第3 讲 物质组成、含量测定为载体的综合实验
考点一 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
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
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.(2024·泰安新泰一中质检)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 。
(4)实验结束时,读取实验中生成气体的体积时,下列叙述不合理的是 (填字母序号)。
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)39V
56a %
解析 (1)实验探究测定方法是测定二氧化碳和过氧化钠反应生成的氧气,装置必须是气密性完好,
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,否则导致测得的氧气的体积偏大;(4)a.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;b.上下移动量筒,使得E、F
中液面高度相同,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;c.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)=V ×10
−3
22.4
mol,由于n(O2)=1
2n(Na2O2),则样品中过氧化钠的
质量分数为:
V ×10
−3
22.4
mol×2×78 g·mol
−1
a g
×100 % = 39V
56a
%。
2.(2022·河北卷)某研究小组为了更准确检测香菇中添加剂亚硫酸盐的含量,设计实验如下:
①三颈烧瓶中加入10.00 g 香菇样品和400 mL 水;锥形瓶中加入125 mL 水、1 mL 淀粉溶液,并预加
0.30 mL 0.010 00 mol·L-1的碘标准溶液,搅拌。
②以0.2 L·min-1流速通氮气,再加入过量磷酸,加热并保持微沸,同时用碘标准溶液滴定,至终点时滴定
消耗了1.00 mL 碘标准溶液。
③做空白实验,消耗了0.10 mL 碘标准溶液。
④用适量Na2SO3替代香菇样品,重复上述步骤,测得SO2的平均回收率为95%。
已知:K a1(H3PO4)=7.1×10-3,K a1(H2SO3)=1.3×10-2。
回答下列问题:
(1)装置图中仪器a、b 的名称分别为 、
。
(2)三颈烧瓶适宜的规格为 (填标号)。
A.250 mL
B.500 mL C.1 000 mL
(3)解释加入H3PO4,能够生成SO2的原因:
。
(4)滴定管在使用前需要 、洗涤、润洗;滴定终点时溶液的颜色为 ;滴定反应的离
子方程式为 。
(5)若先加磷酸再通氮气,会使测定结果 (填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
(6)该样品中亚硫酸盐含量为 mg·kg-1(以SO2计,结果保留三位有效数字)。
答案 (1)球形冷凝管 酸式滴定管 (2)C (3)加入H3PO4 后,溶液中存在化学平衡H2SO3
SO2+H2O,SO2的溶解度随着温度升高而减小,SO2逸出后,促进了化学平衡H2SO3
SO2+H2O 向右
移动 (4)检漏 蓝色 I2+SO2+2H2O===2I-+4H++SO4
2− (5)偏低 (6)80.8
解析 由题中信息可知,检测香菇中添加剂亚硫酸盐的含量的原理是用过量的磷酸与其中的亚硫酸
盐反应生成SO2,用氮气将SO2排入锥形瓶中被水吸收,最后用碘标准溶液滴定,测出样品中亚硫酸盐
含量。(2)三颈烧瓶中加入10.00 g 香菇样品和400 mL 水,向其中加入H3PO4的体积不超过10 mL。
在加热时,三颈烧瓶中的液体不能超过其容积的2
3,因此,三颈烧瓶适宜的规格为1 000 mL,选C。(3)
虽然K a1(H3PO4)=7.1×10-3<K a1(H2SO3)=1.3×10-2,但是H3PO4为难挥发性的酸,而H2SO3易分解为SO2和
水,SO2的溶解度随着温度升高而减小,SO2逸出后,促进了化学平衡H2SO3
SO2+H2O 向右移动。
(4)滴定管在使用前需要检漏、洗涤、润洗;滴定前,溶液中的碘被SO2还原为碘离子,溶液的颜色为
