研究物质的实验方法.doc

龙文教育您值得信赖的专业化、个性化辅导学校研究物质的实验方法导入：实验是化学家研究物质组成、结构和性质的重要方法。借助实验，化学家得以分离和提纯所需要的物质，确定物质组成的元素及其含量，解析物质的微观结构，揭示化学现象的本质。科学的实验方法为化学家打开物质世界的大门提供了一把金钥匙。实验对于化学研究而言，犹如羽翼之于飞鸟，划桨之于轻舟。1、 物质的分离与提纯我们所接触到的物质往往是混合物，化学上要研究一种物质的性质，首先需要将其中各组分分离开来，以实现物质的提纯。分离与提纯，两者之间有什么区别吗？分离是通过适当的方法，把混合物中的几种物质分开（每一组分都要保留下来，且与原状态相同）的过程。提纯通过一定途径获取混合物中的主要成分的过程。 混合物的分离是依据混合物中各组分性质的差异进行的。常见的混合物分离方法有过滤、结晶、萃取、分液、蒸馏等。实验一：观察一个带过滤网的茶杯让我们继续用化学家的眼光来观察我们周围的物质世界，这个茶杯比普通茶杯多了一个金属网，其作用是什么？在泡茶时茶叶中能溶于水的成分形成了茶叶水，为饮用方便，我们加了一个金属网，实现茶叶和茶水的分离。这种分离方法就是我们曾经学习过的过滤，哪种混合物可以通过过滤的方法加以分离？用这个金属网能将化学反应生成的沉淀和溶液分开吗？实验室使用的滤纸必然具有一些小孔，其大小刚好能使溶液通过，而留下沉淀。为了保证过滤的效果和速率，实验操作中我们应该注意哪些问题？我们所接触到的物质往往是混合物，化学上要研究一种物质的性质，首先需要将其中各组分分离开来，以实现物质的提纯。分离与提纯，两者之间有什么区别吗？分离是通过适当的方法，把混合物中的几种物质分开（每一组分都要保留下来，且与原状态相同）的过程。提纯通过一定途径获取混合物中的主要成分的过程。实验二：现有含MgCl2和泥沙的粗食盐，请设计实验方案，由粗食盐提纯NaCl。加NaOH溶液加水溶解后实验方案：形成Mg（OH）2沉淀粗食盐混合物 粗食盐水 过滤食盐水（含NaOH、泥沙、Mg（OH）2） 加入盐酸蒸发结晶 食盐水（含NaOH） 食盐水 精制食盐两种固体，一种可溶于水，另一种不溶，我们就可以利用其溶解性的差异，通过过滤的方法实现分离。可加入适量化学试剂，将杂质其转变为沉淀，并通过过滤的方法除去。若两种物质都能溶解于水，例如硝酸钾与氯化钠，我们如何实现其分离呢？实验三：现有KCl和KNO3的固体混合物，请设计实验方案提纯KNO3。混合物中各组分都溶于水，但其溶解度随温度变化不同，降温时溶解度随温度变化大的物质主要以晶体的形式析出。小结 混合物的分离方法取决于混合物各组分性质的差异。实验四：对比饱和溴水的颜色和溴在CCl4中的颜色，为什么颜色深浅不同？分析：溴在CCl4中的溶解度比在水中的溶解度大。思考：向溴水中加入少量CCl4，预计会出现怎样的现象？所谓萃取，是指利用溶质在不同溶剂里溶解度的不同，将物质从溶解度较小的溶剂中转移到溶解度较大的溶剂中，从而实现物质的富集。如何将水层和四氯化碳层分离？萃取之后一般通过分液的方法将互不相溶的液体分离。在实验室中，萃取和分液通常在分液漏斗中进行。哪些物质可以从水中提取出溴？ 萃取剂与原溶剂互不相溶；溶质在萃取剂中有较大的溶解度；溶质、原溶剂与萃取剂不发生任何反应。分液操作应注意什么问题？充分静置；保持漏斗内压强与外界大气压一致；下层溶液从分液漏斗下口放出，上层溶液从分液漏斗上口倒出。冷却热饱和溶液结晶是利用不同溶质在同种溶剂中溶解性的差异实现分离，萃取则是利用同种溶质在不同溶剂中溶解性的差异。