解读“从实验学化学”

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  实验现象揭示了化学反应发生的原理、实质,物质的分离与提纯方法则使获得纯物质成为可能,而物质的量揭示了宏观物质与微观粒子之间的关系,这些知识贯穿整个高中化学,因此“从实验学化学”知识历来都是高考的重点和热点.现解读如下.
  解读一 实验安全的预防
  (1)三禁:①禁止手触、鼻闻、口尝;②禁止一盏酒精灯点燃另一盏酒精灯;③加热液体时禁止试管口对着人.(2)七防:①防爆炸;②防暴沸;③防失火;④防中毒;⑤防倒吸;⑥防烫伤;⑦防仪器炸裂.
  例1 下列实验操作错误的是( )
  (A) 用嘴吹灭酒精灯
  (B) 用试管夹从试管底由下往上夹住试管口约13处,捏住试管夹长短柄,进行加热
  (C) 制备稀硫酸时,将水缓慢加入到浓硫酸中,并不断搅拌
  (D) 把玻璃管插入橡胶塞孔时,用厚布护手,紧握用水湿润的玻璃管插入端,缓慢旋进塞孔中
  解析:用嘴吹灭酒精灯,容易导致失火,(A)错误;捏住试管夹长短柄,容易使试管滑落摔坏,(B)错误;将水缓慢加入到浓硫酸中,会因为放出大量热而使液体飞溅伤人,(C)错误;用厚布护手,用水湿润,都可使玻璃管容易旋进塞孔中,而不会使玻璃管断裂,也不会使手受伤,(D)正确.答案为(D).
  解读二 实验事故的处理
  例2 下列处理事故的方法正确的是( )
  (A) 洒出的酒精在桌上燃烧起来,不要惊慌,应立即用湿抹布扑灭
  (B) 蒸馏溶液暴沸时,立即向瓶中加入沸石
  (C) 浓硫酸溅到皮肤上,立即用氢氧化钠稀溶液冲洗
  (D) 氢氧化钠浓溶液溅入眼中,应立即用大量水冲洗,再用稀盐酸冲洗
  解析:洒出的酒精在桌上燃烧起来,不能用水扑灭,否则会引起大面积燃烧,应用湿抹布扑灭,(A)正确;溶液暴沸时,打开瓶塞可能使液体突然冲出,对人身造成损害,(B)错误;浓硫酸溅到皮肤上,应用大量水冲洗后,再涂上碳酸氢钠稀溶液,(C)错误;盐酸同样具有腐蚀性,不能用于冲洗眼睛,(D)错误.答案为(A).
  解读三 物质的分离与提纯
  物质的提纯就是除杂,它指除去某物质中的杂质以提高其纯度的实验操作过程;物质的分离是把混合物中的成分分离开来的实验操作过程.因此,可以把分离看作是提纯在方法上的延伸.
  1.原则: (1)不增:不能引入新杂质;(2)不减:不减少主要成分的含量;(3)易分:操作方法简单易行,易于进行分离;(4)复原:如果将主要成分进行了转化,最后要能将其复原.
  2.方法:
  升华分离易升华的物质.除去NaCl中混有的碘.
   例3 下列实验装置不适用于物质分离的是( )
  解析:(A)装置可用于互不相溶液体的分离;(B)装置可将容易升华的物质分离出来;(C)装置可用于降温结晶;(D)装置并非蒸馏分馏操作示意图,只有当温度计的水银球位于蒸馏烧瓶的支管口附近时才能用于沸点不同且互溶液体的分离.答案为(D).
  例4 为了将混有Na2SO4、NaHCO3的NaCl提纯,制得纯净的NaCl溶液,某学生设计了如图2所示实验方案:
  (1)操作①盛放药品可选用.(填仪器名称)
  (2)操作②为什么不用Ba(NO3)2溶液,其
  理由是 .
  (3)进行操作②后,如何判断SO2-4已除
  方法是 .
  (4)操作③的目的是,为何不先过滤后再加Na2CO3溶液,其理由是
   .
  (5)此设计方案是否严密?请说明理由.