无色,滴定终点时,过量的半滴碘标准溶液使淀粉溶液变为蓝色且半分钟之内不变色,因此,滴定终点
时溶液为蓝色;滴定反应的离子方程式为I2+SO2+2H2O===2I-+4H++SO4
2−。(5)若先加磷酸再通氮气,
则不能将装置中的空气及时排出,有部分亚硫酸盐和SO2被装置中的氧气氧化,碘标准溶液的消耗量
将减少,因此会使测定结果偏低。(6)实验中SO2消耗的碘标准溶液的体积为0.30 mL+1.00 mL=1.30
mL, 减去空白实验消耗的0.10 mL, 则实际消耗碘标准溶液的体积为1.20 mL, 根据反应
I2+SO2+2H2O===2I-+4H++SO4
2−可以计算出
n(SO2)=n(I2)=1.20
mL×10-3
L·mL-1×0.010
00
mol·L-1=1.20×10-5 mol, 由于SO2 的平均回收率为95%, 则实际生成的n(SO2)=1.20×10
−5mol
0.95
≈1.263×10-5
mol, 则根据
S
元素守恒可知, 该样品中亚硫酸盐含量为
1.263×10
−5mol×64 g·mol
−1×1 000 mg· g
−1
10.00 g×10
−3kg· g
−1
≈80.8 mg·kg-1。
考点二 物质组成的测定
1.测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。
2.物质组成计算的常用方法
类型
解题方法
物质含
量计算
根据关系式法、得失电子守恒法、滴定法等,求出混合物中某一成分的量,再除
以样品的总量,即可得出其含量
确定物质
化学式的
计算
①根据题给信息,计算出有关物质的物质的量。②根据电荷守恒,确定出未知离
子的物质的量。③根据质量守恒,确定出结晶水的物质的量。④各粒子的物质
的量之比即为物质化学式的下标比
多步滴
定计算
复杂的滴定可分为两类
①连续滴定法:第一步滴定反应生成的产物,还可以继续参加第二步的滴定。根
据第二步滴定的消耗量,可计算出第一步滴定的反应物的量。
②返滴定法:第一步用的滴定剂是过量的,第二步再用另一物质返滴定过量的滴
定剂。根据第一步加入的滴定剂减去第二步过量的滴定剂,即可得出第一步所
求物质的量
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 ,在步骤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+11O2
8SO2↑+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 (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,因为是要配制一定体积的
溶液,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;(3)C 装置中产生的气体,主
要应为SO2,所以D 中生成Na2SO3,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 溶液中含S 元素的阴离子的物质的量为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+11O2
8SO2↑+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。
定量实验数据的处理方法
(1)看数据是否符合测量仪器的精确度,如用托盘天平测得质量的精确度为0.1 g,若精确度的值超过
了这个范围,说明所得数据是无效的。
(2)看数据是否在误差允许范围内,若所得的数据超出误差允许范围,要舍去。
(3)看反应是否完全,是否是过量反应物作用下所得的数据,只有完全反应时所得的数据,才能进行有
效处理和应用。
(4)看所得数据的测试环境是否一致,特别是气体体积数据,只有在温度、压强一致的情况下得出的
数据才能进行比较、运算。
(5)看数据测量过程是否规范、合理,错误和违反测量规则的数据要舍去。
2.碱式碳酸钴[Cox(OH)y(CO3)2]可用作电子材料、磁性材料的添加剂,受热时可分解生成三种氧化物。
为了确定其组成,某化学兴趣小组同学设计了如图所示装置进行实验。
(1)请完成下列实验步骤:
①称取3.65 g 样品置于硬质玻璃管内,分别称量乙、丙装置的质量;
②按如图所示装置组装好仪器,并检查装置气密性;
③加热甲装置中硬质玻璃管,当乙装置中 (填实验现象),停止加热;