这两种分离物质的方法都与溶解性有关，我们还可以根据物质哪些性质的差异实现混合物的分离？粗盐的提纯中最终蒸发食盐溶液获得食盐晶体，蒸发是利用物质挥发性的差异实现分离。若我们需要的是蒸出的水分，则应如何操作？将蒸出的水蒸气通过冷凝管，再收集起来，这种方法称为蒸馏。蒸馏装置分为哪几个部分？分别需要哪些仪器？液体的加热、蒸汽的冷凝和冷凝液的收集。练习：设计下列各组物质提纯或分离的实验方法1、除去NaCl固体中的Na2SO42、植物油和水的分离3、碘水中提取溴（Br2）4、含少量NaCl的KNO3中提纯KNO35、分离苯和溴苯（互溶，沸点不同）2、 常见物质的检验 思考与讨论： 设计下列各组物质检验或鉴别的方法 1、检验某溶液呈酸性或碱性 2、某固体为碳酸盐 3、某可燃性气体是H2或CO 4、区别棉织物和毛织物 5、硫酸铜溶液与硫酸钠溶液 如何检验下列物质中的阴阳离子 NH4Cl (NH4)2SO4 KCl Na2SO4焰色反应：许多金属或者它们的化合物在火焰上灼烧时都会使火焰呈现特殊的颜色。 常见离子的检验： 加硝酸酸化的硝酸银有白色沉淀生成 加酸化的氯化钡有白色沉淀生成 加浓NaOH溶液并加热，生成能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体 Error! Reference source not found. 用铂丝醮取样品在酒精灯火焰上灼烧，火焰呈黄色 用铂丝醮取样品在酒精灯火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃火焰呈紫色 应用与提高: 如何检验某溶液是盐酸？ 如何检验某溶液是NaOH？ 鉴别NaCl、Na2CO3、Ca(OH)2三种固体3、 溶液的配制及分析 回顾复习：1、有标准状况下的22g CO2，含有的CO2分子数为_，N(C)=_， N(O)=_，体积为_；2、等质量的CO、CO2，分子数之比为_，O数之比为：_，同温同压下密度比为_3、标准状况下某气体的密度为1.25g/L，则14g该气体的物质的量为_4、有质量分数为36.5%，密度为1.2g/ml的盐酸溶液1000mL，则该溶液含n(HCl)=_mol，若用该盐酸去中和含NaOH 0.6mol的NaOH溶液，需该盐酸的体积是多少？一、物质的量浓度物质的量浓度（1）概念：以单位体积溶液里所含溶质B的物质的量来表示溶液组成的物理量，叫做溶质B的物质的量浓度。符号：c（B）单位：mol/L表达式：物质的量浓度（mol/L）= 溶质物质的量/溶液的体积（2）公式：（3）注意：体积是指溶液的体积，而不是溶剂的体积； 在一定物质的量浓度溶液中取出任意体积的溶液，其浓度不变，但所含溶质的物质的量或质量因体积的不同而不同。 溶质可以是单质、化合物，也可以是离子或其他特定组合。 如 c（Cl2）0.1mol/L c（NaCl）2.0mol/L c（Fe2）0.5mol/L等。典型例题】例1. 将1molNa2SO4溶于水配成500mL溶液，求出溶液中Na+和SO42的物质的量浓度？解析：Na2SO4=2 Na+ + SO42 n（Na+）=2 n（Na2SO4）=21mol=2moln（SO42）= n（Na2SO4）=1mol则c（Na+）= n（Na+）/ V（溶液）=2mol/0.5L=4mol/Lc（SO42）= n（SO42）/ V（溶液）=1mol/0.5L=2mol/L例2. 