中學(xué)化學(xué)測定實驗試題的分析

李雁來

摘 要：以化學(xué)測定實驗原理為載體，培養(yǎng)學(xué)生對實驗方案評價、對實驗數(shù)據(jù)處理、誤差分析的能力。

關(guān)鍵詞：實驗原理；實驗方案；實驗?zāi)康模粚嶒炗嬎悖徽`差分析；方案評價

高考注重突出對學(xué)生能力的考查，而高考試題中的實驗題無疑成為綜合考查學(xué)生實驗?zāi)芰Φ闹匾}型之一。為實現(xiàn)對實驗原理、實驗操作的要點和化學(xué)計算、實驗方案考查的探究，本文以幾個不同的測定實驗分析，分析這類試題的解題方法。

1.為了測定某氣體樣品C4H10（并含有少量C3H8，均不溶于水）的平均相對分子質(zhì)量，設(shè)計了下面的實驗：

①取一個配有合適膠塞的潔凈干燥的錐形瓶，準確稱量得到質(zhì)量M1。

②往錐形瓶中通入干燥的該氣體樣品，塞好膠塞，準確稱量，重復(fù)操作，直至前后兩次稱量結(jié)果基本相同，得到質(zhì)量M2。

③往錐形瓶內(nèi)加滿水，塞好膠塞，稱量，得到質(zhì)量M3。

已知實驗室的溫度為T（K），壓強為P（KPa），水的密度為ρ水（g/L），空氣的平均相對分子質(zhì)量為29.0，密度為ρ空氣（g/L），回答下列問題：

（1）本實驗的原理（具體說明）：

（2）步驟②為什么要重復(fù)操作，直至前后兩次稱量結(jié)果基本相同？

（3）具體說明本實驗中怎樣做到每次測量都是在相同體積下進行的？

（4）樣品的操作，可選用的方法是（填下圖中標號）

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（5）錐形瓶中空氣的質(zhì)量（m空氣）是 （列出算式）

（6）錐形瓶中樣品的質(zhì)量（m樣品）是 （列出算式）

（7）由實驗測得該氣體樣品的平均相對分子質(zhì)量是

（列出算式）

解析：本題是一道綜合試題，主要考查了實驗原理、實驗要點、氣體收集方法、化學(xué)計算。

（1）本實驗的原理（具體說明）：同溫同壓下，氣體的摩爾質(zhì)量與它們的密度成正比。

（2）步驟②為什么要重復(fù)操作，直至前后兩次稱量結(jié)果基本相同：步驟②實驗操作目的是準確得到氣體樣品的質(zhì)量。為了保證容器中充滿待測氣體，不再摻雜有空氣。

（3）具體說明本實驗中怎樣做到每次測量都是在相同體積下進行的：

在第一次稱量時，沿瓶口在橡皮塞上畫一道線，以后每次都塞入同樣的深度。

（4）樣品的操作，可選用的方法是（填下圖中標號）

氣體的收集方法D。

（5）錐形瓶中空氣的質(zhì)量（m空氣）是：

解釋：m空氣=M1-m瓶 m樣品=M2-m瓶 m水=M3-m瓶

V=M3-M1/ρ水-ρ空

m空氣=（M3-M1/ρ水-ρ空）×ρ空氣

（6）錐形瓶中樣品的質(zhì)量（m樣品）是：

解釋：解釋：m空氣=M1-m瓶 m樣品=M2-m瓶 m水=M3-m瓶

V=M3-M1/ρ水-ρ空 m樣品=M2-M1+m空氣

（7）由實驗測得該氣體樣品的平均相對分子質(zhì)量（設(shè)為x）是：

m樣品：m空氣=x：29

x=m樣品×ρ空氣/m空氣

2.SO2是大氣污染物之一，為粗略地測定周圍環(huán)境中SO2的含量，某學(xué)生課外活動小組設(shè)計了如下圖所示實驗裝置。

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解析：本題是一道綜合試題，主要考查了檢查裝置的氣密性；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的計算；化學(xué)與環(huán)境保護；簡單實驗方案的設(shè)計與評價。

（1）甲、乙兩同學(xué)欲對上述整套裝置檢查氣密性：

甲同學(xué)是用手捂住試管（或微熱試管），觀察導(dǎo)管中是否有液面上升的現(xiàn)，是否能？（填能或不能）；

乙同學(xué)是先從玻璃導(dǎo)管向試管中注入水，觀察導(dǎo)管中液面與試管中液面是否形成高度差，且在一段時間后，觀察液面差是否變化的方法，是否能？（填能或不能）；

