跟踪检测（六十一）大题考法（2）——定量实验的设计与评价1．某助熔剂具有较好的热稳定性，是两种常见钠盐的混合物，其中一种组分是NaCl。为确定另一种组分X及其含量，甲、乙两个小组进行了以下实验。(1)取适量样品，注入装置A中，测定组分X的化学式。①甲组用图Ⅰ的装置进行实验，观察到相应实验现象，则X的化学式是________。②乙组只用图Ⅰ中装置A和C进行实验，得到与甲组相同的实验结论，则分液漏斗中盛装的溶液应换为__________，原因是_______________________________________。(2)甲、乙组分别用以下方法测定组分X的含量。①甲组用装置A和图Ⅱ中所示的部分装置(可重复选用)进行实验。请选择必要的装置，依次连接的合理顺序为装置A后接________(填仪器接口的字母)。完成一组实验，除样品的质量外，还需测定的实验数据有_________________________________________________。②乙组用酸碱滴定法测定X的含量。准确称取两份样品，滴入少量水润湿后，分别加入0.2000mol·L－1的盐酸40.00mL，加入2滴酚酞作为指示剂，用0.2000mol·L－1的NaOH溶液滴定过量盐酸至终点，实验数据列于下表中。m试样/gV(NaOH)/mL滴定前刻度滴定后刻度0.32000.5220.480.32000.3520.39Ⅰ.滴定过程中选用的滴定管是________________。Ⅱ.滴定至终点时的现象为______________________________________________。Ⅲ.样品中X的质量分数为__________________。③乙组测得的X含量比实际值偏高，可能的原因是_________(填字母)。A．用NaOH溶液润洗滴定管B．滴定终点读数时仰视液面刻度C．滴定时少量溶液溅出锥形瓶D．滴定终点时滴定管尖嘴部分出现气泡
解析：(1)①与盐酸反应得到的气体不能使品红溶液褪色，而能使澄清石灰水变浑浊，说明生成的气体为CO2，则该助熔剂中含有Na2CO3或NaHCO3，由于NaHCO3受热易分解，热稳定性较差，所以X是Na2CO3。②乙组只用装置A和C即可得到相同的实验结论，说明反应过程中只有CO2生成，则分液漏斗中应盛装稀硝酸，以排除亚硫酸钠或亚硫酸氢钠的影响。(2)①测定原理应为向样品中加入足量稀盐酸，使Na2CO3完全反应生成CO2，干燥后用碱石灰吸收，称量盛碱石灰的干燥管实验前后的质量，二者之差即为生成的CO2的质量。②NaOH溶液应盛在碱式滴定管中，到达滴定终点时，溶液由无色变成红色，且30秒内不褪色。两次滴定消耗NaOH溶液的体积的平均值为20.00mL，则样品消耗盐酸n(HCl)＝0.2000mol·L－1×0.04000L－0.2000mol·L－1×0.02000L＝0.004mol，n(Na2CO3)＝n(HCl)＝0.002mol，则样品中Na2CO3的质量分数为×100%＝66.25%。③滴定时，滴定管必须用标准溶液润洗，不会造成误差，A项不符合题意；滴定终点读数时仰视液面刻度，使所读数值偏大，则样品消耗盐酸的体积偏小，最终结果偏小，B项不符合题意；溶液溅出锥形瓶，消耗NaOH溶液的体积偏小，则样品消耗盐酸的体积偏大，最终结果偏大，C项符合题意；滴定终点时滴定管尖嘴部分出现气泡，会造成盐酸所消耗NaOH溶液的体积偏小，则样品消耗盐酸的体积偏大，最终结果偏大，D项符合题意。答案：(1)①Na2CO3 ②稀硝酸 Na2CO3和Na2SO3(或NaHSO3)分别与稀硝酸反应，装置C中的实验现象不同(2)①e，f，d，c，d(其他合理答案也可) 盛装碱石灰的干燥管实验前后的质量 ②Ⅰ.碱式滴定管 Ⅱ.溶液由无色变成红色，且30秒内不褪色 Ⅲ.66.25% ③CD2．(2021·天门模拟)工业用氧化铝与焦炭在氮气流中加强热制备氮化铝(AlN)，氮化铝样品中含少量Al4C3、C、Al2O3杂质。某实验小组拟测定ag氮化铝样品中Al4C3含量并探究甲烷与氧化铜反应的氧化产物为CO2。已知：(Ⅰ)AlN、Al4C3都能与水反应，分别生成NH3、CH4。(Ⅱ)CH4还原氧化铜：CH4＋4CuO4Cu＋CO2＋2H2O。(1)装置连接顺序为________________(按气流从左至右)。(2)写出A中发生反应的化学方程式：AlN和稀硫酸反应：____________________________________________________；Al4C3与稀硫酸反应：__________________________________________________。(3)有下列操作步骤：
