化学专题2 研究物质的基本方法第二单元 溶液组成的定量研究导学案及答案

第二单元　溶液组成的定量研究

一、物质的量浓度

1．溶质的质量分数

(1)概念：溶液中的溶质质量与溶液质量之比。

(2)表达式：w(溶质)＝×100%。

2．溶质的物质的量浓度

(1)概念：表示单位体积溶液中所含溶质B的物质的量。

(2)符号：cB，常用单位：mol·L－1。

(3)表达式：cB＝。

物质的量浓度表达式中，V表示溶液的体积，在进行简单计算时，一定要辨析所给体积是否为溶液体积，溶液的体积不等于溶剂的体积。

二、配制一定物质的量浓度的溶液

1．容量瓶的选择与使用

注意事项：(1)使用容量瓶时一定要注意注明规格，如100 mL容量瓶。

(2)选择容量瓶应遵循“大而近”的原则：所配溶液的体积等于或略小于容量瓶的容积。

(3)使用容量瓶注意“六不”：①不能溶解固体；②不能稀释浓溶液；③不能加热；④不能作反应容器；⑤不能长期贮存溶液；⑥不能互换瓶塞。

(4)使用前要检验容量瓶是否漏水。

(5)定容时要使溶液的凹液面正好与刻度线相切。

2．配制100 mL 0.100 mol·L－1 Na2CO3溶液，除量筒、托盘天平、药匙、烧杯外，还需要的仪器有100 mL容量瓶、玻璃棒、胶头滴管。配制过程为：

(1)计算、称量：需要Na2CO3的质量是1.06 g；若用托盘天平称量，则应称量的质量是1.1 g。

(2)溶解：在烧杯中加适量蒸馏水溶解，用玻璃棒搅拌并冷却至室温。

(3)转移：用玻璃棒引流，将烧杯中的溶液用玻璃棒小心转移到100 mL容量瓶中。

(4)洗涤：用蒸馏水洗涤烧杯内壁及玻璃棒2～3次，并把洗涤的溶液都注入容量瓶中。注意溶解及洗涤所用水的总体积一定不能超过要配制溶液的体积。

(5)定容：将蒸馏水注入容量瓶中，液面离容量瓶颈刻度线下1～2 cm时，改用胶头滴管滴加蒸馏水至凹液面正好与刻度线相切，盖好瓶塞，用食指顶住瓶塞，另一只手的手指托住瓶底，把容量瓶倒转和摇动多次。

(6)装瓶：把配好的溶液倒入预备好的干燥试剂瓶中，贴上标签。

3．配制流程图示为

三、化学反应的计算

1．确定未知物质的量浓度的思路

(1)借助某个特定反应中消耗的溶质的物质的量进行计算。

(2)将已知物质的量浓度的溶液与一定体积未知物质的量浓度的溶液反应，根据反应时消耗已知物质的量浓度溶液的体积，通过计算确定未知浓度溶液的物质的量浓度。

2．物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤

微点拨：(1)书写格式规范化：在根据化学方程式计算的过程中，各物理量、物质名称、公式等尽量用符号表示，且数据的运算要公式化并带单位。 (2)单位运用对应化：根据化学方程式计算时，如果题目所给的两个量单位不一致，要注意两个量的单位要“上下一致，左右相当”。 (3)如果两种反应物的量都是已知的，求解某种产物的量时，必须先判断哪种物质过量，然后根据不足量的物质进行计算。

3．化学反应中的计量关系

(1)化学反应中参加反应各物质的物质的量之比等于化学方程式中对应物质的化学计量数之比。

(2)对于有气体参加的反应，在同温同压下各气体的化学计量数之比等于其体积之比。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”。)

(1)将40 g NaOH溶解在1 L水中所得溶液的物质的量浓度是1 mol·L－1。 (×)

(2)为了配制方便，可将固体或浓溶液直接在容量瓶(或量筒)中进行溶解(或稀释)。 (×)

(3)配制一定物质的量浓度的溶液时，若液面超过刻度线，应立即用胶头滴管吸出多的部分。 (×)