  解析:欲提纯NaCl,需除去硫酸钠和碳酸氢钠.根据转化关系知①主要是使碳酸氢钠分解;②中则是除去碳酸根离子和硫酸根离子;③主要是除去过量的Ba2+,而过量的Na2CO3也必须除去,因此必须加入盐酸,但必须在沉淀过滤后再加,否则BaCO3沉淀又会溶解.如果将BaCl2改为硝酸钡,则会引入NO-3,成为新的杂质且不易除去.
  答案 (1)坩埚
  (2)会引入NO-3,且不易除去
  (3)用干净的试管取上层清液,向试管中滴加BaCl2溶液,若无沉淀说明SO2-4已除尽
  (4)除过量的Ba2+ 可减少过滤次数
  (5)不严密,在操作③时加入的Na2CO3溶液煮沸并不能除去,因此在操作④之后应加入少量盐酸,然后再加热煮沸,除去过量的HCl.
  解读四 离子的检验与鉴别
  常见离子的检验要求方法正确、简便,反应特征要明显.
  在推断混合溶液中肯定存在或肯定不存在的离子时,要注意以下几点:
  (1)溶液是否有颜色.某些离子在溶液中具有特殊的颜色:Fe3+—棕黄色,Fe2+—淡绿色,Cu2+—蓝色,MnO-4—紫红色.
  (2)溶液的酸碱性.从溶液的酸碱性情况可以初步判断某些离子是否存在.
  (3)在判断出肯定存在的离子后,再排除跟该离子反应的离子.
  例5 下列有关物质检验的实验结论正确的是( )
  D向某溶液中加入澄清石灰水,有白色沉淀生成,再向其中加入盐酸,有无色无味的气体生成该溶液中一定含有CO2-3
   解析:(A)项中可能生成AgCl沉淀;(B)项中能与硝酸银反应生成白色沉淀的可能是Cl-、CO2-3等;(C)项中与碱反应产生的能够使红色石蕊试纸变蓝的气体一定是NH3,故该溶液中一定含有NH+4;(D)项中的白色沉淀是CaCO3,能与澄清石灰水反应生成白色沉淀的有CO
  2-3或HCO-3.答案为(C).
  例6 今有一混合物的水溶液,只可能含有以下离子中的若干种:
  K+、NH+4、Cl-、Mg2+、Ba2+、CO
  2-3、SO2-4,现有三份100 mL溶液进行如下实验:
  (1)第一份加入AgNO3溶液有沉淀产生;
  (2)第二份加足量NaOH溶液加热后,收集到气体0.04 mol;
  (3)第三份加足量BaCl2溶液后,得干燥沉淀6.27 g,经足量盐酸洗涤、干燥后,沉淀质量为2.33 g.根据上述实验,以下推测正确的是( )
  (A) K+一定存在
  (B) 100 mL溶液中含0.02 mol CO2-3,0.04 mol NH+4
  (C) Cl-一定存在
  (D) Ba2+一定不存在,Mg2+可能存在
  解析:(1)说明溶液中可能有Cl-、CO2-3、SO2-4中的一种或几种,故不能确定是否有Cl-;(2)说明溶液中有NH+4,且其为0.04 mol;(3)说明溶液中有CO
  2-3、SO2-4,n(SO2-4)=0.01 mol,n(CO2-3)=
  6.27 g-2.33 g197 g•mol-1
  =0.02 mol,根据互斥性原则可知,Ba2+、Mg2+一定不存在.溶液中阴离子所带的电荷为0.01 mol×2+0.02 mol×2=0.06 mol,而阳离子所带电荷只有0.04 mol,溶液不呈电中性,故可知溶液中一定存在另一种阳离子即K+,且其至少为0.02 mol.答案为(A)、(B).
  解读五 物质的量为核心的计算
  1.物质的量、物质的质量、物质的量浓度、粒子数、气体的体积之间存在以下的关系:
  2.基本公式:(1)m=n•M;(2)N=n•NA;(3)V=n•Vm;(4)nB=cB•Vaq;
  (5)c=1000 ρωM
  ;(6)c(浓)•V(浓)=c(稀)•V(稀).