①缓缓向A中通入一定量的N2。②称量B(酒精灯、木块和铁架台除外)，按顺序组装仪器，检查装置的气密性，将样品放入烧瓶中；③点燃B处酒精灯；④再次称量B；⑤从分液漏斗中缓慢滴入稀硫酸，直到不再产生气体为止；⑥再次缓慢通入一定量的N2。正确的操作顺序是____________________；操作①的目的是_____________________；若操作③与操作⑤顺序颠倒，将导致测得的Al4C3的质量分数________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。(4)设计实验证明A中有NH生成：________________________________________________________________________________________________________________。(5)实验结束后，测得B中固体质量减少bg，则样品中Al4C3的质量分数为________×100%。(6)通过测定C中生成BaCO3的质量可以确定甲烷与氧化铜反应是否有CO生成。实验完毕后，测得B中固体质量减少bg；对C中混合物进行过滤、洗涤、干燥、称重，当m(BaCO3)＝________g时(用含b表达式表示)，表明氧化产物只有CO2。解析：(1)A装置中样品与稀硫酸反应产生NH3和CH4，NH3溶于A中的水溶液中，从A中出来的气体有CH4和水蒸气，经过D装置碱石灰的干燥得到干燥纯净的CH4，通入B装置中与CuO反应生成CO2，再将产生的CO2气体通入浓Ba(OH)2溶液，Ba(OH)2溶液变浑浊，故正确的顺序为A、D、B、C。(2)AlN和稀硫酸反应，可以先考虑AlN与水反应生成氨气和氢氧化铝，然后氨气和氢氧化铝再与硫酸反应生成硫酸铝和硫酸铵，再将两个方程式相加可得对应的化学方程式为2AlN＋4H2SO4===Al2(SO4)3＋(NH4)2SO4；同样的道理可得Al4C3与稀硫酸反应的化学方程式为Al4C3＋6H2SO4===2Al2(SO4)3＋3CH4↑。(3)组装好装置并检查气密性，加入试剂，同时称量B的质量，然后向A中通入N2，排除装置中的空气，防止对实验的干扰，然后点燃B处酒精灯，再用分液漏斗放出稀硫酸，产生气体发生反应，待反应结束后再通入N2，将CH4完全赶入B中反应，并将产生的CO2气体全部排入浓Ba(OH)2溶液中，冷却后再称量B的质量，所以正确的实验步骤顺序是：②①③⑤⑥④；操作①的目的是排出装置内的空气，防止对实验的干扰；若操作③与操作⑤顺序颠倒，在未加热下CH4不会与CuO反应，而导致CH4的量损耗，从而所测Al4C3质量分数偏小。(5)B中固体质量的减少就是CuO中O元素的质量，所以O原子的物质的量为mol，所以CuO的物质的量也为mol，根据CH4＋4CuO4Cu＋CO2＋2H2O可知CH4的物质的量为CuO的物质的量的，即
CH4的物质的量为mol，所以Al4C3的物质的量为×mol＝mol，其质量为mol×144g·mol－1＝g，Al4C3的质量分数为g÷ag×100%＝×100%。(6)当CH4的氧化产物只有CO2时，根据方程式和第(5)问可知CO2的物质的量为CuO的物质的量的四分之一，所以CO2的物质的量为mol，则生成的BaCO3沉淀的质量为mol×197g·mol－1＝g，故当m(BaCO3)＝g时，CH4的氧化产物全为CO2。答案：(1)ADBC(2)2AlN＋4H2SO4===Al2(SO4)3＋(NH4)2SO4Al4C3＋6H2SO4===2Al2(SO4)3＋3CH4↑(3)②①③⑤⑥④ 排出装置内的空气，防止对实验的干扰 偏小(4)反应完毕后，取少量A中溶液于试管，滴加浓NaOH溶液，加热；用镊子夹一块湿润红色石蕊试纸放在试管口正上方，试纸变蓝色，则说明A中有NH，否则没有NH(5) (6)3．氢化铝锂(LiAlH4)是有机合成中的重要还原剂。某课题组设计实验制备氢化铝锂并测定其纯度。已知：氢化铝锂、氢化锂遇水都剧烈反应并产生同一种气体。Ⅰ.制备氢化锂选择图1中的装置制备氢化锂(有些装置可重复使用)：(1)装置的连接顺序(从左至右)为A→________________。(2)检查好装置的气密性，点燃酒精灯前需进行的实验操作是________________________________________________________________________。(3)写出制备氢化锂的化学方程式：__________________。Ⅱ.制备氢化铝锂1947年，Schlesinger、Bond和Finholt首次制得氢化铝锂，其方法是使氢化锂与无水三氯化铝按一定比例在乙醚中混合，搅拌，充分反应后，经一系列操作得到LiAlH4晶体。(4)写出氢化锂与无水三氯化铝反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
