定量实验设计与评价（提高）【高考展望】一、考纲要求1．能根据实验试题要求，做到：（1）设计、评价或改进实验方案；（2）了解控制实验条件的方法；（3）分析或处理实验数据，得出合理结论；（4）绘制和识别典型的实验仪器装置图。
2．以上各部分知识与技能的综合应用。
二、高考动向新课程背景下的高考化学实验试题非常重视将定性实验和定量实验进行有机结合，试题中所设计的问题多为实验的基本操作知识及实验原理的分析、实验数据的处理和对实验流程的推理，旨在对学生实验基本素养和分析处理数据能力的考查。
本节主要涉及定量实验设计与评价。
【方法点拨】定量实验方案的设计的一般要求①根据题目要求设计定量实验的测定原理，如混合物组成测定的一般设计思路是使其中一种组分发生化学反应生成气体或沉淀，通过测定气体或固体的量进而求得各组分的含量。
②定量实验的关键是保证数据的准确性，因此确定了某一具体实验方案后，应注意在实验中保证所测数据是准确的：如除杂、数据的重复测定等特征设计，还要排除此方案中所有干扰因素，干扰因素全部排除了，此方案具体的实施程序就清晰且明确了。
因此教学中要尽量创造条件，让学生动手多做实验，让学生自选课题、设计实验、改进或创新实验，并对实验进行评价和分析，培养学生的创新意识的创新精神，训练学生用实验解决化学问题，使学生掌握评价实验方案的常见角度和方法。
总之，新课程理念下的高三化学复习备考应注重近年来高考实验试题考查的动向进行研究，从试题中去领略试题考查的意图和试题命制方向，从而在教学中有目标性地培养学生的实验创新意识和实验探究能力，真正做到有的放矢，提高实验备考复习效率。
【典型例题】类型一、混合物中某物质含量的测定例1、已知某纯碱试样中含有NaCl杂质，为测定试样中纯碱的质量分数，可用下图中的装置进行实验。
主要实验步骤如下：①按图组装仪器，并检查装置的气密性②将ag试样放人入锥形瓶中，加适量蒸馏水溶解，得到试样溶液③称量盛有碱石灰的U 型管的质量，得到bg④从分液漏斗滴人6mo1·L -1的硫酸，直到不再产生气体时为止⑤从导管A 处缓缓鼓入一定量的空气⑥再次称量盛有碱石灰的U 型管的质量，得到cg⑦重复步骤⑤和⑥的操作，直到U 型管的质量基本不变，为dg请填空和回答问题：(1)在用托盘天平称量样品时，如果天平的指针向左偏转，说明______________________(2)装置中干燥管B 的作用是___________________________________(3)如果将分液漏斗中的硫酸换成浓度相同的盐酸，测试的结果__________ (填偏高、偏低或不变)(4)步骤⑤的目的是____________________________(5)步骤⑦的目的是________________________________(6)该试样中纯碱的质量分数的计算式为______________________________(7)还可以用其他实验方法测定试样中纯碱的质量分数。
请简述一种不同的实验方法。
【思路点拨】对于实验问题，首先要明确实验目的（测定纯碱样品的质量分数），并据此找出实验原理（如①测得与酸反应生成的CO 2的质量求出Na 2CO 3的质量并进一步求出其质量分数；②测得与酸反应生成的CO 2的质量求出Na 2CO 3的质量并进一步求出其质量分数；③在酸性环境下把NaCl 转化为AgCl 并测出沉淀的质量求出NaCl 质量，从尔求得Na 2CO 3的质量和质量分数等）；根据实验原理找出实验仪器并组装装置；进一步检验装置、分析存在的误差、消除误差；得出最终的设计方案。