  例7 (1)73 g HCl中含有的质子数为NA;标准状况下,该气体的体积为L;将该气体溶于水配成500 mL溶液,则所得溶液的物质的量浓度为.
  (2)6 mol•L-1盐酸溶液中的Cl-浓度为,若该溶液的密度为1.1 g•cm-3,则所得溶液的质量分数为.
  (3)取 (1)中溶液300 mL与(2)中溶液100 mL混合,所得溶液的浓度为.
  解析:(1)n=
  mM
  =73 g36.5 g•mol-1
  =
  2 mol,则质子数为2×18×NA=36NA;V=
  n•Vm=2 mol×22.4 L•mol-1=
  44.8 L;c=
  nBV=2 mol0.5 L=4 mol•L-1.
  (2)HCl=H++Cl-,则c(Cl-)=c(HCl)=6 mol•L-1;
  根据c=100ρωM得:
  cM1000ρ
  =6 mol•L-1×36.5 g•mol-1
  1000 mL•L-1×1.1 g•mL-1
  =0.199 =19.9%.
  
  (3)根据溶质不变得:c1•V1+c2•V2=c(混)•V(混),
  4 mol•L-1×0.3 L+6 mol•L-1×0.1 L=c(混)×(0.3 L+0.1 L),故c(混)=4.5
  mol•L-1.
  答案:(1)36,44.8,4 mol•L-1 
  (2)6 mol•L-1, 19.9% (3)4.5 mol•L-1
  解读六 阿伏加德罗常数
  1.阿伏加德罗常数的标准:以12 g 碳-12所含的碳原子数作为标准,NA≈6.02×1023
  mol-1.
  2.阿伏加德罗常数与物质的量的关系:1 mol粒子所包含的粒子数为NA,使用时必须指明微粒.
  3.易错点辨析:
  (1)对体积而言,在标准状况下只有1 mol气体体积才约是22.4 L,其分子数才为NA.
  (2)如果给出的是物质的质量,无论所处的外界条件如何,均可通过质量确定物质的量,而后确定微粒的数目.
  (3)稀有气体为单原子分子,其原子数等于分子数.
  (4)理清微粒中的电子数必须周全考虑原子的电子数与微粒的带电情况.
  (5)理解物质的反应情况.
  例8 NA代表阿伏加德罗常数.下列有关叙述正确的是( )
  (A) 标准状况下,2.24 L水含有的分子数等于0.1NA
  (B) 1.8 g H2O中含有的质子数为NA
  (C) 5.6 g铁与足量的稀硫酸反应失去电子数为0.3NA
  (D) 22.4 L N2中所含的分子数为NA
  解析:标准状况下,水不是气体,(A)错误.H2O的摩尔质量为18 g•mol-1,1.8 g H2O为0.1 mol,1个H2O分子中含有10个质子,(B)正确.Fe与硫酸反应生成Fe2+,故5.6 g(0.1 mol)铁参加反应转移电子数为0.2NA,(C)错误.不在标准状况下,不能确定气体摩尔体积,22.4 L N2的物质的量无法确定,(D)错误.答案为(B).
  解读七 阿伏加德罗定律
  阿伏加德罗定律及其推论内容较多,容易记错.若利用克拉珀龙方程(PV=nRT),将会事半功倍.
  1.克拉珀龙方程:PV=nRT
  p—压强、V—体积、n—物质的量、R—常数、T—热力学温度
  同温同压时,气体的体积与其物质的量成正比.
  如体积再相同,则物质的量必相同,因此分子个数也相同,这即为阿伏加德罗定律.
  例9 在两个容积相同的容器中,一个盛有HCl气体,另一个盛有H2和Cl2的混合气体.在同温同压下,两容器内的气体一定具有相同的 ( )
  (A) 原子数 (B) 密度
  (C) 质量 (D) 质子数
  解析:因为T、P、V相同,所以n相同,因而两种气体的分子数相同;又因为每个HCl、H2、Cl2分子都含有2个原子,所以原子数也相同.答案为(A).