Ⅲ.测定氢化铝锂产品(不含氢化锂)的纯度(5)按图2装配仪器、检查装置气密性并装好试剂(Y形管中的蒸馏水足量，为了避免氢化铝锂遇水发生爆炸，蒸馏水中需掺入四氢呋喃作稀释剂)，启动反应的操作是______________________。读数之前，上下移动量气管右侧的容器，使量气管左、右两侧的液面在同一水平面上，其目的是________________________________。(6)在标准状况下，反应前量气管读数为V1mL，反应完毕并冷却之后，量气管读数为V2mL。该样品的纯度为______(用含a、V1、V2的代数式表示)。如果起始读数时俯视刻度线，测得的结果将________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。解析：(1)氢化锂遇水能够剧烈反应，因此生成的氢气需要干燥，并除去其中混有的H2S，因此需要先通过NaOH溶液除去硫化氢气体，再通过浓硫酸干燥，然后在C装置中发生反应生成氢化锂，为防止外界水蒸气进入装置，后面需要接干燥装置B，最后用排水集气法收集未反应的氢气，装置的连接顺序(从左至右)为A→D→B→C→B→E。(2)检查好装置的气密性，点燃酒精灯前需要首先制备氢气，并检验氢气的纯度，因此进行的实验操作为打开装置A中分液漏斗的活塞，一段时间后，用小试管在装置E的水槽中收集气体并验纯。(3)氢气与锂反应制备氢化锂的化学方程式为2Li＋H22LiH。(4)氢化锂与无水三氯化铝按一定比例在乙醚中混合，充分反应得到LiAlH4，反应的化学方程式为4LiH＋AlCl3===LiAlH4＋3LiCl。(5)启动反应时只需要倾斜Y形管，将蒸馏水(掺入四氢呋喃)全部注入ag产品中即可。读数之前，上下移动量气管右侧的容器，使量气管左、右两侧的液面在同一水平面上，可以确保量气管内气体的压强与大气压强相等，减少实验误差。(6)氢化铝锂、氢化锂遇水都剧烈反应并产生同一种气体为氢气，LiAlH4＋4H2O===LiOH＋Al(OH)3＋4H2↑，在标准状况下，反应前量气管读数为V1mL，反应完毕并冷却之后，量气管读数为V2mL，则生成的氢气为(V2－V1)mL，根据方程式，LiAlH4的物质的量为×，则样品的纯度＝×100%＝%。如果起始读数时俯视刻度线，导致V1偏小，结果偏高。答案：(1)D→B→C→B→E(2)打开装置A中分液漏斗的活塞，一段时间后，用小试管在装置E的水槽中收集气体并验纯(3)2Li＋H22LiH(4)4LiH＋AlCl3===LiAlH4＋3LiCl(5)倾斜Y形管，将蒸馏水(掺入四氢呋喃)全部注入ag
产品中 确保量气管内气体的压强与大气压强相等(6)% 偏高4．(天津高考)烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一，为了监测其含量，选用如下采样和检测方法。回答下列问题：Ⅰ.采样采样步骤：①检验系统气密性；②加热器将烟道气加热至140℃；③打开抽气泵置换系统内空气；④采集无尘、干燥的气样；⑤关闭系统，停止采样。(1)A中装有无碱玻璃棉，其作用为________________。(2)C中填充的干燥剂是(填标号)________。a．碱石灰 b．无水CuSO4 c．P2O5(3)用实验室常用仪器组装一套装置，其作用与D(装有碱液)相同，在虚线框中画出该装置的示意图，标明气体的流向及试剂。(4)采样步骤②加热烟道气的目的是_________________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.NOx含量的测定将vL气样通入适量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化成NO，加水稀释至100.00mL。量取20.00mL该溶液，加入v1mLc1mol·L－1FeSO4标准溶液(过量)，充分反应后，用c2mol·L－1K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2＋，终点时消耗v2mL。(5)NO被H2O2氧化为NO的离子方程式为________________________________。(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有________________。(7)滴定过程中发生下列反应：3Fe2＋＋NO＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋2H2OCr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O则气样中NOx折合成NO2的含量为_________mg·m－3。(8)判断下列情况对NOx含量测定结果的影响(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。若缺少采样步骤③，会使测定结果________。若FeSO4标准溶液部分变质，会使测定结果________。
