二深化点活用方法测定混合物的组成含量.docx
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二深化点活用方法测定混合物的组成含量
二、深化点——活用方法,测定混合物的组成含量
加热法——差量法
两种物质组成的固体混合物,若一种物质热稳定性好,另一种物质具有热不稳定性,可通过给固体物质加热使热稳定性差的物质完全分解(即加热至恒重),利用差量法计算出混合物中热稳定性差的物质的质量,从而确定混合物中各成分的百分含量。
[示例1] mgNa2CO3和NaHCO3组成的混合物,将其加热至恒重后测得质量为ng,则混合物中Na2CO3的质量分数为________。
[分析] 设mgNa2CO3、NaHCO3混合物中含xgNaHCO3。
2NaHCO3
Na2CO3+H2O+CO2↑ 固体质量减少Δm
168 62
x (m-n)
168∶62=x∶(m-n),解得x=
(m-n)g
混合物中Na2CO3的质量为m-
(m-n)=
Na2CO3的质量分数为
×100%=
%。
[答案]
%
气体法
“气体法”测定二元混合物的百分含量,常将其中的某一种转化为气体,再测定气体的体积或质量,从而得出结论。
气体法又分测气体体积和测气体质量两种方法。
1.体积法
测定原理
测气体体积,一般采用排水量气法。
要点是:
先恢复到室温,再调节液面,然后规范读数(视线与凹液面水平)。
所得体积要依据实验时的温度和压强,转化成标准状况后,再计算
适用范围
一般将主要物质转化为气体(杂质量少,误差相对较大),且产生的气体不能溶解于装置的溶液中(如测量CO2气体,应用排饱和NaHCO3溶液)
注意事项
如果气体排出的溶液是水溶液,可以不干燥;生成的气体不一定完全排出(生成的气体会排出等体积的其他气体,测定的体积不会改变)
2.质量法
(1)实验原理:
将生成的气体用物质吸收(如吸收CO2可用碱石灰),再测定其质量。
(2)实验要点:
将生成的气体完全吸收。
要用“惰性气体”将生成的气体都鼓入到吸收装置中,并用“质量差值法”检验是否吸收完全。
(3)注意事项:
不能吸收其他物质。
一是防止后面空气中的某些成分被吸收;二是和被吸收气体一起过来的气体不能含有其他能被吸收的气体。
[示例2] 将mgNa2CO3和NaCl的混合物与足量的稀H2SO4反应,准确测量产生气体的体积,折算成标准状况下为VL,则混合物中Na2CO3的质量分数为________。
[分析] Na2CO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+CO2↑
n(Na2CO3)=n(CO2)=
=
mol,
m(Na2CO3)=
mol×106g·mol-1=
g,
Na2CO3的质量分数为
×100%=
×100%。
[答案]
×100%
沉淀法
测定二元混合物的百分含量常将其中的某一种转化为沉淀,再依据沉淀质量测定。
1.操作步骤:
溶解⇨沉淀⇨过滤⇨洗涤⇨干燥⇨称量。
2.沉淀剂选择的原则
(1)尽可能选择能与原混合物中含量较多的那种物质产生沉淀的沉淀剂。
如Ba(NO3)2样品中含有少量NaCl,测定Ba(NO3)2的百分含量,选用Na2SO4比AgNO3好。
(2)选取的沉淀剂尽可能只和样品中的一种物质产生沉淀。
(3)生成的沉淀难溶,不是微溶。
如CaCl2中含有少量的NaCl,测定CaCl2的百分含量,选用Na2CO3比Na2SO4好,原因是CaCO3难溶而CaSO4微溶,选用Na2SO4时,Ca2+沉淀不彻底,误差大。
(4)所产生的沉淀不能是絮状(或胶状)沉淀,因为絮状(或胶状)沉淀不易过滤。
如Al(OH)3、H2SiO3、Cu(OH)2、Fe(OH)2等均为絮状沉淀。
(5)加入的沉淀剂必须过量,保证要沉淀的离子完全沉淀。
(6)沉淀稳定,受热、见光不易分解。
[示例3] Na2SO3暴露在空气中易氧化变质,准确称量mg样品(只含Na2SO3和Na2SO4),加水溶解,加入过量盐酸酸化的BaCl2溶液,经过滤、洗涤、干燥后称重为ng,则样品中Na2SO3的质量分数为________。
[分析] SO
+Ba2+===BaSO4↓,BaSO3溶于盐酸
则n(Na2SO4)=n(BaSO4)=
=
mol,
m(Na2SO4)=
mol×142g·mol-1=
g,
样品中Na2SO4的质量分数为
×100%=
×100%,
Na2SO3的质量分数为1-
×100%=
×100%。
[答案]
×100%
滴定法——双指示剂法
使用双指示剂测定混合碱的含量,是根据两次滴定所消耗盐酸的体积计算混合物中碱的组分与含量。
这里的混合碱是Na2CO3与NaOH或Na2CO3与NaHCO3的混合物;双指示剂分别是酚酞和甲基橙。
