积时,下列叙述不合理的是    (填字母)。 学生用书⬇第343页 a.直接读取气体体积,不需冷却到室温 b.上下移动量筒,使得E、F中液面高度相同 c.视线与凹液面的最低点相平读取量筒中水的体积 (5)读出量筒内水的体积后,折算成标准状况下氧气的体积为V mL,则样品中过氧化钠的质量百分数为    。 答案:(1)检查装置的气密性 (2)否 吸收挥发的HCl气体 (3)吸收未反应的CO2 (4)a (5)% 解析:(1)本实验是测定二氧化碳和过氧化钠反应生成的氧气,装置必须气密性完好,将仪器连接好以后,必须进行的第一步操作是检查装置的气密性;(2)B装置出来的气体不需要干燥,二氧化碳、水蒸气和过氧化钠反应生成氧气,物质的量定量关系相同,对测定过氧化钠质量分数无影响,所以不需要干燥除去水蒸气;装置B中溶液的作用是吸收挥发的HCl气体;(3)D为吸收多余的二氧化碳的装置,防止多余的二氧化碳进入量气装置,导致测得的氧气的体积偏大;(4)直接读取气体体积,不冷却到室温,会使溶液体积增大,读出结果产生误差,故a不正确;调整量筒内外液面高度使之相同,使装置内压强和外界压强相同,避免读取体积产生误差,故b正确;视线与凹液面的最低点相平读取量筒中水的体积是正确的读取方法,故c正确;(5)测定出量筒内水的体积后,折算成标准状况下氧气的体积为V mL,则n(O2)= mol,由于n(O2)=n(Na2O2),则样品中过氧化钠的质量分数为×100%=%。 2.(2024·全国甲卷) CO(NH2)2·H2O2(俗称过氧化脲)是一种消毒剂,实验室中可用尿素与过氧化氢制取,反应方程式如下:CO(NH2)2+H2O2CO(NH2)2·H2O2。 (一)过氧化脲的合成 烧杯中分别加入25 mL 30%H2O2(ρ=1.11 g·cm-3)、40 mL蒸馏水和12.0 g尿素,搅拌溶解。30 ℃下反应40 min,冷却结晶、过滤、干燥,得白色针状晶体9.4 g。 (二)过氧化脲性质检测 Ⅰ.过氧化脲溶液用稀H2SO4酸化后,滴加KMnO4溶液,紫红色消失。 Ⅱ.过氧化脲溶液用稀H2SO4酸化后,加入KI溶液和四氯化碳,振荡,静置。 (三)产品纯度测定 溶液配制:称取一定量产品,用蒸馏水溶解后配制成100 mL溶液。 滴定分析:量取25.00 mL过氧化脲溶液至锥形瓶中,加入一定量稀H2SO4,用准确浓度的KMnO4溶液滴定至微红色,记录滴定体积,计算纯度。 回答下列问题: (1)过滤中使用到的玻璃仪器有        (写出两种即可)。 (2)过氧化脲的产率为    。 (3)性质检测Ⅱ中的现象为                。性质检则Ⅰ和Ⅱ分别说明过氧化脲具有的性质是        。 (4)“滴定分析”步骤中,下列操作错误的是    (填标号)。 A.KMnO4溶液置于酸式滴定管中 B.用量筒量取25.00 mL过氧化脲溶液 C.滴定近终点时,用洗瓶冲洗锥形瓶内壁 D.锥形瓶内溶液变色后,立即记录滴定管液面刻度 (5)以下操作导致过氧化脲纯度测定结果偏低的是    (填标号)。 A.容量瓶中液面超过刻度线 B.滴定管水洗后未用KMnO4溶液润洗 C.摇动锥形瓶时KMnO4溶液滴到锥形瓶外 D.滴定前滴定管尖嘴处有气泡,滴定后气泡消失 答案:(1)烧杯、漏斗、玻璃棒(可任选两种作答) (2)50% (3)液体分层,上层为无色,下层为紫色 还原性、氧化性 (4)BD (5)A 解析:(1)过滤操作需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒,可任选两种作答。(2)实验中加入尿素的质量为12.0 g,物质的量为0.2 mol,过氧化氢的质量为25 mL×1.11 g·cm-3×30%=8.325 g,物质的量约为0.245 mol,过氧化氢过量,产率应按照尿素的质量计算,理论上可得到过氧化脲0.2 mol,质量为0.2 mol×94 g/mol=18.8 g,实验中实际得到过氧化脲9.4 g,故过氧化脲的产率为×100%=50%。(3)在过氧化脲的性质检测中,检测Ⅰ用稀H2SO4酸化,加入KMnO4溶液,紫红色消失,说明过氧化脲被酸性KMnO4氧化,体现了过氧化脲的还原性;检测Ⅱ用稀H2SO4酸化,加入KI溶液和四氯化碳溶液,过氧化脲会将KI氧化为I2,体现了过氧化脲的氧化性,生成的I2在四氯化碳中溶解度较大,会溶于四氯化碳溶液,且四氯化碳密度大于水,振荡,静置后出现的现象为液体分层,上层为无色,下层为紫色。