  2.变式(一): pV=mMRT(m—质量、M—摩尔质量)
  例10 在一个密闭容器中盛有11 g X气体(X的摩尔质量为44 g•mol-1)时,压强为1×104 Pa.如果在相同温度下,把更多的气体X充入容器,使容器内压强增至5×104 Pa,这时容器内气体X的分子数约为( )
  (A) 3.3×1025 (B) 3.3×1024
   (C) 7.5×1023(D) 7.5×1022
  解析:因为T、V相同,所以
  P2P1
  =n2n1
  .11 g X气体的物质的量n1=
  11 g
  44 g•mol-1
  =0.25 mol,因此
  5×104 Pa1×104 Pa
  =n20.25 mol
  ,n2=1.25 mol,N=1.25mol×6.02×1023=7.5×1023.答案为(C).
  3.变式(二):PM=ρRT(ρ—气体的密度)
  例11 在三个密闭容器中分别充入Ne、H2、O2三种气体,当它们的温度和密度都相同时,这三种气体的压强(p)从大到小的是( )
  (A) p(Ne)>p (H2)>p (O2)
  (B) p(O2)>p(Ne)>p (H2)
  (C) p(H2)>p (O2)>p (Ne)
  (D) p(H2)>p (Ne)>p(O2)
  解析:根据阿伏加德罗定律及其推论得,温度、密度相同时,压强之比等于摩尔质量的反比,即
  p2p1=
  M1M2,因为M(O2)>M(Ne)> M(H2),所以p(H2)>p(Ne)> p(O2).答案为(D).
  解读八 物质的量浓度溶液的配制
  1.主要仪器:托盘天平、药匙(固体配制)或量筒(液体配制)、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管.
  2.步骤:计算,称量,溶解或稀释,移液,洗涤,定容,摇匀,装瓶贴签.
  口诀如下:
  先做计算后称量,溶解加水要适量;
  液冷注入容量瓶,洗涤烧杯玻璃棒;
  洗液一并注量瓶,托底扶口轻轻荡;
  小心加水至刻线,最后摇匀好存放.
  3.误差分析
  根据公式cB=nBVaq可知,凡能使溶质的物质的量增大或使溶液的体积减小的操作,都将使配制的溶液浓度偏高;反之,浓度偏低.
  例12 实验室里需用480 mL 0.1 mol•L-1的硫酸铜溶液,现选取500 mL容量瓶进行配制,以下操作正确的是( )
  (A) 称取7.68 g硫酸铜,加入500 mL水
  (B) 称取12.0 g胆矾配成500 mL溶液
  (C) 称取8.0 g硫酸铜,加入500 mL水
  (D) 称取12.5 g胆矾配成500 mL溶液
  解析:虽然需要480 mL溶液,但使用500 mL容量瓶只能配制500 mL溶液,故求溶质时应以500 mL作为体积进行计算.硫酸铜、胆矾的溶液里溶质都是CuSO4,称取任何一种都可以;配制
  500 mL溶液,并非是溶质中加入500 mL水,即(A)、(C)一定错误.因n(CuSO4)=n(CuSO4•
  5H2O)=0.1 mol•L-1×0.5 L=0.05 mol,则m(CuSO4)=0.05 mol×160 g•mol-1=
  8.0 g,而m(CuSO4•5H2O)=0.05 mol×250 g•mol-1=12.5 g.答案为(D).
  例13 下列有关试验的操作或叙述正确的是( )
  (A) 配制一定物质的量浓度的NaOH溶液时,若称量速度过慢,会导致浓度偏小
  (B) 配制溶液时,若加水超过容量瓶刻度,应用胶头滴管将多余溶液吸出
  (C) 用量筒取5.00 mL 1.00 mol•L-1盐酸于50 mL容量瓶中,加水稀释至刻度,可配制0.100
  mol•L-1盐酸
  (D) 定容时的操作如图4所示
  解析:若称量速度过慢,会有部分NaOH与空气中的CO2反应,使称得的NaOH质量变小,浓度偏小,(A)正确.加水超过容量瓶刻度,用胶头滴管将多余溶液吸出,则会使溶质也减少,此为错误操作,应倒掉重配,(B)错误.量筒的精度达不到0.01 mL,(C)错误.滴管不能伸入到容量瓶内,(D)错误.答案为(A).
  
  江苏省邗江中学(225012)
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