④打开活塞K,缓缓通入空气数分钟后,称量乙、丙装置的质量;
⑤计算。
(2)步骤④中缓缓通入空气数分钟的目的是
。
(3)某同学认为上述实验装置中存在一个明显缺陷,为解决这一问题,可选用下列装置中的
(填字母)连接在 (填装置连接位置)。
(4)若按正确装置进行实验,测得如下数据:
乙装置的质量/g
丙装置的质量/g
加热前
80.00
62.00
加热后
80.36
62.88
则该碱式碳酸钴的化学式为 。
(5)有人认为用如图所示装置进行两次实验也可以确定碱式碳酸钴的组成。
实验Ⅰ:称取一定质量的样品置于Y 形管a 处,加入一定体积一定物质的量浓度的足量稀硫酸于Y 形
管b 处, 量气管中盛放饱和碳酸氢钠溶液, 而不用蒸馏水, 其原因是
,
然后通过 (填操作),引发反应,测定产生的CO2的体积(假设实验条件是在室温下)。
实验 Ⅱ:将实验Ⅰ中反应后的液体和足量的锌粒分别放置在另一个Y 形管的a、b 中,量气管中盛装
蒸馏水,此时引发反应的方式与实验Ⅰ (填“相同”“不同”或“可相同也可不同”),然后
测定产生H2的体积(假设实验条件是在室温下)。
两次实验结束时,读数前,先 ,再调节量气管两侧液面持平,然后平视读数;下列实验操作有可
能会使y 的值偏大的是 (填字母)。
A.实验Ⅰ读数时量气管左侧液面高于右侧液面
B.实验Ⅱ实验结束时,迅速调整两侧液面持平,立即读数
C.实验Ⅱ引发反应时将稀硫酸向锌粒倾斜
答案 (1)不再有气泡产生时 (2)将甲装置中产生的CO2和水蒸气全部赶入乙、丙装置中
(3)D 活塞K 前(或甲装置前)
(4)Co3(OH)4(CO3)2 (5)饱和碳酸氢钠溶液会降低CO2的溶解度 将b 向a 倾斜,使稀硫酸流入a 中
不同 恢复至室温 C
解析 (4)n(H2O)=
0.36 g
18 g·mol
−1=0.02 mol,n(CO2)=
0.88 g
44 g·mol
−1=0.02 mol,由C 元素守恒知,该样品物
质的量为0.01 mol,H 元素物质的量为0.04 mol,则y 为4,Co 元素质量为3.65 g-0.04 mol×17 g·mol-1-
0.02 mol×60 g·mol-1=1.77 g,Co 的物质的量为0.03 mol,故碱式碳酸钴的化学式为Co3(OH)4(CO3)2。
(5)实验Ⅰ中应该让样品完全反应,所以引发反应时应该将稀硫酸向样品中倾斜;而实验Ⅱ中应该让
稀硫酸完全反应,所以引发反应时应该将锌粒向稀硫酸中倾斜。
1.(2024·山东卷)利用“燃烧—碘酸钾滴定法”测定钢铁中硫含量的实验装置如图所示(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 0.100 0 mol·L-1 KIO3的碱性溶液和一定量的KI 固体,配制1 000 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.1 000 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IO3
−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)浓硫酸 防止倒吸
(3)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 19.200V
a
%
(4)催化剂 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 不变
解析 (1)取20.00 mL 0.100 0 mol·L-1 KIO3的碱性溶液和一定量的KI 固体,配制1 000 mL KIO3
碱性标准溶液(稀释了50 倍后KIO3 的浓度为0.002 0 mol·L-1),需要用碱式滴定管或移液管量取
20.00 mL 0.100 0 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1 000 mL 容量瓶配制标准溶液,需要用胶
头滴管定容,因此,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×0.002 0 mol·L-1=2.000 0×10-6V
mol,n(S)=3n(KIO3)=3×2.000 0×10-6V mol=6.000 0×10-6V mol, 样品中硫的质量分数是
6.000 0×10
−6V mol×32 g·mol
−1
a×10
−3 g