(4)物质在发生化学反应时，它们的质量比等于化学方程式中化学计量数之比。(×)

2．0.56 g氧化钙恰好与20 mL盐酸反应，则此盐酸的物质的量浓度是(　　)

A．0.10 mol·L－1　　 B．0.20 mol·L－1

C．0.50 mol·L－1   D．1.00 mol·L－1

D　[CaO　＋　2HCl===CaCl2＋H2O

     56 g     2 mol

    0.56 g    c(HCl)×20×10－3 L

则：＝，

解得c(HCl)＝1.00 mol·L－1。]

3．将190 g MgCl2溶于水配制成1 L溶液。

(1)该溶液中MgCl2的物质的量浓度为        ，溶液中Cl－的物质的量浓度为        。

(2)从1 L该溶液中取出10 mL,10 mL溶液中物质的量浓度为        ，溶质的物质的量为        。

[解析]　根据表达式可以求出。从溶液中取出部分液体，但其物质的量浓度不变。

[答案]　(1)2 mol·L－1　4 mol·L－1　(2)2 mol·L－1　0.02 mol

表示溶液组成的方法有两种：①溶质的质量分数；②物质的量浓度。如图所示为实验室浓硫酸的试剂瓶上的标签。

[问题1]　为什么溶液中溶质的质量分数和物质的量浓度可以相互换算？

[提示]　质量分数、物质的量浓度均是描述溶质多少的物理量，利用质量分数计算的溶质一定等于利用物质的量计算的溶质，因此可以利用溶质守恒，将质量分数与物质的量浓度进行换算。

[问题2]　若取1 L这种浓硫酸，其中含有溶质的质量是多少？物质的量是多少？

[提示]　1 L这种浓硫酸中所含硫酸溶质的质量： 1 000 mL×1.84 g·cm－3×98%＝18.4×98 g＝1 803.2 g。物质的量：＝18.4 mol。

[问题3]　根据物质的量浓度的定义计算该浓硫酸的物质的量浓度。

[提示]　该浓硫酸的物质的量浓度为＝18.4 mol·L－1。

1．有关物质的量浓度的计算

(1)计算的基本公式：c＝＝。

(2)计算的基本类型和方法：

①已知溶质的质量。

②已知溶液中某种微粒的数目。

③标准状况下，气体溶质的物质的量浓度的计算。

　c＝

2．物质的量浓度与溶质的质量分数的换算

(1)换算公式：cB＝ mol·L－1。

M：溶质B的摩尔质量　ρ：溶液的密度(g·mL－1)

(2)推导方法：

设溶液体积为1 L，则cB＝＝＝ mol·L－1。

3．溶液的稀释与混合

(1)稀释规律。

①语言描述：将浓溶液加水稀释，稀释前后溶质的物质的量和质量都保持不变。

②公式：c(浓)·V(浓)＝c(稀)·V(稀)。

(2)混合规律：

①语言描述：同一溶质不同浓度的两溶液相混合，混合后，溶质的总物质的量(或总质量)等于混合前两溶液中溶质的物质的量之和(或质量之和)。

②公式：c1·V1＋c2·V2＝c(混)·V(混)。

w1·m1＋w2·m2＝w(混)·m(混)

1．若30 g密度为d g·cm－3的AlCl3溶液中含有0.9 g Al3＋，则Cl－的物质的量浓度为(　　 )

A.d mol·L－1　　　　 B.d mol·L－1

C.d mol·L－1   D. mol·L－1

A　[0.9 g Al3＋的物质的量是n(Al3＋)＝＝ mol，则n(Cl－)＝3n(Al3＋)＝ mol，溶液的体积是V＝＝＝×10－3 L，所以c(Cl－)＝＝＝ mol·L－1。 ]

2．已知V L硫酸铁溶液中含Fe3＋m g，则该溶液中Fe3＋的物质的量浓度为        mol·L－1，SO的物质的量浓度为        mol·L－1，溶质的物质的量浓度为              mol·L－1。

