科学探究4定量探究.docx

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科学探究4定量探究

定量探究

1.为了探究碳酸钠和石灰水是否恰好完全反应，某化学兴趣小组将其产物进行过滤，并对滤液进行如下探究。

【提出问题】所得滤液的溶质是什么？

【作出猜想】

猜想Ⅰ：

溶质是NaOH、Ca（OH）2

猜想Ⅱ：

溶质是NaOH、Na2CO3

猜想Ⅲ：

溶质是________________。

你做出猜想Ⅲ的理由是__________________________。

【实验过程】

实验操作

实验现象

实验结论

①取少量滤液于试管中，滴加过量稀盐酸

无气泡产生

猜想________不成立

②取少量滤液于试管中，滴加________溶液

_____________

猜想Ⅰ成立。

反应的化学方程式是________________________

【拓展反思】操作②中通入气体物质______________（写化学式）也可得到相同的结论。

【定量研究】称取20g烧碱固体样品（样品中的杂质是碳酸钠），配成溶液，然后向溶液中加入稀盐酸，产生二氧化碳的量如图所示。

试计算样品中氢氧化钠的质量分数（写出计算过程）。

第1题图

2.（2015盐城）实验室中有一瓶长期使用的氢氧化钠固体样品，某兴趣小组的同学对该样品的成分及含量进行探究。

【发现问题】该样品中含有哪些物质？

【查阅资料】①NaOH在空气中不会转化成NaHCO3。

②BaCl2溶液呈中性，Ba（OH）2是可溶性强碱。

③CO2在饱和的NaHCO3溶液中几乎不溶解。

【提出猜想】猜想Ⅰ：

NaOH；

猜想Ⅱ：

Na2CO3;

猜想Ⅲ：

NaOH和Na2CO3

【设计实验】

【收集证据】

（1）若现象A是有气泡产生，则X溶液为__________，则________（填“猜想Ⅰ”、“猜想Ⅱ”或“猜想Ⅲ”）不成立。

（2）若X溶液为BaCl2溶液，现象A是有白色沉淀生成，则产生该沉淀的化学方程式为____________________________。

取反应后的上层清液，测定其pH，当pH________7（填“>”、“<”或“＝”），则证明猜想Ⅲ成立。

【定量分析】

确定部分变质样品中Na2CO3的质量分数。

兴趣小组的同学用如图所示装置进行实验。

步骤如下：

①按图连接好装置，并检查气密性；

②准确称取该样品1.0g，放入烧瓶内；

③打开活塞，滴加30.0%的稀硫酸至过量，关闭活塞；

④反应结束后，量筒内液体读数为55.0mL。

（已知：

室温条件下，CO2的密度约为1.6g·L－1）

第2题图

（1）B装置集气瓶内原有的空气对实验结果________（填“有”或“没有”）影响。

饱和碳酸氢钠溶液如果用水代替，则所测CO2的体积________（填“偏大”、“偏小”或“不变”），理由是________________________________________________。

（2）计算该固体样品中Na2CO3的质量分数。

（写出计算过程，计算结果保留一位小数）

【实验反思】有同学提出，上述三种猜想并不全面。

请再提出一种合理猜想________________________________________________________________________。

3.（2015武汉）有些晶体按比例带有一定量的结晶水，带有结晶水的晶体在一定温度下会脱去结晶水。

草酸晶体（H2C2O4·xH2O）在常温下是一种无色透明晶体。

草酸晶体受热时分解的化学方程式为：

H2C2O4·xH2O

（x＋1）H2O＋CO2↑＋CO↑

某化学兴趣小组的同学利用该信息以及所学的知识设计并开展实验，测定草酸晶体中结晶水的质量分数。

（图中固定装置已略去，装置气密性良好，装置A、B中的试剂足量，注射器量程足够）

第3题图

Ⅰ.测量装置A、B的质量，排尽注射器中的空气，连接装置；

Ⅱ.取质量为m的草酸晶体，加热至完全分解，将产物全部通入以上装置；

Ⅲ.测量并记录装置A增加的质量为a，装置B增加的质量为b，装置C读数为V；

Ⅳ.甲、乙、丙三位同学分别利用装置A、B、C所得数据计算该草酸晶体中结晶水的质量分数。

请回答下列问题：

（1）装置A中盛放的液体是____________，装置B的作用是________________________；装置C的作用之一是测量__________________的体积。

（2）乙同学对利用装置B测量结果计算的可靠性进行反思与评价，认为反应后装置A中残留的气体会使自己的计算结果________________（填“偏小”或“偏大”）。