×100 % = 19.200V
a
%。(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IO3
−不经I2直接
将SO2 氧化成H2SO4,从电子转移守恒的角度分析,IO3
−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。
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, n
m = 5
6。X 的化学式为
。
(4)取含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+2S2O3
2−===2 I −+ S 4O6
2−) 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 增强过氧化氢的氧化性
(3)CuO2 (4)滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液时,溶液蓝色刚好褪去,且半分钟内不恢复 96.0%
解析 (1)由图可知,仪器A 的名称为具支试管;铜和浓硝酸反应生成硝酸铜和二氧化氮,其中二氧化
氮易溶于水,需要防倒吸,则装置B 的作用为防倒吸;(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 分解产生CuO 和O2,在该反应中
铜的质量m(Cu)=n g×64
80 = 4 n
5 g,因为n
m = 5
6,则m(O)=n g×16
80+(m g-n g)=2n
5 g,则X 的化学式中铜原
子和氧原子的物质的量之比为:n(Cu)
n(O) =
4 n
5×64
2n
5×16
= 1
2, 则X 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,溶液的蓝色褪去,且半分钟内不恢复时,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)=0.100 0×15.00×10
−3
6
×2×96
g=0.048 g,w(CuO2)= 0.048 g
0.050 0 g×100%=96%。
1.(2024·安徽蚌埠模拟)测定某明矾样品(含砷酸盐)中砷的含量,实验步骤如下:
实验一:配制砷标准溶液
①取一定质量的As2O3,用NaOH 溶液完全溶解后,配制成1 L Na3AsO3溶液(此溶液1.0 mL 相当于
0.10 g 砷)。
②取一定量上述溶液,配制500 mL 含砷量为1.0 g·L-1的砷标准溶液。
(1)②需取用①中Na3AsO3溶液 mL。
实验二:测定样品中砷含量(实验装置如图,夹持装置已略去)
①向B 中加入20.00 mL 砷标准溶液,再依次加入一定量的盐酸、KI 溶液和SnCl2溶液,室温放置10
min,使砷元素全部转化为H3AsO3。
②向B 中加入足量锌粒(含有ZnS 杂质),立即塞上装有乙酸铅棉花的导气管C,并使C 管右侧末端插
入比色管D 中银盐吸收液的液面下,控制反应温度25~40 ℃。45 min 后,打开K1通入N2,生成的砷化
氢气体被完全吸收,Ag+被还原为红色胶态银。
③用明矾样品代替20.00 mL 砷标准溶液进行实验,相同条件下生成相同量红色胶态银,需要5.0 g 明
矾样品。
(2)乙酸铅棉花的作用是 。
(3)Zn 与H3AsO3反应生成砷化氢的离子方程式:
。
(4)控制B 中反应温度的方法是 ,
反应中通入N2的作用是 。
(5)明矾样品中砷的含量为 %。
答案 (1)5 (2)除去H2S,以免干扰D 中反应
(3)H3AsO3+3Zn+6H+===AsH3↑+3Zn2++3H2O
(4)水浴加热 将砷化氢气体完全带入D 中,使其完全反应 (5)0.4
解析 (1)根据质量守恒,配制500 mL 含砷量为1.0 g·L-1 的砷标准溶液,需取用Na3AsO3 溶液
500 mL×1 g· L
−1
1.0×10
2 g· L
−1
=5 mL。(2)乙酸铅和H2S 反应生成PbS 沉淀,乙酸铅棉花的作用是吸收H2S。(4)
控制反应温度25~40 ℃的方法是水浴加热;打开K1通入N2,使生成的砷化氢气体被D 中银盐完全吸
收。(5)20.00 mL 砷标准溶液含砷量为0.02 L×1.0 g·L-1=0.02 g,明矾样品中砷的含量为0.02 g
5.0 g
×100%=0.4%。