将4gNaOH溶解在10mL水中，再稀释成1L，从中取出10mL，这10mL溶液的物质的量浓度是（ ）A. 1 mol/L B. 0.1mol/L C. 0.001 mol/L D. 10mol/L解析：c（NaOH）= n（NaOH）/V = 0.1moL/1L = 0.1mol/L，从中取出任意体积，浓度不变。例3. 若20 g密度为d gcm3的硝酸钙溶液里含1 g Ca2，则NO3离子的浓度是（ ）A. molL1 B.molL1 C. 1.25d molL1 D. 2.5d molL1解析：c（Ca2+）= n（Ca2+）/V = 1/40 20g/（d gcm31000= 1.25d mol所以：c（NO3）=2c（Ca2+）= 2.5d molL1例4. 下列溶液与20mL 1 molL1 NaNO3溶液中NO3物质的量浓度相等的是 （ ）A. 10 mL 1 molL1 Mg（NO3）2溶液 B. 5 mL 0.8 molL1 Al（NO3）3溶液C. 10 mL 2 molL1 AgNO3溶液 D. 10 mL 0.5 molL1 Cu（NO3）2溶液解析：NaNO3溶液中NO3物质的量浓度为1 molL1. A选项中c（NO3）= 2molL1；B选项中c（NO3）=3c（Al（NO3）3）= 2.4molL1；C选项中c（NO3）= c（AgNO3）= 2molL1；D选项中c（NO3）=2c（Cu（NO3）2）= 1mol；注意浓度与体积的大小无关。知识点2：物质的量浓度溶液的配制主要仪器：（1）当溶质为固体时，用到的实验仪器有：托盘天平（包括砝码）、药匙、烧杯、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管。（2）当溶质为液体时，用到的实验仪器有：量筒、烧杯、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管。操作步骤：计算称量溶解转移洗涤移液定容摇匀配制NaCl溶液注意事项：容量瓶不能配制任意体积的溶液；不能用作反应容器；不能直接在其中进行溶解和稀释；不可作为贮存溶液的试剂瓶。容量瓶在使用前需检查是否漏水。称量NaOH等易潮解或有腐蚀性的固体必须在干燥洁净的小烧杯中进行且要快速称量。溶解或稀释过程有明显温度变化的，需等溶液温度恢复至室温才能转移到容量瓶中。往容量瓶中转移溶液时，需要用玻璃棒引流；烧杯及玻璃棒应用蒸馏水洗涤23次，洗涤液也要注入容量瓶中。定容时，当液面接近瓶颈刻度线12cm处时，应改用胶头滴管滴加。【典型例题】例1：实验：用食盐固体配制100mL 2.0mol/L NaCl溶液基本步骤：检漏计算称量或量取溶解或稀释冷却转移洗涤转移加水定容摇匀装瓶计算 计算配制100mL 2.0mol/L NaCl溶液所需NaCl固体的质量： 11.7g 称量 在托盘天平上称量出所需的NaCl固体配制溶液：把称好的氯化钠固体放入烧杯中，再向烧杯中加入40mL蒸馏水，用玻璃棒搅拌，使氯化钠固体完全 溶解 。将烧杯中的溶液沿玻璃棒 转移 到容量瓶中，用少量蒸馏水 洗涤 烧杯23次，并将洗涤液也全部转移到容量瓶中。轻轻摇动容量瓶，使溶液混合均匀。继续向容量瓶中加入蒸馏水，直到液面在刻度线以下1cm2cm时，改用胶头滴管逐滴加水，使溶液凹面恰好与刻度相切。盖好容量瓶瓶塞，反复颠倒、摇匀。将配制好的溶液倒入 试剂 瓶中，贴好标签。例2：误差分析：下列操作对所配制溶液的物质的量浓度有何影响？