高考化学一轮复习第1章物质的量第2讲物质的量在化学实验中的应用学案

第2讲　物质的量在化学实验中的应用

[课程标准]

1．了解物质的量浓度的含义和应用，体会定量研究对化学科学的重要作用。

2．能运用物质的量、摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度之间的相互关系进行简单计算。

3．会配制一定物质的量浓度的溶液。

4．了解溶液浓度的表示方法，理解溶解度、饱和溶液、溶质的质量分数等概念，并能进行有关计算。

考点一　物质的量浓度

1．物质的量浓度(cB)

(1)概念：表示单位体积的溶液里所含溶质B的物质的量。

(2)表达式：cB＝；常用的单位：mol·L－1(或 mol/L)。

[点拨]　①理解溶液体积V：V不是溶剂的体积，也不是溶剂体积和溶质体积的简单加和，一般情况下要通过V＝计算求得。

②准确判断溶质：CuSO4·5H2O晶体溶于水，所得溶液的溶质是CuSO4；Na、Na2O、Na2O2溶于水，所得溶液的溶质是NaOH；SO3溶于水，所得溶液的溶质是H2SO4；氨水的溶质是氨气。

(3)相同浓度溶液中某些物理量之间的关系

现有两种溶液：①1 mol/L KCl溶液；②1 mol/L BaCl2溶液。请用“相同”或“不同”填写下表：

2.溶质的质量分数

(1)概念：以溶液里溶质质量与溶液质量的比值表示溶液组成的物理量，一般用百分数表示，也可用小数表示。

(2)表达式：w(B)＝×100%。

(3)与物质的量浓度的关系：c(B)＝。

3．关于物质的量浓度计算的三大类型

(1)标准状况下气体溶质形成的溶液中溶质的物质的量浓度的计算

 c＝

[点拨]　溶液体积的单位是L，根据密度计算溶液体积的单位一般是mL，要注意单位换算。

(2)溶液中溶质的质量分数与物质的量浓度的换算

计算公式：c＝(c为溶质的物质的量浓度，单位mol·L－1，ρ为溶液密度，单位g·cm－3，w为溶质的质量分数，M为溶质的摩尔质量，单位g·mol－1)。

(3)溶液稀释、同种溶质的溶液混合的计算

①溶液稀释

a．溶质的质量在稀释前后保持不变，即m1w1＝m2w2；

b．溶质的物质的量在稀释前后保持不变，即c1V1＝c2V2；

c．溶液质量守恒，m(稀)＝m(浓)＋m(水)(体积一般不守恒)。

②同种溶质的溶液混合：混合前后溶质的物质的量保持不变，即c1V1＋c2V2＝c混V混。

题组一　物质的量、溶质的质量分数、物质的量浓度之间的换算

1．体积为V(mL)、密度为ρ(g·cm－3)的溶液，含有摩尔质量为M(g·mol－1)的溶质质量为m(g)，物质的量浓度为c(mol·L－1)，溶质的质量分数为w。下列表达式中不正确的是(　　)

A．c＝ B．m＝V·ρ·

C．w＝ D．c＝

解析：选B。已知溶质的摩尔质量、质量分数和溶液密度时，c＝的含义为1 L溶液中所含溶质的物质的量；若已知溶质的摩尔质量、溶液中溶质的物质的量浓度和溶液密度时，可计算出溶质质量分数w＝，其含义为1 L溶液中，溶质占溶液的质量分数，故A、C项正确；B选项中求溶质质量，应通过溶液体积、密度、质量分数三者相乘而得，即m＝V·ρ·w，故B项错误；D选项是根据物质的量浓度的定义，由溶质质量、溶质摩尔质量和溶液体积计算而得，即c＝＝，故D项正确。

2．将标准状况下的某气体(摩尔质量为M g/mol)溶于a g水中，所得溶液的密度为b g/cm3，溶质的物质的量浓度为c mol/L，则该气体的体积是(　　)

