1、规律探究 典例剖析强化训练 考点三 定量实验方案的设计与评价(思维探究)规律探究1解答定量实验习题的一般方法(1)阅读题干，弄清目的。(2)根据题中信息，寻找出涉及的化学反应原理。(3)确定可测量，并与相关的实验相比较。(4)从可测量出发明确所需仪器。2定量测定实验中要具备的 3 种意识(1)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)要有被测量气体全部被测量的意识：如可以采用反应结束后继续向装置中通入“惰性”气体以使被测量的气体全部被吸收剂吸收的方法。(3)要有“数据”的采集处理意识：实验数据的采集是化学计算的基础，一般的固体试剂称质量，而液体试剂和
2、气体试剂测量体积。3定量型实验的关键为数据处理和误差分析，数据的处理一般注意五个方面(1)是否符合测量仪器的精度。(2)数据是否在误差允许范围内。(3)数据的测试环境。(4)数据的测量过程是否规范、合理。(5)少量物质是否完全反应；过量物质对数据是否有影响。误差分析的依据为计算式，看测量对结果会产生什么影响。典题剖析例 3 某研究性学习小组查阅资料获得晶体 M 的制备原理，他们进行如下探究：【制备晶体】以 CrCl24H2O、过氧化氢、液氨、氯化铵固体为原料，在活性炭的催化下，合成了晶体 M。(1)溶液中分离出晶体 M 的操作包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥。他们用冰水和饱和食盐水的混
3、合物洗涤晶体 M，其目的是_。制备过程中需要加热，但是，温度过高造成的后果是_。【测定组成】为了测定 M 晶体的组成，他们设计了如下实验。装置如图所示(加热仪器和固定仪器省略)。为确定其组成，进行如下实验：氨的测定：精确称取 M 晶体，加适量水溶解，注入如图所示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量 10%NaOH 溶液，通入水蒸气，将样品溶液中的氨全部蒸出，用一定量的盐酸溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶，用一定浓度的 NaOH 标准溶液滴定过剩的 HCl，到终点时消耗一定体积的 NaOH 溶液。氯的测定：准确称取 a g 样品 M 溶于蒸馏水，配成 100 mL溶液。量取 25.00 mL 配制的溶液用
4、 c molL1 AgNO3标准溶液滴定，滴加 3 滴 0.01 molL1 K2CrO4 溶液(作指示剂)，至出现砖红色沉淀不再消失为终点(Ag2CrO4 为砖红色)，消耗的 AgNO3 溶液为 b mL。(2)安全管的作用是_。(3)用氢氧化钠标准溶液滴定过量的氯化氢，部分操作步骤是检查滴定管是否漏液、用蒸馏水洗涤、_、排滴定管尖嘴的气泡、_、滴定、读数、记录并处理数据；下列操作或情况会使测定样品中 NH3 的质量分数偏高的是_(填代号)。A装置气密性不好B用酚酞作指示剂C滴定终点时俯视读数D滴定时 NaOH 溶液外溅(4)已知：硝酸银热稳定性差；Ksp(Ag2CrO4)1.121012，
5、Ksp(AgCl)1.81010。选择棕色滴定管盛装标准浓度的硝酸银溶液，滴定终点时，若溶 液 中c(CrO 24)为2.810 3molL 1，则c(Ag)_。(5)根据上述实验数据，列出样品 M 中氯元素质量分数的计算式：_。如果滴加 K2CrO4 溶液过多，测得结果会_(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。(6)经测定，晶体 M 中铬、氨和氯的质量之比为 104136213。写出制备M晶体的化学方程式：_。(1)明确实验目的，认真研究装置中各仪器的特点和作用。(2)注意有序思维，熟记操作步骤并按步骤选择对应的仪器。(3)注意关键要求信息，如“列出计算式”则不要求化简但必须表示出过程。(4)
6、注意守恒法的应用。【解析】(1)晶体析出后过滤得到晶体，用冰水和饱和食盐水洗涤晶体，目的是减少晶体 M 的溶解量。过氧化氢受热易分解、液氨易挥发，加热温度过高，导致反应物损失。(2)A 装置用于提供水蒸气，需要加热。安全管起平衡气压的作用。(3)滴定管经检漏之后，用标准氢氧化钠溶液润洗，调节液面至 0 刻度及 0 刻度以下才能读数，因为滴定管 0 刻度在上方。A 项，装置漏气，部分氨气扩散，测定的 NH3 质量分数偏低，不符合题意。B 项，强碱滴定强酸可以选择甲基橙或酚酞作指示剂，不会导致误差，不符合题意。C 项，滴定终点时俯视读数，使读出的数据偏小，即消耗的氢氧化钠溶液体积偏小，NH3 质量