（3）甲同学依据装置A测量结果计算结晶水的质量分数为______________（用代数式表示）。

4.（2015贵港）某兴趣小组先往甲、乙试管中各加入2mL10%的CuSO4溶液，再往甲试管中加入5mL、乙试管中滴入2滴10%的NaOH溶液，观察到甲试管中有蓝色沉淀生成，乙试管中有浅绿色沉淀生成。

【实验讨论】得到的蓝色沉淀一定是氢氧化铜，写出反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

那么浅绿色沉淀是什么呢？

【查阅资料】

（1）NaOH溶液和CuSO4溶液反应可生成碱式硫酸铜，它是浅绿色固体，受热会分解。

（2）碱式硫酸铜有多种可能的组成，如Cu2（OH）2SO4、Cu3（OH）4SO4或Cu4（OH）6SO4，它们的相对分子质量分别为：

258、356、454。

（3）SO2气体能使酸性高锰酸钾溶液褪色。

【实验探究】该小组对碱式硫酸铜产生了兴趣，想探究碱式硫酸铜受热分解的产物。

【实验设计】取少量碱式硫酸铜加入试管中并按以下流程进行实验：

第4题图）

实验结束后，试管中残留有黑色固体，滴入稀硫酸黑色固体溶解，溶液呈蓝色，证明黑色固体是CuO；B中无水CuSO4变蓝色，证明有水生成；C中___________________________证明生成SO2；D中气体能使带火星的木条复燃，证明生成O2。

【实验反思】

（1）当NaOH溶液和CuSO4溶液反应时，只要控制CuSO4溶液的量一定，NaOH溶液________（填“过量”或“不足”）时就能生成浅绿色沉淀，此实验利用的科学方法是____________（填“控制变量法”或“对比观察法”）。

（2）碱式硫酸铜可表示为：

aCu（OH）2·bCuSO4，则Cu4（OH）6SO4还可表示为：

__________________。

【拓展延伸】

（1）当反应物的量不同，产物可能不同，试另举一个例子：

____________________________。

（2）为了确定所得浅绿色沉淀的组成，再进行后续实验，取8.9g碱式硫酸铜放入试管中加热，充分反应后生成了0.9g水，通过计算确定所得浅绿色沉淀的化学式为_________。

5.（2013连云港）某研究性学习小组的同学用电解水的方法测定水的组成后，提出问题：

“测定水的组成还有其他的方法吗？

”经过讨论后，得到了肯定的答案，邀请你一起对此展开探究。

（第5题图）

【设计方案】甲同学利用氢气还原氧化铜的原理和上图装置及药品进行实验（操作规范）。

装置A中发生反应的化学方程式为________________________，洗气瓶B中浓硫酸的作用为____________________。

【实验探究】当玻璃管中固体由黑色变为红色时，实验测得：

①装置C的玻璃管和其中固体的总质量在反应后减少了1.6g；②装置D的干燥管和其中物质的总质量在反应后增加了1.82g，用此数据算得水中H、O元素的质量比为________，而由水的化学式算得H、O元素的质量比为________。

【分析交流】针对上述结果与理论值有偏差，乙同学认为：

该装置存在缺陷，此观点得到了大家的认同，你对此改进的方法是_______________________________________（假设生成的水完全被D中碱石灰吸收，装置内空气中的水蒸气、CO2忽略不计）。

小组同学用改进后的装置重新实验得到了正确结果。

【意外发现】丙同学不小心将反应后的少量红色固体a洒落到稀硫酸中了，发现除了有红色固体b以外，溶液的颜色由无色变为蓝色。

【提出问题】铜与稀硫酸是不反应的，这里溶液的颜色为什么会变蓝呢？

【查阅资料】①CuO被还原的过程中会有Cu2O生成，Cu2O也能被还原成Cu；

②Cu2O固体是红色的，它与稀硫酸的反应为：

Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。

【得出结论】红色固体a中含有Cu2O。

【分析交流】红色固体a中含有Cu2O是否会影响水组成的测定结果________（填“影响”或“不影响”）。

【提出猜想】针对红色固体a的成分，小组同学提出猜想①是：

Cu2O和Cu；猜想②是：

________________________________________________________________________。

【拓展探究】丁同学利用改进后的装置及药品重新实验，通过测量反应前后固体质量的方法去确定哪种猜想成立，他已称得：

①玻璃管的质量；②反应前红色固体a和玻璃管的总质量，完全反应后，你认为他还需要称量______________________________________的质量。