解析：(1)装置A是过滤器，装有无碱玻璃棉的作用是过滤除去粉尘。(2)C中填充的是干燥剂，除去H2O且不能与NOx反应，所以应选有酸性、干燥能力强的P2O5。(3)D装置中装有碱液，用于除去NOx，作用与实验室中的洗气瓶相同，该装置的示意图见答案。(4)烟道气中有水，采样步骤②加热器将烟道气加热至140℃的目的是防止NOx溶于冷凝水。(5)NO被H2O2氧化为NO，H2O2的还原产物为H2O，离子方程式为2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O。(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有锥形瓶、滴定管，因为该滴定液呈酸性，所以选用酸式滴定管。(7)滴定过程中发生反应：3Fe2＋＋NO＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋2H2O，Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，与Cr2O反应的Fe2＋的物质的量为6c2v2×10－3mol，标准液中Fe2＋的物质的量为c1v1×10－3mol，则与NO反应的Fe2＋的物质的量为(c1v1－6c2v2)×10－3mol，NO的物质的量为mol，则vL气样中折合成NO2的含量为×46g·mol－1××1000mg·g－1×1000L·m－3＝×104mg·m－3。(8)若缺少采样步骤③，系统内存在空气，会使收集的气样中NOx偏少，测定结果偏低。若FeSO4标准溶液部分变质，溶液中的Fe2＋浓度减小，消耗的K2Cr2O7标准溶液体积减小，使测定结果偏高。答案：(1)除尘 (2)c(3)(4)防止NOx溶于冷凝水(5)2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O(6)锥形瓶、酸式滴定管(7)×104(8)偏低 偏高5．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58.80g晶体X，加水溶解后，将溶液注入三颈烧瓶中；②准确量取50.00mL3.030mol·L－1H2SO4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0.120mol·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25.00mLNaOH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58.80g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69.90g。(4)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________________，实验Ⅰ的步骤①中，溶液中离子浓度由大到小的顺序为_________________________________________。解析：(2)Fe2＋与NaOH溶液反应生成Fe(OH)2沉淀，随后被氧化为氢氧化铁，反应的化学方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；蒸氨结束后，直形冷凝管中会残留一些液氨，会对测定结果产生影响，因此为了减少实验误差，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)步骤④中，若振荡时锥形瓶中有液体溅出，消耗NaOH的量减少，则测定锥形瓶内溶液中剩余的硫酸的量减少，与氨气反应的硫酸的量增多，造成所测n(NH)的值偏大。(5)用冷水洗涤可以降低固体的溶解度，减少固体的溶解。(6)过量的H＋的物质的量为0.120mol·L－1×0.025L＝0.003mol，与NH3反应的H＋的物质的量为3.030mol·L－1×0.05L×2－0.003mol＝0.3mol，即n(NH)＝0.3mol；69.90g沉淀为BaSO4，则n(SO)＝