7、分数偏高，符合题意。D 项，滴定液外溅，导致测得剩余盐酸体积偏大，NH3 质量分数偏小，不符合题意。(4)硝酸银见光易分解，应选择棕色滴定管盛装硝酸银溶液。Ksp(Ag2CrO4)c2(Ag)c(CrO24)，c(Ag)KspAg2CrO4cCrO24 1.1210122.8103 molL12.0105 molL1。(5)Ag(aq)Cl(aq)=AgCl(s)，w(Cl)c molL1b1 000 L35.5 gmol1a g25.00 mL100 mL100%，不化简。在计算式中要带各物理量的单位，且数据取自题目中，体现思维过程。由铬酸银、氯化银的溶度积知，铬酸银的溶解度比氯化银稍大一些
8、。如果滴加铬酸钾溶液过多，会提前生成铬酸银，即氯离子没有完全转化成氯化银，导致提前指示终点，测得氯元素质量分数偏低。(6)n(Cr)n(NH3)n(Cl)10452 13617 21335.5143，M 的化学式为Cr(NH3)4Cl3。M中铬元素化合价为3，化学方程式为2CrCl2H2O26NH32NH4Cl=2Cr(NH3)4Cl32H2O。【答案】(1)降低晶体溶解度 加快过氧化氢分解和液氨挥发(2)平衡气压(3)用标准 NaOH 溶液润洗调节碱式滴定管内液面至 0 刻度或 0 刻度以下 C(4)2.0105 molL1(5)c molL1b1 000 L35.5 gmol1a g25.
9、00 mL100 mL100%偏低(6)2CrCl2H2O26NH32NH4Cl=2Cr(NH3)4Cl32H2O强化训练3现有铝合金样品，某同学设计两种测定样品中铝元素质量分数的实验方案。甲方案：取一定量样品，溶于足量的氢氧化钠溶液中，测定生成气体的体积；乙方案：取一定量样品，溶于足量的稀硫酸中，测定生成气体的体积。他们设计的装置如图所示：请回答下列问题：(1)写出甲方案的化学方程式：_。(2)在上述装置中，测定气体体积的装置应选择_(填“A”或“B”)，若要用_(填“A”或“B”)装置，需进行的改进为_。(3)当 铝 合 金 完 全 反 应 后，读 数 前 应 进 行 的 操 作 依 次
10、为_。(4)若用乙方案测定样品纯度，测定的数据有：铝合金样品质量为 m g，气体体积为 V mL(在实验条件下，查得氢气摩尔体积为a L/mol)，计算该样品中铝元素的质量分数为_。(5)评价甲、乙方案，填入表中：方案评价(填“准确”“不准确”或“不确定”)理由甲乙解析：(1)铝与 NaOH 溶液反应的化学方程式为 2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2。(2)A 装置的广口瓶中，由于进气管长，出气管短，故不能用于测量产生气体的体积；改进的方法是进气管短，出水管长。(3)读数前的操作是先将溶液冷却至室温，然后再调整量筒的高度，使液面相平。(4)n(H2)V103La L/mol Va1
11、03mol，n(Al)23n(H2)2V3a 103mol，合金中铝的质量分数为2V3a103mol27 g/molm g100%9V500ma100%。(5)甲方案中：若铝合金中含有的杂质与 NaOH 溶液不反应，则测量结果准确，若含有的杂质能与 NaOH 溶液反应，则测量结果不准确。乙方案中：若铝合金中含有的杂质与稀 H2SO4不反应，则测量结果准确，若含有的杂质能与稀 H2SO4 反应，则测量结果不准确。答案：(1)2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2(2)B A 应改为进气管短，出水管长(3)将溶液冷却至室温，调平液面(4)9V500ma100%(5)甲不确定若铝合金中含有氧化铝，不含硅等能与氢氧化钠溶液反应产生氢气的杂质，氧化铝与氢氧化钠溶液反应，不产生氢气，测得结果偏低；若铝合金中不含氧化铝，也不含硅等能与氢氧化钠溶液反应产生氢气的杂质，只含不反应的杂质，则测得结果准确；若合金中含有硅等能与氢氧化钠溶液反应产生气体的杂质，不含氧化铝等，则硅与氢氧化钠溶液反应产生氢气，测得结果偏高。乙不确定若铝合金中含有氧化铝，其他杂质不与稀硫酸反应，则测得结果偏低；若铝合金中所含杂质都不与稀硫酸反应，则测得结果准确；若铝合金中含有铁、镁等能与稀硫酸反应生成气体的杂质，则测得结果偏高。