【教师点拨】称取一定质量的红色固体a与足量的稀硫酸充分反应后，经过滤、洗涤、干燥后再称量红色固体b的质量，也可以确定哪种猜想成立。

【定量分析】小组同学再次实验，他们开始称取质量为3.6g的红色固体a，与足量的稀硫酸完全反应后得到红色固体b为2g。

假如3.6g红色固体a都是Cu2O，请你计算出生成铜的质量（利用Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O进行计算，写出计算过程）；然后，通过与实际得到的固体2g进行比较，判断猜想________成立（填“①”或“②”）。

6.（2013扬州）某研究小组欲检验草酸晶体样品分解产物并测定其质量分数（假设杂质不参与反应）。

草酸晶体（H2C2O4·2H2O）的部分理化性质见表1。

表1　草酸晶体的部分理化性质

熔点

沸点

热稳定性

与碱反应

101℃～

102℃

150℃～

160℃

升华

100.1℃失去结晶水，175℃分解成CO2、CO、H2O

与Ca（OH）2反

应产生白色沉淀

（CaC2O4）

（1）加热分解草酸晶体最适宜的装置是________（填字母序号）。

第6题图1

（2）以下是验证热分解产物中含CO、CO2的装置。

第6题图2

①仪器a和b的名称分别是________和________；

②证明存在CO2的现象是______________，证明存在CO的现象是__________________，D中反应的化学方程式是_______________________________________________________;

③装置A的作用是____________________________，气囊的作用是________________。

（3）为测定样品中草酸晶体的质量分数，设计如下两种方案。

①称一定量样品用上图装置进行实验，测得装置D反应前后的质量差，由此计算出的实验结果比实际值明显偏低，排除仪器和操作的因素，其原因可能有：

CO未完全反应、________________；

②称取8.75g草酸晶体样品配制50.00g溶液，取10.00g溶液加适量的稀硫酸，然后滴加25.00g3.16%KMnO4溶液，恰好反应完全。

（已知：

2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O）

则：

KMnO4溶液显________色，25.00g3.16%KMnO4溶液中KMnO4的质量________g。

请计算样品中H2C2O4·2H2O的质量分数。

[写出计算过程，Mr（H2C2O4）＝90，Mr（H2C2O4·2H2O）＝126，Mr（KMnO4）＝158]

针对训练（答案）

1.【作出猜想】NaOH　二者恰好完全反应

【实验过程】①Ⅱ　②Na2CO3　有白色沉淀生成　Ca（OH）2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaOH

【拓展反思】CO2

【定量研究】

解：

设反应消耗杂质碳酸钠的质量为x

Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑

106　　　　　　　　　　　　　　44

x　　　　　　　　　　　　　　　4.4g

＝

　　　　x＝10.6g

氢氧化钠的质量分数为

×100%＝47%

答：

样品中氢氧化钠的质量分数为47%。

【解析】【作出猜想】碳酸钠与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，如果恰好完全反应，则溶质只有氢氧化钠，若碳酸钠过量，溶液中的溶质为氢氧化钠和碳酸钠；若氢氧化钙过量，溶液中的溶质为氢氧化钠和氢氧化钙。

【实验过程】稀盐酸能与碳酸钠反应产生气体，所以往样品中加入过量的稀盐酸，如果没有气泡产生说明溶液中不存在碳酸钠，则猜想Ⅱ不成立；氢氧化钙能与碳酸钠反应生成碳酸钙沉淀，所以往样品中加入碳酸钠溶液，如果有白色沉淀生成，说明样品中有氢氧化钙，猜想Ⅰ成立。

【拓展反思】氢氧化钙能与二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀，所以验证猜想Ⅰ成立，除往样品中加入碳酸钠溶液外，也可向样品中通入二氧化碳，通过观察是否有白色沉淀生成，判断溶液中是否存在氢氧化钙。

2.【收集证据】

（1）稀盐酸（或稀硫酸）　猜想Ⅰ

（2）Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl　>

【定量分析】

（1）没有　偏小　CO2会部分溶于水，使收集的气体体积减小

（2）解：

设样品中Na2CO3的质量为xg

CO2的质量＝1.6g·L－1×0.055L＝0.088g

H2SO4＋Na2CO3===Na2SO4＋H2O＋CO2↑

　　10644

　　　x0.088g

＝

　x＝0.212g

Na2CO3的质量分数为

×100%＝21.2%。

【实验反思】Na2CO3和NaHCO3

【解析】【收集证据】

（1）因为产生气体，只能考虑有Na2CO3，所以X是稀盐酸或者稀硫酸。

就排除猜想Ⅰ。

（2）若加入氯化钡溶液，就发生Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl，因为溶液中有NaOH，溶液的pH>7。