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]按图示所示(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+;Cr2O7
2−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
。
答案 (1)容量瓶、量筒 (2)Sn2+易被空气氧化为Sn4+:2Sn2++O2+4H+===2Sn4++2H2O,加入Sn,发生反
应Sn4++Sn===2Sn2+,从而防止Sn2+被氧化 (3)加快赤铁矿试样的溶解 (4)偏小 (5)33.6cV
a
%
(6)①不存在重金属汞、铬的污染 ②H2O 溶液酸度过高时,KMnO4的氧化性越强,Cl-对Fe2+的测
定会有影响,酸度较低时Cl-对Fe2+的测定基本无影响
解析 (1)实验中配制K2Cr2O7标准溶液时需用到容量瓶和量筒,量取浓盐酸也要用到量筒,K2Cr2O7
标准溶液和SnCl2溶液均需盛放在酸式滴定管中,但图中给的是碱式滴定管。(2)Sn2+易被空气氧化
为Sn4+,配制SnCl2 溶液时加入少量锡粒,发生反应Sn+Sn4+===2Sn2+,Sn4+被还原为Sn2+,从而防止
Sn2+被氧化。(3)步骤Ⅰ中试样和浓盐酸反应时适当加热可加快反应速率。(4)步骤Ⅲ中,若未“立即
滴定”,会导致部分Fe2+被空气中的O2氧化,则滴定时消耗K2Cr2O7标准溶液的体积偏小,从而导致测
定
的
铁
含
量
偏
小
。
(5)
根
据
滴
定
时
发
生
反
应
:6Fe2++Cr2
O7
2−+14 H +===6 Fe3++2Cr 3++7 H 2O和消耗V mL的K 2Cr 2O7标准溶液可计算出铁矿石中铁的含量为
%。(6)①从环保角度看,SnCl2-TiCl3-KMnO4滴定法不存在重金属汞、铬的污染。②为了做对照实验,
实验ⅰ、ⅱ逐渐增大硫酸的浓度,空白实验为不加硫酸的对照组,为保持溶液总体积不变,且不引入
其他离子,则试剂X 应为H2O。结合实验ⅰ、ⅱ来看,当硫酸的浓度为0.1 mol·L-1时KMnO4溶液的
紫红色不褪去,说明Cl-与KMnO4未反应,当硫酸的浓度增至6 mol·L-1时KMnO4溶液的紫红色明显
变浅,说明此时KMnO4将溶液中Cl-氧化为Cl2,则溶液酸度过高时Cl-对Fe2+的测定会有影响。
3.(2023·重庆卷)煤的化学活性是评价煤气化或燃烧性能的一项重要指标,可用与焦炭(由煤样制得)反
应的CO2的转化率α 来表示。研究小组设计测定α 的实验装置如下:
(1)装置Ⅰ中,仪器a 的名称是 ;b 中除去的物质是 (填化学式)。
(2)①将煤样隔绝空气在900 ℃加热1 小时得焦炭,该过程称为 。
②装置Ⅱ中,高温下发生反应的化学方程式为
。
③装置Ⅲ中,先通入适量的气体X,再通入足量Ar 气。若气体X 被完全吸收,则可依据d 和e 中分别
生成的固体质量计算α。
ⅰ.d 中的现象是 。
ⅱ.e 中生成的固体为Ag,反应的化学方程式为
。
ⅲ.d 和e 的连接顺序颠倒后将造成α (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
ⅳ.在工业上按照国家标准测定α:将干燥后的CO2(含杂质N2的体积分数为n)以一定流量通入装置
Ⅱ反应,用奥氏气体分析仪测出反应后某时段气体中CO2 的体积分数为m,此时α 的表达式为
。
答案 (1)分液漏斗 HCl (2)①干馏
②CO2+C
2CO ③有白色沉淀生成 CO+2[Ag(NH3)2]OH===2Ag↓+(NH4)2CO3+2NH3 偏大
1−n−m
(1+m)(1−n)×100%
解析 (1)装置Ⅰ中,仪器a 的名称是分液漏斗;由于二氧化碳中含有挥发的氯化氢气体,因此b 中碳酸
氢钠与氯化氢反应,则除去的物质是HCl。(2)①将煤样隔绝空气在900 ℃加热1 小时得焦炭,即隔绝
空气加强热使之分解,则该过程称为干馏。②装置Ⅱ中,高温下二氧化碳和焦炭反应生成一氧化碳,
其发生反应的化学方程式为CO2+C
2CO。③ⅰ.d 中二氧化碳和氢氧化钡反应生成碳酸钡沉淀
和水,其反应的现象是有白色沉淀生成。ⅱ.e 中生成的固体为Ag,根据氧化还原反应分析得到CO
变为碳酸铵,则反应的化学方程式为CO+2[Ag(NH3)2]OH===2Ag↓+(NH4)2CO3+2NH3。ⅲ.d 和e 的连
接顺序颠倒,二氧化碳溶于银氨溶液,导致二氧化碳与氢氧化钡反应的量减少,则将造成α 偏大。ⅳ.