（1）使用托盘天平称2.3g溶质固体时，左码右物（2）配制NaOH溶液时，NaOH固体在纸上称量（3）容量瓶在转入溶液前有蒸馏水（4）配制NaCl溶液时，在转入溶液前，容量瓶中有少量NaCl溶液（5）烧杯、玻璃棒没有洗涤，或洗涤液没有转入容量瓶（6）定容时溶液凹液面超过刻度线（7）定容振荡摇匀后，发现液面低于刻度线，再加水至刻度线（8）用量筒量取浓硫酸后，用水洗涤量筒23次，洗涤液转入烧杯中（9）配制稀硫酸溶液时，用量筒量取5.5mL浓硫酸，结束时仰视（10）定容时，俯视刻度线解析：（1）使用托盘天平称2.3g溶质固体时，正确操作应左物右码，现左码右物，试剂实际质量只有1.7g；（2）称量NaOH固体时应在烧杯里称量，NaOH固体在空气中易潮解，在纸上称量实际质量偏低；（3）无影响 （4）容量瓶中有少量NaCl溶液，使NaCl的质量偏大；（5）烧杯、玻璃棒没有洗涤，或洗涤液没有转入容量瓶，使溶质的质量偏小；（6）定容时溶液凹液面超过刻度线，溶液体积偏大，浓度偏小；（7）同（6），体积偏大，浓度偏低；（8）量筒量取液体后不需要洗涤，因为筒壁上的残液不在量取的体积内，所以用水洗涤量筒23次，洗涤液转入烧杯中浓度偏大；（9）用量筒量取5.5mL浓硫酸，结束时仰视，浓硫酸体积偏大，所以浓度偏大；（10）定容时，俯视刻度线，溶液体积偏小，浓度偏大。例3：实验室里需用480mL0.1mol/L的硫酸铜溶液，现选取500mL容量瓶进行配制，以下操作正确的是（ ）A. 称取7.68g硫酸铜，加入500mL水 B. 称取12.0g胆矾配成500mL溶液 C. 称取8.0g硫酸铜，加入500mL水 D. 称取12.5g胆矾配成500mL溶液 解析：每个容量瓶的容积是固定的，如100mL；200mL；500mL等，实验室里需用480mL0.1mol/L的硫酸铜溶液，应选取500mL容量瓶进行配制。经计算，需要硫酸铜的质量为8g；需要胆矾的质量为12.5g；定容时应加水到500mL，而不是加水500mL。例4：实验室配制500mL 0.5mol/L的NaCl溶液，有如下操作步骤：、把称好的NaCl晶体放入小烧杯中，加入适量蒸馏水溶解；、把所得溶液小心转入500mL容量瓶中；、继续向容量瓶中加蒸馏水至液面距刻度12cm处，改用胶头滴管小心滴加蒸馏水至溶液凹液面底部与刻度线相切；、用少量蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒23次，每次洗涤的液体都小心转入容量瓶并轻轻摇匀；将容量瓶瓶塞塞紧，充分摇匀。回答下列问题： 本实验操作步骤正确的顺序是（填序号） 。 本实验用到的基本仪器有 。 某同学观察液面的情况如图所示，对所配溶液浓度有何影响？ （填偏高、偏低或无影响，下同） 若出现如下情况，对所配溶液浓度将有何影响？没有进行操作 ；加蒸馏水时不慎超过了刻度 。 若实验过程出现如下情况应如何处理？加蒸馏水时不慎超过了刻度 ；在向容量瓶中转移溶液时，不慎有几滴液滴掉在容量瓶外面 。解析：本实验题综合考查了物质的量浓度溶液的配制方法，特别是配制过程中的误差分析及非正常情况的处理。根据配制顺序：算、称、溶、转、洗、定、摇，可知本实验操作步骤正确的顺序是；由于配制所用的原始药品为NaCl固体，所以本实验要用到的基本仪器有：天平、药匙、烧杯、玻璃棒、500mL容量瓶、胶头滴管等；观察液面时若俯视，由于眼睛、刻度线、凹液面底部应在一条直线上，故凹液面底部将在刻度线以下，此时溶液量不够500mL，故所配溶液浓度将偏高；而没有进行操作则将损失部分溶质，故所配溶液浓度将偏低，加蒸馏水不慎超过了刻度，则使得溶液体积大于500mL，所配溶液浓度也将偏低；至于在配制过程中出现定容过量或洗涤时有溶液外漏（有溶质损失），均应宣布实验失败，从头再做。