【答案】(1)样品重，砝码轻 (2)防止空气中的CO 2和水气进入U 型管中(3)偏高 (4)把反应产生的CO 2全部导入U 型管中(5)判断反应产生的CO 2是否全部排出，并被U 型管中的碱石灰吸收 (6)%10044)(106⨯-ab d (7)答案略。
【解析】此题是典型的定量测量设计题目，抛开题目中的具体问题，要测量此混合物碳酸钠的质量分数，可以根据不同原理设计出下列实验方案。
利用Na+离子守恒或CO32—、Cl—的共性加入足量盐酸测量蒸发后溶液中NaCl的质量方案(6) 加入足量的AgNO3测量沉淀Ag2CO3和AgCl的质量方案(7)方案(1)(2)(3)(4)是利用测量参数及关系式求混合物中Na2CO3的质量；方案(5)是利用AgCl 的质量求混合物中NaCl的质量，进一步求的Na2CO3的质量；方案(6)是利用反应前后的固体的质量差或利用二元一次方程组求得混合物中各成分的质量；方案(7)的测定原理类似方案(6)。
而试题中设问只是其中的方案(1)实施过程而已，了解方案(1)中影响准确性的干扰因素(主要是二中(3)(6)导致)并将它排除，各种装置的作用、误差分析、方案设计等等都迎刃而解了。
其他实验方案中的干扰因素，及解决办法见下表。
方案干扰因素解决办法方案(1) 1．生成的CO2中混有H2O，被D吸收，使结果偏高。
2．空气中的CO2和水进入D，使结果偏高。
3．烧瓶中残留的CO2无法被D吸收，使结果偏低。
方案(2) 排水量气，CO2会有一部分溶解于水，可以排饱和NaHCO3溶液。
方案(3) 影响中和滴定准确的因素见中和滴定误差分析方案(4) 1．溶液中的CO32—如何确定全部转移到沉淀中。
2．过滤后的滤纸上会粘有部分沉淀。
3．沉淀上会吸附一些杂质离子。
4．沉淀如何确定完全干燥。
1．取上层清液，继续加钙盐，看是否有沉淀。
2．将滤纸和沉淀一起干燥，滤纸和沉淀一起称量，或使用无灰滤纸，干燥后将滤纸点燃。
3．将沉淀进行洗涤2——3次。
4．利用连续两次干燥，是否存在质量差。
方案(5) 如何确定沉淀中没有碳酸银。
加过量的HNO3，并用pH试纸进行检验，使溶液成酸性。
方案(6) 如何确定CO32—完全转移到气体中。
加入足量的盐酸，并用pH试纸进行检验，使溶液成酸性。
方案(7) 分析类似方案(4) 分析方法类似方案(4)【总结升华】此题以纯碱为载体，综合考查了实验的基本操作（检查气密性、溶解、称量等）、误差分析（天平指针未在中间、B 的作用、硫酸换成盐酸）、计算（计算纯碱的质量分数）及实验设计（简述一种不同的实验方案）等，是一道综合实验题。
举一反三：【变式1】(2014 海淀期中)某课外小组欲测定过氧化钠与碳酸钠混合物中过氧化钠的质量分数，准确称量a 克样品，下列后续实验方案中，不合理．．．的是 A ．隔绝空气加热，冷却后，称量剩余固体质量 m 1gB ．与足量稀盐酸反应并蒸干，，称量剩余固体质量 m 2 gC ．与足量水反应并加热，收集到标准状况下V 1 L 干燥气体D ．与足量稀硫酸反应并加热，收集到标准状况下V 2 L 干燥气体【答案】A【解析】B 中碱石灰能吸收二氧化碳和水；C 中CO 2挥发带出水蒸气；D 中CO 2能溶于水。