在工业上按照国家标准测定α:将干燥后的CO2(含杂质N2的体积分数为n)以一定流量通入装置Ⅱ反
应,用奥氏气体分析仪测出反应后某时段气体中CO2的体积分数为m,设此时气体物质的量为b mol,
二氧化碳物质的量为bm mol,原来气体物质的量为a mol,原来二氧化碳物质的量为a(1-n) mol,氮气
物质的量为an mol,则消耗二氧化碳物质的量为[a(1-n) -bm] mol,生成CO 物质的量为2[a(1-n) -bm]
mol,则有b=an+bm+2[a(1-n) -bm],解得:b=a(2−n)
1+m
,此时α 的表达式为[a(1−n)−a(2−n)
1+m
m]mol
a(1−n)mol
×100%=1−n+m−mn−2m+nm
(1+m)(1−n)
×100%=
1−n−m
(1+m)(1−n)×100%。
4.(2024·河北张家口模拟)氧钒碱式碳酸铵晶体[(NH4)5(VO)6(CO3)4(OH)9·xH2O]是制备多种光、电、
磁材料的中间体,难溶于水,易被氧化,可用NH4HCO3与VOCl2反应制备。科研小组在实验室中对氧
钒碱式碳酸铵晶体的制备和组成进行探究。回答下列问题:
Ⅰ.制备氧钒碱式碳酸铵晶体的装置和步骤如下。
步骤一:按图安装好仪器,添加药品;
步骤二:打开K1,通入足量CO2,充分反应后,关闭K1、打开K2,向三颈烧瓶中滴加适量VOCl2溶液;
步骤三:C 中反应充分进行后,经一系列操作得到产品。
(1) 图中盛放VOCl2 溶液的仪器名称为 ; 试剂X 的作用为
;
VO2+中V 元素的化合价为 。
(2)步骤二中,通入足量CO2的作用为
。
滴加VOCl2溶液时,参与反应的VO2+与NH 4
+的物质的量之比为 。
Ⅱ.组成测定
(3)测定含钒量(杂质不参加反应):准确称量m g 产品,用适量稀硫酸溶解后,依次加入稍过量的酸性
KMnO4 溶液、NaNO2 溶液、尿素, 充分反应后, 用c mol·L-1 FeSO4 标准溶液滴定(VO2
++Fe2+
+2H+===VO2++Fe3++H2O),达到滴定终点时消耗标准液的体积为V mL。则加入NaNO2溶液的作用
为 ;
产品中钒元素的质量分数为 (用代数式表示)。
(4)测定结晶水含量:称取纯化后的产品4.26 g,充分煅烧后,称得生成V2O5的质量为2.184 g,则x=
。
答案 (1)分液漏斗 吸收CO2中的HCl,提高产品产率 +4 价
(2)排尽装置中空气,防止原料或产品被氧化,与氨水充分反应全部转化为NH4HCO3,提高原料的利用
率 6∶5
(3)除去过量的KMnO4,防止影响测定结果 0.051cV
m
×100% (4)10
解析 (2)由信息和原理知,步骤二中,通入足量CO2可排尽装置中空气,防止原料或产品被氧化,并与
氨水充分反应全部转化为NH4HCO3,提高原料的利用率;滴加VOCl2溶液后,与NH4HCO3反应制得产
品,根据元素守恒可得知,参与反应的VO2+与NH 4
+的物质的量之比为6∶5。(3)为使+4 价V 元素被完
全氧化为+5 价,所加酸性KMnO4溶液需适当过量,故加入NaNO2溶液的作用为除去过量的KMnO4,
防止影响测定结果;由反应原理可得关系式(NH4)5(VO)6(CO3)4(OH)9·xH2O~6VO2+~6VO2
+~6Fe2+,则产品
中钒元素的质量分数为c mol· L
−1×V ×10
−3 L×51 g·mol
−1
m g
×100 % = 0.051cV
m
×100%。(4)由题中数
据计算得2.184 g V2O5的物质的量为0.012 mol,则(NH4)5(VO)6(CO3)4(OH)9·xH2O 的物质的量为0.004
mol、摩尔质量为4.26 g
0.004 mol=1 065 g·mol-1,计算得x=1 065−885
18
=10。