【定量分析】

（1）容器中的气体不影响实验，因为反应后集气瓶里面的气体不变，外面的大气压一定。

若改用水，CO2会部分溶于水，使收集的气体减少。

（2）先求出CO2的质量为1.6g·L－1×0.055L＝0.088g，将它代入化学方程式进行计算，求出Na2CO3的质量为0.212g，质量分数就是21.2%。

【实验反思】NaOH在空气中不能生成碳酸氢钠，但它有吸水性，可以变成溶液，有可能含有碳酸氢钠。

3.

（1）浓硫酸　吸收反应生成的二氧化碳　反应生成的一氧化碳

（2）偏大　（3）

【解析】结合实验目的，根据草酸晶体受热分解生成水、二氧化碳、一氧化碳分析，可利用浓硫酸吸收反应生成的水、利用氢氧化钠溶液吸收反应生成的二氧化碳，通过A、B增加的质量确定反应生成水、二氧化碳的质量，然后利用反应中草酸晶体、水或草酸晶体、二氧化碳的质量比，计算草酸晶体中结晶水的个数，从而计算草酸晶体中结晶水的质量分数。

（1）根据以上分析可知：

A、B分别为浓硫酸、氢氧化钠溶液中的一种，如果A是氢氧化钠溶液，从A导出的气体中可能含有从A中带出的水分导致测量数值不准确，可确定应先通过浓硫酸吸收反应生成的水，所以A中盛放浓硫酸、B中盛放氢氧化钠溶液，B的作用是吸收反应生成的二氧化碳，装置C既可测量反应生成的一氧化碳体积，同时还能收集一氧化碳，防止其逸散到空气中造成污染。

（2）反应后装置A中残留的气体会使装置B增加的质量b偏少，即所测生成二氧化碳的质量偏小，利用草酸晶体与二氧化碳的质量比，列出比例式：

＝

，据此计算的x值会偏大，导致最终所测结晶水的质量分数偏大。

（3）装置A增加的质量为a，说明质量为m的草酸晶体分解生成水的质量为a，利用反应中草酸晶体与水的质量比，列出比例式：

＝

，解得x＝

，则草酸晶体的化学式为：

H2C2O4·

H2O，则草酸晶体中结晶水的质量分数为：

×100%，化简得：

。

4.【实验讨论】2NaOH＋CuSO4===Cu（OH）2↓＋Na2SO4

【实验设计】酸性高锰酸钾溶液由紫色变为无色（或酸性高锰酸钾溶液褪色）

【实验反思】

（1）不足　控制变量法　

（2）3Cu（OH）2·CuSO4

【拓展延伸】

（1）碳与氧气反应，氧气足量时生成二氧化碳，氧气不足时生成一氧化碳（合理即可）　

（2）Cu3（OH）4SO4

【解析】【实验讨论】硫酸铜与氢氧化钠反应生成氢氧化铜蓝色沉淀和硫酸钠；【实验设计】C中盛放的是酸性高锰酸钾溶液，【查阅资料】（3）可知，二氧化硫气体能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故当气体通入后，酸性高锰酸钾溶液由紫色变为无色证明生成SO2；【实验反思】

（1）从实验中可知，向2mL10%的硫酸铜溶液中加入5mL10%氢氧化钠溶液时，生成的是氢氧化铜，加2滴时，生成的是碱式硫酸铜，说明当氢氧化钠的量不足时，生成的是碱式硫酸铜；这个实验中，只有加入的氢氧化钠的量不同这一个变量，其他条件都相同，属于控制变量法。

（2）碱式硫酸铜的化学式可以写成氢氧化铜分子带硫酸铜分子的形式，但分子中原子的个数不变，故Cu4（OH）6SO4可写成3个氢氧化铜分子带1个硫酸铜分子的形式，即3Cu（OH）2·CuSO4。