(4)KMnO4溶液是强氧化性溶液,应置于酸式滴定管中,A项正确;量筒的精确度不能达到0.01 mL,量取25.00 mL的溶液应选用滴定管,B项错误;滴定过程中,待测液有可能会溅到锥形瓶内壁,滴定近终点时,为了使结果更精确,可用洗瓶冲洗锥形瓶内壁,C项正确;锥形瓶内溶液变色后,应等待30 s,观察溶液不再恢复原来的颜色后,才能记录滴定管液面刻度,D项错误。(5)在配制过氧化脲溶液时,容量瓶中液面超过刻度线,会使溶液体积偏大,配制的溶液浓度偏低,会使滴定过程中消耗的KMnO4溶液体积偏低,导致测定结果偏低,A项符合题意;滴定管水洗后未用KMnO4溶液润洗,会导致KMnO4溶液浓度偏低,会使滴定过程中消耗的KMnO4溶液体积偏高,导致测定结果偏高,B项不符合题意;摇动锥形瓶时KMnO4溶液滴到锥形瓶外,会使滴定过程中消耗的KMnO4溶液体积偏高,导致测定结果偏高,C项不符合题意;滴定前滴定管尖嘴处有气泡,滴定后气泡消失,会使滴定过程中消耗的KMnO4溶液体积偏高,导致测定结果偏高,D项不符合题意。 类型二 物质组成的测定 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。 学生用书⬇第344页 1.某学习小组在实验室中利用如图装置(夹持装置略去)测定某铁硫化物(FexSy)的组成,并探究反应后D装置所得溶液中含硫化合物的组成。 实验步骤: 步骤Ⅰ:如图连接装置,检查装置气密性,装入试剂; 步骤Ⅱ:旋开分液漏斗活塞与旋塞,并点燃酒精喷灯; 步骤Ⅲ:足够长时间后,D中产生气泡速率变快时,停止加热,继续向烧瓶中滴水一段时间; 步骤Ⅳ:实验结束后,将D中所得溶液加水配制成250 mL溶液。 请回答: (1)有同学认为D中应设置防倒吸装置,你认为是否有必要?    (填“是”或“否”),说明理由:              。 (2)步骤Ⅳ需要的玻璃仪器除250 mL容量瓶、烧杯、玻璃棒外,还需要    ,步骤Ⅳ所得溶液的主要溶质为    。 (3)取25.00 mL步骤Ⅳ中所配溶液,加入足量的双氧水,再加入足量盐酸酸化的BaCl2溶液,将所得沉淀过滤、洗涤、干燥,称其质量为4.66 g。写出FexSy与O2反应的化学方程式:             。 设计实验方案检验FexSy与O2反应后产物的金属阳离子:       。 (4)若步骤Ⅳ配制溶液时俯视容量瓶的刻度线,则测得铁硫化物的x∶y的值    (填“偏大”“不影响”或“偏小”)。 答案:(1)否 SO2中含不溶于NaOH溶液的O2 (2)胶头滴管 Na2SO3 (3)4FeS2+11O28SO2↑+2Fe2O3 反应后的固体溶于稀盐酸,滴加硫氰化钾溶液,观察是否出现红色 (4)偏小 解析:本实验的目的,是利用氧化法将FexSy中的S元素氧化为SO2,然后氧化、沉淀(生成BaSO4)测定S元素的质量,再利用FexSy的质量得出Fe元素的质量,从而求出FexSy中Fe、S的原子个数比,最后得出该化合物的组成。在A装置中,利用Na2O2与H2O反应制得O2,进入B装置中干燥,在C装置中将FexSy氧化为Fe2O3和SO2,再用NaOH溶液吸收SO2,生成Na2SO3和Na2SO4(部分Na2SO3被O2氧化为Na2SO4)的混合物。(1)此装置中,不需要防倒吸装置,虽然SO2易溶于水,但是其中还有难溶于水的氧气,不会因为SO2溶于水而使气压迅速降低发生倒吸;(2)步骤Ⅳ中配制250 mL溶液时,所需的玻璃仪器除250 mL容量瓶、玻璃棒和烧杯外,还有胶头滴管,C装置中产生的气体,主要为SO2,所以D中溶质主要为Na2SO3;(3)取25.00 mL步骤Ⅳ中所配溶液,加入足量的双氧水,将其全部氧化为Na2SO4,再加入足量盐酸酸化的BaCl2溶液,所得沉淀为BaSO4,质量为4.66 g,其物质的量为0.02 mol,250 mL溶液中S的物质的量为0.2 mol,根据S原子守恒,12.0 g FexSy中n(S)=0.2 mol,m(S)=6.4 g,m(Fe)=5.6 g,n(Fe)=0.1 mol,所以,x∶y=1∶2,故FexSy的化学式为FeS2,所以反应的化学反应为4FeS2+11O28SO2↑+2Fe2O3;反应后产物为氧化铁,含有金属阳离子为铁离子,实验方案为将反应后的固体溶于稀盐酸,滴加硫氰化钾溶液,观察是否出现红色;(4)若步骤Ⅳ配制溶液时俯视容量瓶的刻度线,则所配溶液的体积小于250 mL,故所测硫元素含量偏高,使得铁硫化物的x∶y的值偏小。 