【高清课堂：407450例2】【变式3】下列实验方案中，不能测定Na 2CO 3和NaHCO 3混合物中Na 2CO 3质量分数A.取a 克混合物充分加热，减重b 克B.取a 克混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b 克固体C.取a 克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b 克D.取a 克混合物与足量B a (O H )2溶液充分反应，过滤、洗涤、烘干，得b 克固体【答案】C【解析】在Na 2CO 3和NaHCO 3中，加热能分解的只有NaHCO 3，A 项成立；B 项得到的固体产物是NaCl ，Na 2CO 3和NaHCO 3转化为NaCl 时的固体质量变化不同，B 项成立；同理，Na 2CO 3和NaHCO 3转化为BaCO 3时的固体质量变化也不同，D 项成立；C 项中碱石灰可以同时吸收CO 2和水蒸气，C 项明显错误；选C 。
【变式4】某化学小组在常温下测定一定质量的某铜铝混合物中铜的质量分数，设计了如下实验方案：方案Ⅰ：铜铝混合物A−−−−−→足量溶液充分反应测定生成气体的体积 方案Ⅱ：铜铝混合物B −−−−−→足量溶液充分测定剩余固体的质量下列有关判断中不正确的是（）。
A．溶液A和B均可以是盐酸或NaOH溶液B．溶液A和B均可以选用稀硝酸C．若溶液B选用浓硝酸，则测得铜的质量分数偏小D．实验方案Ⅱ更便于实施【答案】B【解析】因铝具有两性，而铜不能与碱、无氧化性酸反应，所以A和B是盐酸或氢氧化钠时，都与铝反应，故A可行；又因测固体质量比测气体体积易进行，故D正确；若A 和B都是稀硝酸时则方案Ⅱ无法实施，故B错；若B是浓硝酸，则铝钝化，导致剩余固体质量增加，所以测得铜的质量分数偏小，故C正确。
例2、北京市场销售的某种食用精制盐包装袋上有如下说明：（1）碘酸钾与碘化钾在酸性条件下发生如下反应，配平化学方程式（将化学计量数填于空白处）KIO3＋KI＋H2SO4＝K2SO4＋I2＋H2O（2）上述反应生成的I2可用四氯化碳检验。
向碘的四氯化碳溶液中加入Na2SO3稀溶液，将I2还原，以回收四氯化碳。
①Na2SO3稀溶液与I2反应的离子方程式是。
②某学生设计回收四氯化碳的操作步骤为：a.将碘的四氯化碳溶液置于分液漏斗中；b.加入适量Na2SO3稀溶液；c.分离出下层液体。
以上设计中遗漏的操作及在上述步骤中的位置是。
（3）已知：I2＋2S2O32－＝2I－＋S4O62－。
某学生测定食用精制盐的碘含量，其步骤为：a. 准确称取wg食盐，加适量蒸馏水使其完全溶解；b.用稀硫酸酸化所得溶液，加入足量KI溶液，使KIO3与KI反应完全；c.以淀粉为指示剂，逐滴加入物质的量浓度为2.0×10－3mol·L－1的Na2S2O3溶液10.0mL，恰好反应完全。
①判断c中反应恰好完全依据的现象是。
②b中反应所产生的I2的物质的量是mol。
③根据以上实验和包装袋说明，所测精制盐的碘含量是（以含w的代数式表示）mg/kg。
【答案】（1）1、5、3、3、3、3（2）①I2＋SO32－＋H2O=2I－＋SO42－＋2H+②在步骤b后，增加操作：将分液漏斗充分振荡后静置（3）①溶液由蓝色恰好变为无色②1.0×10－5 ③4.2 ×102/w【解析】（1）首先标出化学方程式中变价元素的化合价：然后利用氧化还原反应中化合价升高的数值和降低的数值相等配平KIO3和KI的系数：最后利用质量守恒（原子守恒）配平其他物质：（2）Na2SO3稀溶液与I2的反应中I2被还原，所以Na2SO3做还原剂被氧化，化合价应升高，即生成Na2SO4，所以反应的离子方程式为I2＋SO32－＋H2O=2I－＋SO42－＋2H＋。
在实验过程中I2在有机相CCl4中，而Na2SO3在水相中，二者不相溶，因此为了使二者充分反应应对分液漏斗进行必要的震荡，因此应在b、c之间加上操作：将分液漏斗充分震荡并静置。