实验时可在同一份溶液中用盐酸标准溶液作滴定剂进行连续滴定,根据两个终点所消耗盐酸标准溶液的体积,计算混合碱中各组分的含量。
1.滴定原理
(1)在混合碱(NaOH、Na2CO3)溶液中加入酚酞指示剂,用盐酸标准溶液滴定至溶液呈微红色,至此,溶液中的NaOH完全被中和,Na2CO3也被滴定成NaHCO3,这是第一个化学计量点,pH=8.31。
反应方程式如下:
NaOH+HCl===NaCl+H2O,
Na2CO3+HCl===NaHCO3+NaCl。
滴定消耗标准溶液体积为V1mL,此时,再加入甲基橙作指示剂,继续用盐酸标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色,即为终点,此时,NaHCO3被滴定成H2CO3,这是第二个化学计量点,pH=3.88。
反应方程式如下:
NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑
此时消耗盐酸标准溶液的体积为V2mL。
(2)根据V1和V2判断混合碱的组成:
标准盐酸
体积范围
V1=0
V2≠0
V1≠0
V2=0
V1=V2≠0
V2>V1>0
V1>V2>0
试样成分
NaHCO3
NaOH
Na2CO3
Na2CO3、
NaHCO3
Na2CO3、
NaOH
2.滴定曲线(以盐酸滴定Na2CO3、NaOH混合物为例)
3.数据处理(混合物的质量为mg)
(1)当V1>V2>0时,溶液为NaOH和Na2CO3的混合溶液,NaOH和Na2CO3的含量可由下式计算:
w(NaOH)=
×100%,
w(Na2CO3)=
×100%。
(2)当V1 w(Na2CO3)= ×100%, w(NaHCO3)= ×100%。 [示例4] 称取含杂质的混合碱试样1.200g(杂质不与HCl反应)配制成100.0mL水溶液,取出20.00mL,分别用酚酞和甲基橙作指示剂,用0.1000mol·L-1的标准盐酸滴定,测得V1=35.00mL,V2=5.00mL。 则试样的成分及各成分的质量分数分别为________________、________________。 [分析] 因V1>V2>0,则试样的成分为Na2CO3和NaOH,20.00mL试样中,n(Na2CO3)=cV2=0.1000mol·L-1×5.00×10-3L=5.00×10-4mol,n(NaOH)=c(V1-V2)=0.1000mol·L-1×30.00×10-3L=3.00×10-3mol,原试样中NaOH和Na2CO3的质量分数分别为 w(NaOH)= ×100%=50.00%, w(Na2CO3)= ×100%=22.08%。 [答案] NaOH: 50.00% Na2CO3: 22.08% [专项增分集训] 1.为精确测定工业纯碱中Na2CO3的质量分数(含有少量NaCl),准确称量W0g样品进行实验,下列实验方法所对应的实验方案和测量数据合理的是( ) 选项 实验方法 实验方案 测量数据 A 滴定法 将样品配成100mL溶液,取10mL,加入酚酞,用标准盐酸滴定 消耗盐酸的体积 B 量气法 将样品与盐酸反应,生成的气体全部被碱石灰吸收 碱石灰增重 C 重量法 样品放入烧瓶中,置于电子天平上,加入足量盐酸 减轻的质量 D 量气法 将样品与盐酸反应,气体通过排水量气装置量气 排水体积 解析: 选A 测量碱石灰增重的方法是重量法而不是量气法,B错误;C项样品中加入足量盐酸,烧瓶内物质的质量增加而不是减轻,C错误;D项中因部分CO2能溶解到水里,且与水反应生成H2CO3,故排出水的体积并不是CO2的体积,D错误;用酚酞作指示剂时,Na2CO3与盐酸发生反应: Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3,依据消耗盐酸的量可以计算出样品中Na2CO3的量,进而确定样品中Na2CO3的质量分数,A正确。 2.某化学小组为测定下列各混合物中铝的质量分数,设计了如下实验方案: ①已知质量的铜铝混合物 充分反应测定生成气体的体积 ②已知质量的铜铝混合物 充分反应测定剩余固体的质量 ③已知质量的铜铝混合物 充分反应测定所得固体的质量 ④已知质量的铁铝混合物 充分反应测定生成气体的体积 以上方案可行的是( ) A.①②③④ B.①②③ C.②③④D.①③④ 解析: 选A 铜铝混合物中只有铝和盐酸或氢氧化钠溶液反应,①、②可行;③、④实验均可以反应,利用一元二次方程求得铝的质量,进而求出铝的质量分数,③、④可行,故答案选A。 3.下列实验方案中,不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数的是( ) A.