A. L B. L

C. L D. L

解析：选C。令该气体的体积为V L，则该气体的物质的量为＝ mol，该气体的质量为 mol×M g/mol＝ g，故溶液的质量为a g＋ g＝ g，溶液的体积为＝L，所以V＝ L×c mol/L ×22.4 L/mol，解得V＝ L，故选C。

题组二　溶液稀释或同种溶液混合的计算

3．V L Fe2(SO4)3溶液中含有a g SO，取此溶液0.5V L，用水稀释至2V L，则稀释后溶液中Fe3＋的物质的量浓度为(　　)

A. mol/L B. mol/L

C. mol/L D. mol/L

解析：选A。依题意知，c(SO)＝ mol/L，c(Fe3＋)＝ mol/L×＝ mol/L，故有 mol/L×0.5V L＝2V L×cB，则cB＝ mol/L。

4．(2021·雅安模拟)(1)将3p%的硫酸与同体积的p%的硫酸混合得到q%的稀硫酸，则p、q的关系正确的是________。

①q＝2p　②q>2p　③q<2p　④无法确定

(2)若上题中的溶质是乙醇而非硫酸，则p、q的关系是________。

①q＝2p　②q>2p　③q<2p　④无法确定

解析：当等体积混合时，设浓溶液的密度为ρ1，稀溶液的密度为ρ2，体积各为1 L，则混合后q%＝

＝×p%＝(1＋)×p%，当ρ1>ρ2时，如H2SO4溶液、HNO3溶液，q>2p；当ρ1<ρ2时，如氨水、酒精溶液，q<2p。

答案：(1)②　(2)③

溶质相同、质量分数不同的两溶液混合的规律

同一溶质、质量分数分别为a%、b%的两溶液混合：

(1)等体积混合

①当溶液密度大于1 g·cm－3时，必然是溶液浓度越大，密度越大(如H2SO4、HNO3、HCl、NaOH等多数溶液)，等体积混合后质量分数w>(a%＋b%)；

②当溶液密度小于1 g·cm－3时，必然是溶液浓度越大，密度越小(如酒精、氨水)，等体积混合后质量分数w<(a%＋b%)。

(2)等质量混合

两溶液等质量混合时(无论ρ>1 g·cm－3还是ρ<1 g·cm－3)，则混合后溶液中溶质的质量分数w＝(a%＋b%)。

以上规律可概括为“计算推理有技巧，有大必有小，均值均在中间找，谁多向谁靠”。　

考点二　一定物质的量浓度溶液的配制

1．主要仪器

托盘天平、药匙、量筒、玻璃棒、烧杯、容量瓶、胶头滴管。

2．容量瓶的构造及使用

(1)构造及用途

(2)查漏操作

3．配制过程

以配制100 mL 1.00 mol/L NaCl溶液为例。

(1)计算：需要NaCl固体的质量为5.9 g。

(2)称量：根据计算结果，用托盘天平称量NaCl固体。

(3)溶解：将称好的NaCl固体放入烧杯中，加入适量蒸馏水，用玻璃棒搅拌，使NaCl固体全部溶解。

(4)移液：待烧杯中的溶液冷却至室温后，用玻璃棒引流将溶液注入 100 mL容量瓶。

(5)洗涤：用少量蒸馏水洗涤烧杯内壁和玻璃棒2～3次，将洗涤液全部注入容量瓶，轻轻摇动容量瓶，使溶液混合均匀。

(6)定容：将蒸馏水注入容量瓶，当液面离容量瓶颈部的刻度线1～2__cm时，改用胶头滴管滴加蒸馏水至溶液的凹液面与刻度线相切。

(7)摇匀：盖好瓶塞，反复上下颠倒，摇匀。

(8)装瓶、贴签。

配制流程如图所示：

[点拨]　一定质量百分比浓度、体积比浓度溶液的配制

①配制100 g 10%的NaCl溶液：用托盘天平称取10.0 g NaCl固体，放入烧杯中，再用100 mL量筒量取90.0 mL的水注入烧杯中，然后用玻璃棒搅拌使之溶解。