知识点3：物质的量浓度的简单计算1、物质的量浓度与溶质质量分数之间的关系c1000/ M （为溶液的密度，单位为 g/cm3，）2、一定物质的量浓度溶液的稀释由溶质的质量稀释前后不变有：m（B） =m（浓）（浓）=m（稀）（稀）由溶质稀释前后物质的量不变有：c（B）=c（浓）V（浓）=c（稀）V（稀）溶液在稀释或混合时，溶液的总体积不一定是二者混合的体积之和。如给出溶液混合后的密度，应根据质量和密度求体积。【典型例题】例1、在标准状况下，将VL气体A（相对分子质量为M）溶于0.1L水中，所得溶液密度为d gmL1，则此溶液的物质的量浓度（molL1）为A、B、 C、D、解析：在标准状况下，VL气体A的物质的量n（A）= VL/22.4 Lmol1；溶液的体积V=VL/22.4 （Lmol1）M + 100 /1000d gmL1； 例2、用20g氢氧化钠配成250mL溶液，其物质的量浓度为 ；从中取出5mL溶液，加水稀释为100mL，则稀释后溶液的物质的量浓度为 ，在这100mL溶液中含NaOH的质量为 。解析：c（NaOH）=n（NaOH）/V = 0.5/0.25 = 2mol/L； 从中取出5mL溶液，加水稀释为100mL，相当于稀释了20倍，所以浓度是原来的1/20例3、在aL Al2（SO4）3和（NH4）2SO4的混合溶液中加入b mol的BaCl2，恰好使溶液中的SO42完全沉淀；如加入足量强碱并加热可得到c mol NH3，则原溶液中的Al3的浓度（mol/L）为 （ ） A. B. C. D. 解析：由于NH3的物质的量为c mol，由原子守恒和电荷守恒得：（NH4）2SO4的物质的量为mol，反应时用去的BaCl2的物质的量也为mol，剩余的BaCl2为（b）mol，则Al2（SO4）3中的SO42的物质的量也为（b）mol，由电荷守恒得：n（Al3）3（b）2，所以c（Al3）mol/L。例4、标准状况下，A L氯化氢气体溶于1L水中，所得溶液密度为gmL1，则该溶液的质量分数为 ，溶液的物质的量浓度为 。解析：w（HCl）=m（HCl）/m（溶液）= （AL/22.4 L）36.5（AL/22.4L）36.5+ 1000c（HCl）= 1000w / M =1000（AL/22.4 L）36.5（AL/22.4 L）36.5+ 1000 / M例5、V mL Al2（SO4）3溶液中含a g SO42，若把此溶液取一半加水稀释至2V mL，则稀释后溶液中Al3+的物质的量浓度为 。解析：Al2（SO4）3 = 2Al3+ + 3SO42 a/96 （2/3）mol a/96 mol 所以才（Al3+）=1000 a/96 （2/3）mol 1/2/2V =125a / 72V mol/L四、应考锦囊以物质的量为中心的有关计算，是中学化学学习过程中的一个重要的知识点，也是学习过程中的一个难点，它贯穿于整个化学学习过程之中，在学习过程中要与前面物质的量、气体体积、微观粒子、物质的质量建立网络关系：五、本讲小结： 1. 以物质的量为中心的有关计算2. 物质的量浓度的配制基本步骤：检漏计算称量或量取溶解或稀释冷却转移洗涤转移加水定容摇匀装瓶本章练习：一、选择题：（每小题有12个选项是合理的，每题3分，共48分）1. 在容量瓶上不作标记的是 （ ）A. 刻度线 B. 容量规格 C. 温度 D. 溶液的物质的量浓度2. l molL1硫酸溶液的含义是 （ ） A. 1L水中含有1 mol硫酸B. 