取ag混合物充分加热,减重bg B.取ag混合物与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧,得bg固体 C.取ag混合物与足量稀硫酸充分反应,逸出气体用碱石灰吸收,增重bg D.取ag混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应,过滤、洗涤、烘干,得bg固体 解析: 选C A项,采用差量法,减少的质量为NaHCO3分解生成的CO2和H2O的质量,由此可求出NaHCO3的质量,进而求出Na2CO3的质量分数;B项,bg固体为生成NaCl的质量,根据钠原子守恒和混合物总质量可列式计算出Na2CO3的质量,进而求出Na2CO3的质量分数;C项,碱石灰增加的质量为盐与酸反应生成的CO2和H2O的质量及溶液中挥发出来的水蒸气的质量,因此不能通过数据准确计算出Na2CO3的质量分数;D项,沉淀的质量即为BaCO3的质量,根据BaCO3的质量和混合物总质量可以列式求出Na2CO3的质量,进而求出Na2CO3的质量分数。 4.将100gNa2CO3和NaHCO3的混合物用酒精灯加热至质量不再变化时,固体质量减少到75.2g。 此混合物中Na2CO3的质量分数是( ) A.75.2%B.67.2% C.41.7%D.32.8% 解析: 选D 加热至质量不再变化时,NaHCO3完全分解,设NaHCO3的质量为x, 2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O Δm 168 106 62 x (100-75.2)g = ,解得x=67.2g,此混合物中Na2CO3的质量分数是 ×100%=32.8%。 5.有一混合液可能由NaOH、NaHCO3、Na2CO3中的一种或两种组成。 现取等体积的两份上述溶液分别以酚酞和甲基橙为指示剂,用同样浓度的盐酸进行滴定,当达到滴定终点时,消耗盐酸的体积分别为V1mL和V2mL,如V1 A.NaHCO3B.Na2CO3 C.NaHCO3、Na2CO3D.Na2CO3、NaOH 解析: 选D 用酚酞作指示剂时,能使NaOH生成NaCl,Na2CO3生成NaHCO3,NaHCO3不能反应;用甲基橙作指示剂,能使NaOH、Na2CO3、NaHCO3都生成NaCl。 A项,酚酞作指示剂,V1=0,甲基橙作指示剂,V2>0,V2>2V1,不符合题意;B项,酚酞作指示剂,Na2CO3→NaHCO3,消耗盐酸V1,甲基橙作指示剂,Na2CO3→NaHCO3→NaCl,消耗盐酸V2,V2=2V1,不符合题意;C项,酚酞作指示剂,只使Na2CO3→NaHCO3,消耗盐酸V1,甲基橙作指示剂,先使Na2CO3→NaHCO3,生成的NaHCO3和原来的NaHCO3→NaCl,共消耗盐酸V2,显然V2>2V1,不符合题意;D项,酚酞作指示剂,NaOH→NaCl,Na2CO3→NaHCO3,共消耗盐酸V1,甲基橙作指示剂,NaOH→NaCl,Na2CO3→NaHCO3→NaCl,共消耗盐酸V2,则V1 6.实验室使用pH传感器来测定Na2CO3和NaHCO3混合物中NaHCO3的含量,称取1.59g样品,溶于水配成250.00mL溶液,取出该溶液25.00mL用0.1mol·L-1盐酸进行滴定,得到如图曲线。 以下说法或操作正确的是( ) A.上一个计量点前发生反应的离子方程式为 HCO +H+===H2O+CO2↑ B.下一个计量点溶液中存在大量的阴离子是Cl-、HCO C.此样品n(NaHCO3)=(28.1-2×11.9)×10-3mol D.使用该方法测定Na2CO3和NaOH混合溶液中的氢氧化钠含量,将会得到1个计量点 解析: 选C A项,由题图知,上一个计量点前溶液显碱性,发生反应: CO +H+===HCO ,错误;B项,下一个计量点溶液pH=4,显酸性,不能有大量的HCO 存在,错误;C项,向Na2CO3和NaHCO3混合溶液中加盐酸,首先发生CO +H+===HCO ,用去盐酸11.9mL,再发生HCO +H+===H2O+CO2↑,所以样品中Na2CO3消耗盐酸11.9mL×2,则NaHCO3消耗盐酸为n(HCl)=(28.1-2×11.9)×10-3L×0.1mol·L-1,n(NaHCO3)=(28.1-2×11.9)×10-4mol×10=(28.1-2×11.9)×10-3mol,正确;D项,向Na2CO3和NaOH混合溶液中加入盐酸,先是中和NaOH,再与Na2CO3反应,生成NaHCO3,最后生成NaCl,不止一个计量点,应是三个计量点,错误。 7.长期存放的亚硫酸钠可能会被空气中的氧气氧化。 