【拓展延伸】

（1）举例要注意反应物的种类必须相同，反应条件相同，只是反应物的量不同，生成物不同的反应，如碳与氧气反应。

（2）碱式硫酸铜在密闭的试管中加热，生成了0.9g水，根据质量守恒定律，水中的氢元素都来自碱式硫酸铜，则碱式硫酸铜中氢元素的质量为0.9g×

×100%＝0.1g；该物质中氢元素质量与物质的质量比为0.1g∶8.9g＝1∶89，而Cu2（OH）2SO4中氢元素质量与物质的质量比为2∶258＝1∶129，Cu3（OH）4SO4中氢元素质量与物质的质量比为4∶356＝1∶89；Cu4（OH）6SO4中氢元素质量与物质的质量比为6∶454≈1∶76，故该物质是Cu3（OH）4SO4。

5.【设计方案】Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑　吸收水蒸气（或干燥氢气）　【实验探究】1.1∶8（或11∶80）　1∶8　【分析交流】在D装置后，再连接一个盛碱石灰的干燥管，防止空气中水蒸气和CO2进入D装置　【分析交流】不影响　【提出猜想】Cu2O　【拓展探究】反应后红色固体和玻璃管　【定量分析】①

解：

假设3.6g红色固体a都是Cu2O，设生成铜的质量为x

Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O

144　64

3．6g　x

＝

x＝1.6g

由于1.6g<2g，因此红色固体a中含有Cu2O和Cu。

【解析】【实验探究】电解水实验之所以能说明水的组成，是根据化学反应前后元素种类不变得出的，同理，本题利用了氢气还原氧化铜生成水实验，也可以说明水的组成。

C中氢气还原氧化铜后，氧化铜失去氧变成铜，所以固体减少1.6g，即氧元素质量为1.6g，碱石灰吸收生成的水，其质量增加了1.82g，即表示生成的水质量为1.82g，则其中氢元素质量为1.82g－1.6g＝0.22g，氢元素与氧元素质量比为0.22∶1.6，化简得11∶80（或1.1∶8），根据水的化学式算出氢元素和氧元素质量比1∶8。

【分析交流】实验过程中D装置与空气相通，所以它除了吸收生成的水也吸收空气中的水和二氧化碳，所以测的质量不准确，为了排除空气的干扰，可以在D装置后再加一个相同装置。

【分析交流】无论红色固体中是否有Cu2O，我们测的质量减少的是被氢气还原生成的水中的氧，所以对结果没有影响。

【提出猜想】猜想红色固体的成分，可能是Cu2O和Cu的混合物，也可能全部是Cu2O，但不可能全部是铜，如果全部是铜，铜不与稀硫酸反应，所以不会看到溶液的颜色由无色变为蓝色。

【拓展探究】丁同学已称得玻璃管的质量以及反应前红色固体a和玻璃管的总质量，完全反应后，他还需要称量反应后红色固体和玻璃管的总质量，前后质量的差值即为被夺走的氧元素的质量。

6.

（1）c　

（2）①烧杯　酒精灯　②装置B中澄清石灰水变浑浊　装置D中固体由黑色变成（紫）红色　CO＋CuO

Cu＋CO2　③冷凝草酸（或防止未反应的草酸进入装置B生成草酸钙沉淀，影响CO2的测定）　收集CO等气体（或防止CO污染空气）　（3）①部分草酸升华（或部分草酸未分解）　②紫（红）　0.79

解法一：

设参加反应的草酸质量为x

2KMnO4　～　5H2C2O4

316450

0．79gx

＝

x＝1.125g

草酸晶体的质量分数＝

×100%＝90.00%

答：

略。

解法二：

设参加反应的草酸晶体质量为x

2KMnO4～5H2C2O4·2H2O

316630

0．79gx

＝

x＝1.575g

样品中H2C2O4·2H2O的质量分数＝

×100%＝90.00%　

答：

略。

【解析】

（1）加热草酸晶体装置的选择，从反应原理来看，应选择固体加热型，根据已有的经验，很容易选a，其实所给三套装置都是固体加热型装置，这时就需要仔细比较它们的异同。

b中试管口向上倾斜了，故b错误；再仔细比较a、c的异同。

结合草酸晶体熔点较低，很容易熔化的性质，正确答案选c。

（2）证明存在CO2的现象是B中的澄清石灰水变浑浊，证明存在CO的现象是D中黑色粉末变成红色；装置A的作用是冷凝草酸或防止未反应的草酸进入装置B生成草酸钙沉淀，影响CO2的测定。

气囊的作用是收集多余的CO，防止污染空气。

（3）关于草酸晶体质量分数的计算，需要注意的是求草酸晶体的质量分数，而不是草酸的质量分数，它含有结晶水，其次要注意原来的样品8.75g配成了50g溶液，而实际反应的只有10g溶液，即计算出的草酸晶体的质量应该再乘以5。