1L溶液中含1 mol H+C. 将98g硫酸溶于1L水所配成的溶液D. 指1L硫酸溶液中含有98g H2SO43. 某样品的质量为10. 6 g，一学生称量该样品的质量时，将样品放在托盘天平的右盘上（该天平1 g以下只能用游码），则天平的读数为 （ ） A. 10.6g B. 11.6g C. 11.4g D. 9.6g4. 8g无水硫酸铜配成0.1mol/L的水溶液，下列说法正确的是 （ ）A. 溶于500mL水中 B. 溶于1L水中C. 溶解后溶液的总体积为500mL D. 溶解后溶液的总体积为1L 5. 下列溶液的物质的量浓度是0.5molL1的是 （ ）A. 40gNaOH溶于1L水中 B. 58.5gNaCl溶于水制成1L溶液C. 28gKOH溶于水制成1L溶液 D. 1L 2的NaOH溶液6. 配制500mL 0.2molL1Na2SO4溶液，需要硫酸钠的质量是 （ ）A. 9.8g B. 14.2g C. 16g D. 32.2g7. 设NA为阿伏加德罗常数，下列关于0.2 mol/L的Ba（NO3）2溶液不正确的说法是（ ） A. 2 L溶液中有阴、阳离子总数为0.8NA B. 500mL溶液中NO3离子浓度为0.2mol/LC. 500mL溶液中Ba2+离子浓度为0.2mol/LD. 500mL溶液中NO3离子总数为0.2NA8. 实验中需2mol/L的Na2CO3溶液950mL，配制时应选用的容量瓶的规格和称取Na2CO3的质量分别是 （ ）A. 1000mL，212g B. 950mL，543.4gC. 任意规格，572g D. 500mL，286g9. 配制一定物质的量浓度的NaOH溶液时，造成实验结果偏低的是 （ ）A. 定容时观察液面仰视 B. 定容时观察液面俯视C. 有少量NaOH溶液残留在烧杯中D. 容量瓶中原来有少量蒸馏水10. 要把12 mol/L的盐酸（密度为1.19g/cm3）50mL稀释成6 mol/L的盐酸（密度为1.10g/cm3），需加水 （ ）A. 50mL B. 50.5mL C. 55mL D. 59.5mL *11. 将0.1mol/L的K2SO4溶液、0.2mol/L的Al2（SO4）3溶液和纯水混合，要使混合液中的K+、Al3+、SO42的浓度分别为0.1mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L，则所取的K2SO4溶液、Al2（SO4）3溶液、纯水三者体积比为：（ ）A. 1：1：1 B. 2：1：2 C. 1：1：2 D. 2：1：112. 密度为0.910g/cm3的氨水，其质量分数为25.0%，该氨水用等体积的水稀释后，所得溶液的质量分数为 （ ）A. 等于13.5% B. 大于12.5% C. 小于12.5% D. 无法确定13. 分别用0.20molL1的AgNO3溶液10mL与相同体积的下列溶液恰好完全反应。则物质的量浓度最大的是 （ ）A. KCl B. MgCl2 C. BaCl2 D. AlCl314. 某实验室用下列溶质配制一种混合溶液，已知溶液中：cK+=cCl=Na+=cSO42，则其溶质可能是 （ ）A. KCl，Na2SO4 B. KCl，Na2SO4，NaClC. NaCl，Na2SO4，K2SO4 D. KCl，K2SO4，Na2SO4*15. V mL Fe2（SO4）3溶液中含有Fe3+a g，取V mL溶液稀释到4V mL，则稀释后溶液中SO42的物质的量