2.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0.023 6 g,实验结束后,c管增重0.010 8 g,d管增重0.035 2 g。质谱测得该有机物的相对分子质量为118,其分子式为    。 答案:(1)通入O2排除石英管中的空气 装置气密性 b、a (2)排出装置中空气,氧化有机物,将生成的CO2和H2O赶入c和d装置中完全吸收 CO+CuOCu+CO2 (3)A C 碱石灰可以同时吸收水蒸气和二氧化碳 (4)关闭煤气灯a、b,继续通入一段时间O2,直至装置冷却至室温 (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,将样品装入Pt坩埚中,后面放置CuO,反应结束后,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O2排出石英管中的空气,防止石英管中空气中含有的CO2和水蒸气对实验产生干扰,而后将U型管c、d与石英管连接,检查装置气密性,随后先点燃b处煤气灯后点燃a处煤气灯,保证当a处发生反应时产生的CO能与CuO反应生成CO2;(2)O2可排出装置中空气,同时作为反应物氧化有机物使其生成CO2和H2O,还可以将生成的CO2和H2O赶入c和d装置中使其被完全吸收。有机物氧化不充分时会生成CO,而CuO可将CO氧化为CO2,从而使有机物中的C元素完全被氧化,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)样品反应完全后,装置内仍有残留的CO2和H2O,故应继续通入一段时间O2,将CO2和H2O赶入c、d装置中;(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)===0.001 2 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)===0.000 8 mol;有机物中O元素的质量为m(O)=0.023 6-0.001 2×1-0.000 8×12=0.012 8 g,其物质的量n(O)===0.000 8 mol;该有机物中C、H、O三种元素的原子个数比为0.000 8∶0.001 2∶0.000 8=2∶3∶2;质谱测得该有机物的相对分子质量为118,则其分子式为C4H6O4。 1.(2024·河北卷)市售的溴(纯度99%)中含有少量的Cl2和I2,某化学兴趣小组利用氧化还原反应原理,设计实验制备高纯度的溴。回答下列问题: (1)装置如图(夹持装置等略),将市售的溴滴入盛有浓CaBr2溶液的B中,水浴加热至不再有红棕色液体馏出。仪器C的名称为    ;CaBr2溶液的作用为       ; D中发生的主要反应的化学方程式为             。 学生用书⬇第345页 (2)将D中溶液转移至    (填仪器名称)中,边加热边向其中滴加酸化的KMnO4溶液至出现红棕色气体,继续加热将溶液蒸干得固体R。该过程中生成I2的离子方程式为              。 (3)利用图示相同装置,将R和K2Cr2O7固体混合均匀放入B中,D中加入冷的蒸馏水。由A向B中滴加适量浓H2SO4,水浴加热蒸馏。然后将D中的液体分液、干燥、蒸馏,得到高纯度的溴。D中蒸馏水的作用为    和    。 (4)为保证溴的纯度,步骤(3)中K2Cr2O7固体的用量按理论所需量的计算,若固体R质量为m克(以KBr计),则需称取    g K2Cr2O7(M=294 g·mol-1)(用含m的代数式表示)。 (5)本实验所用钾盐试剂均经重结晶的方法纯化。其中趁热过滤的具体操作为漏斗下端管口尖嘴处紧靠烧杯内壁,转移溶液时用       , 滤液沿烧杯壁流下。 