[解析]　解答本题应注意两点：一是溶液中某离子的物质的量浓度的计算依然从定义出发，即c＝；二是硫酸铁电离后n(Fe3＋)∶n(SO)＝2∶3，那么c(Fe3＋)∶c(SO)＝2∶3，同时还有c[Fe2(SO4)3]＝c(Fe3＋)＝c(SO)。因n(Fe3＋)＝＝ mol，c(Fe3＋)＝＝＝ mol·L－1，c(SO)＝c(Fe3＋)＝ mol·L－1，c＝c(Fe3＋)＝ mol·L－1。

[答案]　　　

[问题]　配制一定物质的量浓度的溶液是高中化学的重要实验之一。配制一定浓度的氢氧化钠溶液时，氢氧化钠在烧杯中刚好溶解，立即把溶液转移到容量瓶中，这样可以吗？为什么？能否将氢氧化钠固体直接在容量瓶内溶解？

[提示]　不可以。溶液未冷却，液体膨胀，故向容量瓶中所加的水偏少，这样所配溶液浓度偏高。不能将氢氧化钠固体直接在容量瓶内溶解，因为容量瓶不能直接溶解固体，也不能用来稀释浓溶液。

1．误差的分析方法

(1)根据cB＝＝可知，MB为定值(溶质的摩尔质量)，实验过程中不规范的操作会导致mB或V的值发生变化，从而使所配制溶液的物质的量浓度产生误差。若实验操作导致mB偏大，则cB偏大；若实验操作导致V偏大，则cB偏小。

(2)容量瓶定容时仰视、俯视对结果的影响(如下图)

a　　　　　b

①仰视刻度线(如图a)：加水量高于基准线(刻度线)，溶液体积偏大，c偏低。

②俯视刻度线(如图b)：加水量低于基准线(刻度线)，溶液体积偏小，c偏高。

2．配制100 mL 1.00 mol·L－1 氯化钠溶液常出现的误差

3．下列配制的溶液浓度偏高的是(　　 )

A．配制盐酸用量筒量取盐酸时俯视刻度线

B．配制盐酸定容时，仰视容量瓶刻度线

C．配制烧碱溶液时，没有洗涤溶解烧碱的烧杯和玻璃棒

D．配制烧碱溶液时，烧碱溶解后未经冷却即注入容量瓶至刻度线

D　[A项，俯视刻度线，将会使量得的盐酸体积小于计算值，导致浓度偏低；B项，定容时仰视容量瓶刻度线，导致加水量增多，溶液浓度偏低；C项，未洗涤烧杯、玻璃棒，导致溶质减少，溶液浓度偏低；D项，溶液在容量瓶中冷却后液面低于刻度线，溶液体积减小，溶液浓度偏高。]

4．实验室需配制250 mL 0.1 mol·L－1的Na2CO3溶液，填空并回答下列问题：

(1)配制250 mL 0.1 mol·L－1的Na2CO3溶液：

(2)配制时，其正确的操作顺序是              (用字母表示，每个字母只能用一次)。

A．用30 mL蒸馏水洗涤烧杯2～3次，洗涤液均注入容量瓶，振荡

B．将准确称量的Na2CO3固体倒入烧杯中，再加适量蒸馏水溶解

C．将已冷却的溶液沿玻璃棒注入容量瓶中

D．将容量瓶盖紧，振荡，摇匀

E．改用胶头滴管加蒸馏水，使溶液凹液面恰好与刻度线相切

F．继续往容量瓶内小心加蒸馏水，直到液面接近刻度线1～2 cm处

(3)操作A中，将洗涤液都移入容量瓶，其目的是        ；溶液注入容量瓶前需恢复到室温，这是因为                                                    

                                                     。

(4)若出现如下情况，对所配溶液浓度将有何影响？(填“偏高”“偏低”或“无影响”)

若容量瓶中有少量蒸馏水                 ；若定容时俯视刻度线                        。

[答案]　(1)2.7　250　(2)BCAFED　(3)保证溶质全部转入容量瓶　不冷却就转移到容量瓶并定容，冷却至室温后会使溶液的体积偏小，浓度偏高　(4)无影响　偏高

1．从1 L 1 mol·L－1的KOH溶液中取出100 mL，下面关于这100 mL溶液的叙述错误的是(　　 )