某化学兴趣小组通过实验来测定亚硫酸钠试剂被氧化的程度,设计了下图实验,请回答下面的问题: (1)D装置中反应的化学方程式为____________________。 B装置中反应的离子方程式为________________________。 (2)称量agNa2SO3样品放入锥形瓶中,向B装置反应后的溶液中加入足量的BaCl2溶液充分反应、过滤、洗涤、干燥,得白色沉淀bg,原样品中Na2SO3的质量分数为________。 (3)为保证实验测定的准确性,A中的硫酸什么时候滴加________,C装置中NaOH溶液的作用是______________。 (4)现有以下试剂: ①蒸馏水、②稀盐酸、③稀硝酸、④BaCl2溶液、⑤Ba(NO3)2溶液,请从中选择合适试剂,设计一种不同的实验方法,测定试样中无水亚硫酸钠被氧化的程度,你使用试剂的顺序为________。 (填试剂编号) 解析: (1)D为实验室制备Cl2的装置,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O。 Cl2与SO2在B中发生反应: Cl2+SO2+2H2O===4H++2Cl-+SO 。 (2)根据硫原子守恒计算,得到bg沉淀是BaSO4, Na2SO3~SO2~SO ~BaSO4 n(Na2SO3)=n(BaSO4)= = mol, Na2SO3的质量分数为 ×100%= ×100%。 (3)保证实验的准确性就是防止SO2的流失,所以硫酸应该在B中水面上方充满了黄绿色气体的时候滴加;C中NaOH溶液的作用是吸收尾气,防止Cl2污染环境。 (4)另外一种设计方案是将Na2SO3溶于水,然后向其中加入稀盐酸至不再产生气体为止,加入BaCl2溶液,然后将生成的沉淀过滤、洗涤、干燥,称量其质量,求出Na2SO4的质量分数,继而求得Na2SO3的质量分数,所以使用的试剂是①、②、④。 答案: (1)MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O Cl2+SO2+2H2O===4H++2Cl-+SO (2) ×100% (3)待B中水面上方充满黄绿色气体时 吸收尾气,防止污染大气 (4)①②④ 8.小苏打长期放置在空气中会变质(部分转变为Na2CO3),某研究小组欲测定某小苏打样品中NaHCO3的质量分数,设计如下实验方案: Ⅰ.加热分解法 利用图1装置,充分加热小苏打样品。 (1)仪器a的名称为________________。 (2)在实验过程中,需要测量的实验数据有: ①仪器a的质量; ②____________________________; ③____________________________。 Ⅱ.测量气体体积法 利用图2装置,测定反应生成气体的体积。 (1)组装好仪器后,首先进行的操作为____________________________________。 (2)导管g的作用为______________________________。 (3)为了减小实验误差,B、C中最好用________溶液代替水。 (4)待反应结束,气体冷却至室温后,利用图示装置读取气体体积时,应注意的事项有: ①________________________________________________________________________; ②__________________________。 (5)若所取样品的质量为mg,反应前滴定管C的读数为V1mL,反应结束后滴定管C的读数为V2mL,则样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之和为________(气体体积均已换算为标准状况下的体积)。 解析: Ⅰ. (1)仪器a是坩埚。 (2)还需要测量的实验数据有“加热前,仪器a和样品的总质量”和“加热冷却后,仪器a和残留物的总质量”。 Ⅱ. (1)涉及气体的实验装置连接好后第一步是检查装置的气密性。 (2)导管g的作用是平衡分液漏斗与锥形瓶内的气压,使液体顺利流下;滴入锥形瓶的稀硫酸体积等于进入分液漏斗的气体体积,从而消除由于加入稀硫酸引起的气体体积误差。 (3)由于生成的CO2溶于水,造成误差,所以采用饱和NaHCO3溶液代替水,从而减小误差。 (4)①读数时上下移动C管,使B、C两管液面相平,减小由于压强不同引起的体积误差;②视线与液面最低处相平,减小由于读数引起的体积误差。 (5)根据碳原子守恒,1mol碳原子对应1molCO2,CO2的物质的量为 mol,所以样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之和为 mol。 