＝0.3mol；利用电荷守恒：n(NH)＋2n(Fe2＋)＝2n(SO)，得n(Fe2＋)＝0.15mol；再利用质量守恒得m(H2O)＝58.80g－m(NH)－m(SO)－m(Fe2＋)＝16.2g，则n(H2O)＝0.9mol，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；将晶体(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O加水溶解后，NH、Fe2＋水解显酸性，相互抑制水解，但是NH起始浓度大，所以c(NH)＞c(Fe2＋)，又由于SO不水解，所以c(SO)＞c(NH)，实验Ⅰ的步骤①中，溶液中离子浓度由大到小的顺序为c(SO)＞c(NH)＞c(Fe2＋)＞c(H＋)＞c(OH－)。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·FeSO4·6H2Oc(SO)＞c(NH)＞c(Fe2＋)＞c(H＋)＞c(OH－)6．碳酸镧咀嚼片是一种不含钙和铝的磷酸盐结合剂，用于慢性肾衰患者高磷血症的治疗。碳酸镧可由LaCl3为原料来制备，整个反应在较低的pH条件下进行，避免生成碱式碳酸镧[La(OH)CO3]。(1)化学兴趣小组利用下列装置在实验室中用碳酸氢铵制备碳酸镧。①仪器X的名称为________；检验装置甲气密性良好的方法是__________________________________________________________________________________________。②实验中K1、K2打开的先后顺序为__________________；为保证碳酸镧的纯度，实验过程中需要注意的问题有____________________。(2)碳酸钠或碳酸氢钠与氯化镧反应均可生成碳酸镧。①为了高磷血症患者的安全，通常选用碳酸氢钠溶液，过程中会发生两个平行反应，其离子方程式为________________________和________________________。②选择碳酸氢钠溶液制备碳酸镧的优点是___________________________(任写一条)。③T℃时，碳酸镧饱和溶液的浓度为1.0×10－7mol·L－1，HCO的电离常数为6.0×10－11。请计算反应2LaCl3＋3NaHCO3La2(CO3)3↓＋3NaCl＋3HCl的平衡常数K＝
________。④利用手持技术测定溶液的pH从而监控反应过程，得到如图曲线。请说明bc段变化的原因：_________________________________________________________________。(3)碳酸镧(相对分子质量为458)质量分数的测定：准确称取15.0g产品试样，溶于10.0mL稀盐酸中，加入10mLNH3—NH4Cl缓冲溶液，加入0.2g紫脲酸铵混合指示剂，用1.0mol·L－1EDTA(Na2H2Y)标准溶液滴定至呈蓝紫色(La3＋＋H2Y2－===LaY－＋2H＋)，消耗EDTA溶液60.00mL。则产品中碳酸镧的质量分数w＝________。解析：(1)②氨气极易溶于水，先通氨气，在碱性条件下再通入二氧化碳，故实验中先打开K2再打开K1；为保证碳酸镧的纯度，实验过程中需要控制NH3(或CO2)通入量。(2)①碳酸氢钠分别与La3＋、H＋反应，两个平行反应的离子方程式为2La3＋＋3HCO===La2(CO3)3↓＋3H＋和H＋＋HCO===CO2↑＋H2O；③反应2LaCl3＋3NaHCO3La2(CO3)3↓＋3NaCl＋3HCl的离子方程式为2La3＋＋3HCO===La2(CO3)3↓＋3H＋，T℃时，碳酸镧饱和溶液的浓度为1.0×10－7mol·L－1，则饱和溶液中c(La3＋)＝2c[La2(CO3)3]＝2.0×10－7mol·L－1，c(CO)＝3c[La2(CO3)3]＝3.0×10－7mol·L－1，Ksp[La2(CO3)3]＝c2(La3＋)·c3(CO)＝(2.0×10－7)2×(3.0×10－7)3＝1.08×10－33，HCO的电离常数为6.0×10－11，则反应的平衡常数K＝＝＝＝200。(3)滴定时消耗EDTA的物质的量为60.00×10－3L×1.0mol·L－1＝0.06mol，根据反应La3＋＋H2Y2－===LaY－＋2H＋可知，La3＋的物质的量为0.06mol，碳酸镧的物质的量为0.03mol，产品中碳酸镧的质量分数w＝×100%＝91.6%。答案：(1)①球形干燥管 关闭活塞K1，向球形漏斗中加水至漏斗内外形成液面差，一段时间后，液面差保持不变，说明气密性良好 ②先打开K2再打开K1 控制NH3(或CO2)通入量(2)①2La3＋＋3HCO===La2(CO3)3↓＋3H＋H＋＋HCO===CO2↑＋H2O②碳酸氢钠碱性相对较弱，可防止生成碱式碳酸镧[La(OH)CO3]③200④La3＋完全沉淀，再滴入碳酸氢钠，水解使溶液的碱性增强，pH发生突跃
(3)91.6%