A．物质的量浓度为0.1 mol·L－1

B．密度与原溶液相同

C．含有KOH的物质的量为0.1 mol

D．溶质的质量分数与原溶液相同

A　[溶液具有均一性，从1 L 1 mol·L－1的KOH溶液中取出100 mL，物质的量浓度、溶质的质量分数及密度均不变。取出的100 mL溶液中含有KOH的物质的量为1 mol·L－1×0.1 L＝0.1 mol。]

2．实验室有一瓶溶液，标签上标有“BaCl2 0.2 mol·L－1”的字样，下面是某同学对该溶液的叙述正确的是(　　 )

A．配制500 mL该溶液，可将0.1 mol BaCl2溶于500 mL水中

B．Ba2＋和Cl－的物质的量浓度都是0.1 mol·L－1

C．将该瓶溶液稀释一倍，则所得溶液的c(Cl－)为0.2 mol·L－1

D．从试剂瓶中取该溶液的一半，则所取溶液的物质的量浓度为0.1 mol·L－1

C　[A错，500 mL是溶剂水的体积，不是溶液的体积，应为0.1 mol BaCl2溶于水配成500 mL溶液，其浓度为0.2 mol·L－1；B错，由BaCl2 0.2 mol·L－1及物质构成可知，Ba2＋、Cl－的物质的量浓度分别为0.2 mol·L－1、0.4 mol·L－1；C对，c(Cl－)＝0.4 mol·L－1，稀释前后离子的物质的量不变，则将该瓶溶液稀释一倍，则所得溶液的c(Cl－)＝＝0.2 mol·L－1。]

3．精确配制250 mL一定物质的量浓度的NaOH溶液，下列实验操作正确的是(　　 )

A．选择仪器时，使用500 mL容量瓶

B．将称量好的氢氧化钠固体放入容量瓶中，加入少量水溶解

C．在烧杯中溶解氢氧化钠后，立即将所得溶液注入容量瓶中

D．将烧杯中的氢氧化钠溶液注入未经干燥的洁净容量瓶中

D　[A项，应选用250 mL容量瓶。B项，容量瓶不能用作溶解的仪器，应在烧杯中溶解。C项，应将溶解NaOH后的溶液恢复到室温后再向容量瓶中转移。D项，容量瓶未干燥对所配溶液浓度无影响，正确。]

4．将8 g铁片放入100 mL硫酸铜溶液中，溶液中的铜离子全部被还原时，固体质量变为8.2 g，则原硫酸铜溶液的物质的量浓度为(　　 )

A．0.5 mol·L－1　　　　　 B．0.25 mol·L－1

C．0.025 mol·L－1   D．0.125 mol·L－1

B　[　Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu　　Δm

　　　    1 mol　　　　　　　　　8 g

　　　   n(CuSO4)　　　　　　  (8.2－8) g

n(CuSO4)＝＝0.025 mol, c(CuSO4)＝＝0.25 mol·L－1。]

5．某化学课外活动小组从实验室取出硫酸试剂，试剂瓶上标签的部分内容如图所示。该小组欲配制450 mL 0.2 mol·L－1的稀H2SO4溶液：

(1)所需试剂瓶内硫酸溶液的体积为        mL。

(2)所用量筒和容量瓶的规格为        和        。

(3)浓硫酸稀释时的操作是                          

                                                     。

(4)下列为该小组的操作，可能导致配制溶液浓度偏高的是        (选填字母)。

A．移液前未冷却至室温

B．定容时加水多了，用滴管吸出

C．定容时俯视刻度线

(5)下图是该小组转移溶液的示意图，图中的错误是

                                                     。

[解析]　欲配制450 mL的H2SO4溶液需选取500 mL的容量瓶，在转移溶液时应用玻璃棒引流。

[答案]　(1)5.4　(2)10 mL量筒　500 mL容量瓶

(3)向烧杯中加入一定量的水，再将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢倒入，并用玻璃棒不断搅拌　(4)AC  (5)①未用玻璃棒引流；②未采用500 mL容量瓶