②用浓硫酸配制1∶4的稀硫酸50 mL：用50 mL的量筒量取40.0 mL的水注入100 mL的烧杯中，再用10 mL 的量筒量取10.0 mL浓硫酸，然后沿烧杯内壁缓缓注入烧杯中，并用玻璃棒不断搅拌。

题组一　溶液配制过程中的仪器使用

1．(2021·大连质检)下列关于容量瓶及其使用方法的叙述，正确的是(　　)

A．容量瓶是配制一定物质的量浓度的溶液的专用仪器

B．容量瓶可以加热

C．能用容量瓶长期贮存配制好的溶液

D．可以用500 mL容量瓶配制250 mL溶液

解析：选A。容量瓶不可以加热，不能长期贮存溶液，配制250 mL溶液只能用250 mL容量瓶，故A正确。

2．用质量分数为98 %的浓硫酸(ρ＝1.84 g·cm－3)配制240 mL 1.84 mol·L－1稀硫酸，下列操作正确的是(　　)

A．将蒸馏水缓慢注入盛有一定量浓硫酸的烧杯中，并不断搅拌至冷却

B．必需的定量仪器有50 mL量筒、250 mL容量瓶和托盘天平

C．量取浓硫酸的体积为25.0 mL

D．先在容量瓶中加入适量水，将量好的浓硫酸注入容量瓶，加水定容

解析：选C。稀释浓硫酸时，应将浓硫酸缓慢注入水中并不断搅拌，A项错误；该实验不需要托盘天平，B项错误；根据稀释前后溶质质量不变知，配制该稀硫酸需要浓硫酸的体积V＝＝25.0 mL，C项正确；不能在容量瓶里稀释浓硫酸，应在烧杯里稀释并冷却至室温后，再转移到容量瓶中，最后加水定容，D项错误。

