第70讲 以物质含量或组成测定为主的综合实验[复习目标] 1.掌握物质组成或含量测定的一般方法 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”1．某小组同学取含有少量CuO杂质的Cu2O样品进行如下实验，以测定氧化亚铜的纯度1)装置a中所加的酸X是________________(填化学式)2)通过测定下列物理量，能达到实验目的的是______________(填字母)A．反应前后装置a的质量B．充分反应后装置c所得固体的质量C．反应前后装置d的质量D．反应前后装置e的质量(3)熄灭酒精灯之后，仍需通一段时间H2至试管冷却，原因是____________________________答案 (1)H2SO4 (2)BC (3)防止Cu单质被重新氧化解析 该实验通过氢气还原铜的氧化物，得到铜单质和水，通过称量氧化物反应前后的质量或者称量生成水的质量以确定氧化铜和氧化亚铜的质量，则a中应选用不挥发性的稀硫酸与锌反应制取氢气，用浓硫酸干燥氢气后，再通入c中，加热条件下氢气还原铜的两种氧化物得到铜单质和水，生成的水进入d中被碱石灰吸收，可通过称量其反应前后的质量差确定水的质量，装置e的目的是防止空气中的水蒸气进入d中干扰实验测定；实验结束后需再通一段时间氢气，使产生的铜单质在氢气氛围中冷却下来，以防止其被氧化。
2．(2022·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H3AsO3②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)写出Zn与H3AsO3反应生成砷化氢的离子方程式并用单线桥表示电子转移的方向和数目： ________________________________________________________________________。
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)(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＝5 mL2)乙酸铅和H2S反应生成PbS沉淀，乙酸铅棉花的作用是吸附H2S4)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×100%＝0.4%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 mL3)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1．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.NH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 3.030 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(NH)的值将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)Ⅱ.SO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 g4)步骤①中，判断BaCl2溶液已过量的实验操作和现象是_____________________________5)步骤②中，采用冷水洗涤沉淀，其主要目的是_____________________________________。
6)结合实验Ⅰ、Ⅱ通过计算得出晶体X的化学式为________________________答案 (1)分液漏斗(2)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(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)待浊液分层后，向上层清液中加入1～2滴BaCl2溶液，若无白色浑浊出现，则说明BaCl2溶液已过量(5)尽可能减少沉淀的溶解损失，减小实验误差(6)(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，与氨气反应的硫酸的量增多，造成所测n(NH)的值偏大6)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3.030 mol·L－1×0.05 L×2－0.003 mol＝0.3 mol，即n(NH)＝0.3 mol；69.90 g沉淀为BaSO4，则n(SO)＝＝0.3 mol；利用电荷守恒：n(NH)＋2n(Fe2＋)＝2n(SO)，得n(Fe2＋)＝0.15 mol；再利用质量守恒得m(H2O)＝58.80 g－m(NH)－m(SO)－m(Fe2＋)＝16.2 g，则n(H2O)＝ 0.9 mol，故n(NH)∶n(Fe2＋)∶n(SO)∶n(H2O)＝2∶1∶2∶6，晶体X的化学式为(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O。
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80.0062.00加热后80.3662.88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__________。