答案: Ⅰ. (1)坩埚 (2)加热前,仪器a和样品的总质量 加热冷却后,仪器a和残留物的总质量 Ⅱ. (1)检查装置的气密性 (2)平衡分液漏斗与锥形瓶内的气压,使液体顺利流下;滴入锥形瓶的稀硫酸体积等于进入分液漏斗的气体体积,从而消除由于加入稀硫酸引起的气体体积误差 (3)饱和NaHCO3 (4)①读数时应上下移动C管,使B、C两管液面相平 ②视线与液面最低处相平 (5) mol 9.碱式碳酸镁可用于牙膏、医药和化妆品等工业,化学式为4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O,某碱式碳酸镁中含有SiO2杂质,为测定其纯度,某兴趣小组设计了如下几个方案: 方案Ⅰ: 取一定质量的样品,与稀硫酸充分反应,通过测定生成CO2的质量计算纯度。 (1)乙中发生反应的化学方程式为__________________。 (2)仪器接口的连接顺序为(装置可以重复使用)a________,丁的作用是________________。 (3)当样品充分反应完后,缓慢通入空气的目的是____________________________。 方案Ⅱ: ①称取碱式碳酸镁样品mg;②将样品充分高温煅烧,冷却后称量;③重复操作②,测得剩余固体质量为m1g。 (4)下列仪器中,该方案不会用到的是________。 (5)判断样品完全分解的方法是____________;本实验至少需要称量________次。 (6)有同学认为方案Ⅱ高温煅烧的过程中会发生MgCO3+SiO2 MgSiO3+CO2↑,会导致测定结果有误,你认为这位同学的观点正确吗? ________。 (填“正确”或“错误”)请说明理由: ________________________。 解析: (1)乙中发生反应的化学方程式为 4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O+5H2SO4===5MgSO4+11H2O+4CO2↑。 (2)通过浓硫酸除去水蒸气,通过干燥管吸收CO2;气体通过干燥管的方向是“宽进细出”;为了防止空气中水蒸气、CO2进入吸收CO2的干燥管,需要再连接一个干燥管。 故仪器接口的连接顺序为adebcb,丁的作用是除去CO2中的水蒸气。 (3)缓慢通入空气的目的是将装置中残留的CO2全部赶出被完全吸收。 (4)该方案不会用到的是E。 (5)判断样品完全分解的方法是样品连续两次高温煅烧,冷却称量质量相差0.1g以内;本实验加热前需要称量坩埚的质量、坩埚与药品的质量和,加热至质量恒重,至少称量两次,一共至少需要称量4次。 (6)错误。 因该反应的发生不影响生成CO2和水蒸气的量。 答案: (1)4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O+5H2SO4===5MgSO4+11H2O+4CO2↑ (2)debcb 除去CO2中的水蒸气 (3)装置中残留的CO2全部赶出被完全吸收 (4)E (5)样品连续两次高温煅烧,冷却称量质量相差0.1g以内 4 (6)错误 该反应的发生不影响生成CO2和水蒸气的量 10.(2018·白城模拟)NaOH在存放过程中会发生变质。 (1)久置的NaOH溶液中含有CO ,请写出生成CO 的离子方程式: ____________________________________。 (2)同学甲为确定某NaOH溶液的变质程度进行了如下实验: ①取少量溶液放入试管A中,然后加入BaCl2溶液,产生________________________(填实验现象),表明NaOH溶液已经变质。 ②取少量溶液放入试管B中,先加入足量的BaCl2溶液后再向上层清液中加入____________(填试剂名称),若溶液____________________,则表明NaOH溶液是部分变质。 (3)同学乙经过思考认为,NaOH溶液变质后的产物可能含有NaHCO3。 确定有无NaHCO3生成的方法: 先向溶液中加入足量的BaCl2溶液,然后过滤除去沉淀,再______________________(答出所用试剂与实验现象),说明没有NaHCO3生成。 (4)同学丙利用如下方法测定某固体NaOH的变质程度: 准确称取4.00gNaOH,配制成500mL溶液,然后取出25.00mL所配溶液放入锥形瓶中,用0.2000mol·L-1的盐酸进行滴定。 ①取用NaOH溶液的过程中涉及到排气泡的操作,其操作方式可用下图中的________表示。 ②滴定中使用了两种指示剂,先加入酚酞作指示剂,达到终点时消耗盐酸的体积为amL,然
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