答案:(1)直形冷凝管 除去市售的溴中少量的Cl2,抑制Br2与水反应 Br2+K2C2O42KBr+2CO2↑ (2)蒸发皿 2Mn+10I-+16H+2Mn2++5I2+8H2O (3)冷凝溴蒸气 液封 (4) m (5)玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三层滤纸处 解析:(1)仪器C为直形冷凝管,用于冷凝蒸气;市售的溴中含有少量的Cl2,Cl2可与CaBr2发生氧化还原反应而被除去,还可以抑制Br2与水反应;水浴加热时,由于Br2为进入D的主要物质,故主要反应的化学方程式为Br2+K2C2O42KBr+2CO2↑;(2)将D中溶液转移至蒸发皿中,边加热边向其中滴加酸化的KMnO4溶液至出现红棕色气体(Br2),即说明KMnO4已将KI全部氧化,发生反应的离子方程式为2Mn+10I-+16H+2Mn2++5I2+8H2O;KBr几乎未被氧化,继续加热将溶液蒸干所得固体R的主要成分为KBr;(3)冷的蒸馏水可以冷凝溴蒸气,液化后密度Br2>H2O,D中冷的蒸馏水起到液封的作用,可减少溴的挥发;(4)m克KBr固体的物质的量为 mol,根据转移电子相等可得关系式6KBr~6e-~K2Cr2O7,则理论上需要K2Cr2O7的物质的量为 mol,实际所需称取K2Cr2O7的质量为 mol××294 g·mol-1=m g;(5)趁热过滤的具体操作:漏斗下端管口尖嘴处紧靠烧杯内壁,转移溶液时用玻璃棒引流,玻璃棒下端靠在三层滤纸处,滤液沿烧杯壁流下。 2.(2023·湖北卷)学习小组探究了铜的氧化过程及铜的氧化物的组成。回答下列问题: (1)铜与浓硝酸反应的装置如下图,仪器A的名称为    ,装置B的作用为       。 (2)铜与过量H2O2反应的探究如下: 实验②中Cu溶解的离子方程式为             ; 产生的气体为    。比较实验①和②,从氧化还原角度说明H+的作用是               。 (3)用足量NaOH处理实验②新制的溶液得到沉淀X,元素分析表明X为铜的氧化物,提纯干燥后的X在惰性氛围下加热,m g X完全分解为n g黑色氧化物Y,=。X的化学式为    。 (4)取X粗品0.050 0 g(杂质不参加反应)与过量的酸性KI完全反应后,调节溶液至弱酸性。以淀粉为指示剂,用0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定,滴定终点时消耗Na2S2O3标准溶液15.00 mL。(已知:2Cu2++4I-2CuI↓+I2,I2+2S22I-+S4)标志滴定终点的现象是             , 粗品中X的相对含量为    。 答案:(1)具支试管 防倒吸 (2)Cu+ H2O2 +2H+Cu2++2H2O O2  增强H2O2的氧化性 (3)CuO2 (4)滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液时,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内不变色 96.0% 解析: (1)由题给实验装置可知,仪器A的名称为具支试管;Cu与浓HNO3反应产生的尾气直接用NaOH溶液吸收会引发溶液倒吸,装置B起到安全瓶的作用,防止倒吸。(2)Cu在稀H2SO4作用下,被H2O2氧化生成Cu2+和H2O,溶液变蓝。Cu2+作用下,H2O2会被催化分解生成O2。在Na2SO4溶液中H2O2不能氧化Cu,在稀H2SO4中H2O2能氧化Cu,说明H+使得H2O2的氧化性增强。(3)X为铜的氧化物,设X的化学式为CuOx,其在惰性氛围下分解生成黑色氧化物(CuO),则: CuOxCuO+O2 64+16x  80  m   n 则=,又=,解得x=2,则X的化学式为CuO2。(4)CuO2在酸性条件下生成Cu2+,Cu2+与KI反应生成I2,I2遇淀粉变蓝,用Na2S2O3标准溶液滴定I2,当滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液时,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内不变色时,表明I2已完全反应,达到滴定终点。CuO2中Cu为+2价、O为-1价,结合已知反应可知,CuO2在酸性条件下与KI发生反应2CuO2+ 8I-+8H+2CuI+3I2 +4H2O,则2CuO2 ~3I2 ~ 6Na2S2O3,则样品中m(CuO2)=×2×96 g=0.048 g,w(CuO2)=×100% =96.0%。 学科网(北京)股份有限公司 $

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