若上述兩種方案均不能，請思考新方案，并填下列空白（若上述可行，則不填下列空白）：先在試管中裝入適量水（保證玻璃導(dǎo)管的下端浸沒在水中），然后（填操作方法）看到（填實驗現(xiàn)象），證明該裝置的氣密性良好。

答案：不能；不能。

若要檢驗該裝置的氣密性，首先理解單向閥的作用，單向閥原理說明：當注射器推活塞時，①關(guān)閉，②打開；當注射器拉活塞時，①打開，②關(guān)閉。因此應(yīng)該外拉注射器的活塞，導(dǎo)致試管內(nèi)壓強減小，若看到浸沒在水中的玻璃管口處有氣泡冒出，說明氣密性良好。

故答案為：向外輕輕拉動注射器的活塞，浸沒在水中的玻璃導(dǎo)管口有氣泡冒出。

（2）向試管中加入0.0005 mol·L-1碘水1.0 mL，用適量的蒸餾水稀釋后再加入2～3滴淀粉溶液，配制成溶液A。測定指定地點的空氣中SO2的含量時，推拉注射器的活塞反復(fù)抽氣；A溶液由藍色變?yōu)闊o色時反應(yīng)恰好完全進行，此時停止抽氣，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。

由于SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI，當單質(zhì)碘恰好完全反應(yīng)時淀粉遇碘變成的藍色就會消失。

（3）我國環(huán)境空氣質(zhì)量標準中對每次空氣質(zhì)量測定中SO2的最高濃度限值，如表1所示。

表1 空氣質(zhì)量標準

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該學(xué)生課外活動小組分成第一小組和第二小組，使用相同的實驗裝置和溶液A，在同一地點、相同時間內(nèi)先后測量空氣中SO2的含量。當反應(yīng)恰好完全進行，記錄抽氣次數(shù)如下（假設(shè)每次抽氣500 mL）。請將表2填寫完整（計算時保留2位有效數(shù)字）。

表2 不同組別測量值

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①在實驗過程中，需緩緩抽動活塞的目的是若快速抽拉，則測定的結(jié)果將 。（填偏大、偏小或無影響）；

②判斷該地點的空氣中SO2含量屬于 （填數(shù)字）級標準， （填“第一”或“第二”）小組的測定結(jié)果準確，另一小組實驗結(jié)果產(chǎn)生較大偏差的原因是 （兩個小組所用藥品和裝置均無問題）。由于所取得碘水是一樣的，因此兩組實驗中參與反應(yīng)的二氧化硫的質(zhì)量一樣多，根據(jù)化學(xué)方程式計算，設(shè)參與反應(yīng)的二氧化硫的質(zhì)量為x.SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI.

n（so■）=n（I■）

解之得：x=0.0005×1.0×10-3×64 g

第一組所測的二氧化硫的含量為：=0.53 mg/m3

第二組所測的二氧化硫的含量為：=0.046 mg/m3

表3 不同組別測量值

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在實驗過程中，需緩緩抽動活塞的目的是 。若快速抽拉，則測定的結(jié)果將 。（填偏大、偏小或無影響）

答案：讓二氧化硫與碘充分反應(yīng)（或使空氣中二氧化硫被充分吸收），偏小。

②判斷該地點的空氣中SO2含量屬 （填數(shù)字）級標準， （填“第一”或“第二”）小組的測定結(jié)果準確，另一小組實驗結(jié)果產(chǎn)生較大偏差的原因是 （兩個小組所用藥品和裝置均無問題）。

答案：第一組的結(jié)論是正確的，第二組數(shù)據(jù)誤差較大，主要由于抽氣速率過快，造成空氣中SO2與碘水未充分反應(yīng)，產(chǎn)生較大誤差。所以該地的空氣中的二氧化硫的含量應(yīng)屬于三級。

測定實驗在高考化學(xué)試題中的考查內(nèi)容為：實驗原理、實驗操作的目的、實驗數(shù)據(jù)的分析、化學(xué)計算、實驗誤差的分析、實驗方案的評價。所以在化學(xué)教學(xué)中對培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題的能力非常重要。

參考文獻：

張勵輝.高考化學(xué)實驗課的測試要求分析[D].福建師范大學(xué)，2007.

（作者單位 寧夏回族自治區(qū)銀川一中）

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