溶液配制过程中重要仪器的使用

题组二　溶液配制过程中的误差分析

3．从溶质角度分析产生的误差(用“偏大”“偏小”或“无影响”填空)。

(1)配制450 mL 0.1 mol·L－1的NaOH溶液，用托盘天平称取NaOH固体1.8 g：________。

(2)配制500 mL 0.1 mol·L－1的硫酸铜溶液，用托盘天平称取胆矾8.0 g：________。

(3)配制NaOH溶液时，托盘天平的两个托盘上放两张质量相等的纸片，其他操作均正确：________。

(4)配制一定物质的量浓度的NaOH溶液，需称量溶质4.4 g，称量时物码放置颠倒：________。

(5)用量筒量取浓硫酸时，仰视读数：________。

(6)定容时，加水超过刻度线，用胶头滴管吸取多余的液体至刻度线：________。

(7)未洗涤烧杯及玻璃棒：________。

解析：(2)胆矾的摩尔质量为250 g·mol－1，所需质量为0.5 L×0.1 mol·L－1×250 g·mol－1＝12.5 g。

(3)NaOH易吸水潮解。

(4)实际称量溶质的质量为4.0 g－0.4 g＝3.6 g。

答案：(1)偏小　(2)偏小　(3)偏小　(4)偏小　(5)偏大

(6)偏小　(7)偏小

4．从溶液体积角度分析产生的误差(用“偏大”“偏小”或“无影响”填空)。

(1)配制NaOH溶液时，将称量好的NaOH固体放入小烧杯中溶解，未经冷却立即转移到容量瓶中并定容：__________________。

(2)定容摇匀后，发现液面下降，继续加水至刻度线：__________________。

(3)定容时仰视刻度线：________。

(4)定容摇匀后少量溶液外流：________。

(5)容量瓶中原有少量蒸馏水：________。

解析：(1)NaOH溶于水放热，溶液的体积比室温时大，应恢复至室温后再移液、定容。

(2)溶液的总体积偏大。

答案：(1)偏大　(2)偏小　(3)偏小　(4)无影响　(5)无影响

(1)误差分析的理论依据

(2)容量瓶读数误差的图示分析

图1使所配溶液体积偏大，浓度偏小；图2使所配溶液体积偏小，浓度偏大。　

考点三　溶解度　溶解度曲线

1．溶解度

2.溶解度曲线

(1)常见物质的溶解度曲线

(2)溶解度曲线的含义

①不同物质在各温度时的溶解度不同；

②两曲线交点的含义：表示两物质在某温度时有相同的溶解度；

③可快速比较两种物质在某温度时溶解度的大小；

④能反映出溶解度随温度变化的趋势。

3．利用溶解度受温度影响不同选择不同的物质分离方法

(1)溶解度受温度影响较小的物质(如NaCl)采取蒸发结晶的方法；若NaCl溶液中含有KNO3，应采取蒸发结晶、趁热过滤的方法。

(2)溶解度受温度影响较大的物质(如KNO3)(或带有结晶水的物质)采取蒸发浓缩、冷却结晶的方法；若KNO3溶液中含有NaCl，应采取蒸发浓缩、冷却结晶、过滤的方法。

1．工业上常用氨碱法制取碳酸钠(将氨和二氧化碳分别先后通入饱和食盐水中而析出小苏打，再经过滤、焙烧得到纯碱)，却不能用氨碱法制碳酸钾，这是因为在溶液中(　　)

A．KHCO3溶解度较大 B．KHCO3溶解度较小

C．K2CO3溶解度较大 D．K2CO3溶解度较小

解析：选A。氨碱法：以食盐(氯化钠)、石灰石(经煅烧生成生石灰和二氧化碳)、氨气为原料来制取纯碱，先将氨气通入饱和食盐水中形成氨盐水，再通入二氧化碳生成溶解度较小的碳酸氢钠沉淀和氯化铵溶液，将经过滤、洗涤得到的NaHCO3微小晶体焙烧制得纯碱产品。不能用氨碱法制碳酸钾，这是因为在溶液中KHCO3溶解度较大无法形成沉淀。

2．已知四种盐的溶解度(S)曲线如图所示，下列说法不正确的是(　　)

A．将NaCl溶液蒸干可得NaCl固体

B．将MgCl2溶液蒸干可得MgCl2固体

C．Mg(ClO3)2中混有少量NaCl杂质，可用重结晶法提纯

D．可用MgCl2和NaClO3制备Mg(ClO3)2

解析：选B。因NaCl的溶解度受温度的影响不大，所以将NaCl溶液蒸干可得NaCl固体，故A正确；因MgCl2能水解产生氢氧化镁和氯化氢，加热水解平衡正向移动，氯化氢易挥发，所以将MgCl2溶液蒸干得到的固体为氢氧化镁，故B错误；因Mg(ClO3)2的溶解度随温度升高而增大且受温度影响变化较大，NaCl的溶解度受温度影响较小，所以Mg(ClO3)2中混有少量NaCl杂质，可用重结晶法提纯，故C正确；反应MgCl2＋2NaClO3===Mg(ClO3)2＋2NaCl类似于侯德榜制碱法生成NaHCO3的原理，因为NaCl溶解度小而从溶液中析出，使反应向生成Mg(ClO3)2的方向进行，故D正确。

3．下表是四种盐在不同温度下的溶解度(g/100 g水)：

(假设：盐类共存时不影响各自的溶解度，分离晶体时，溶剂的损耗可忽略不计)用物质的量之比为1∶1的硝酸钠和氯化钾为原料，制取硝酸钾晶体，其流程如图所示：

下列说法错误的是(　　)

A．①和②的实验过程中，都需要控制温度

B．①实验操作依次为加水溶解、蒸发浓缩、趁热过滤

C．②实验操作依次为蒸发浓缩、趁热过滤

D．用95%的酒精洗涤所得的硝酸钾晶体比较好

解析：选C。A项，①为蒸发浓缩，②为冷却结晶，均需要控制温度，正确；B项，①实验分离出NaCl，操作依次为加水溶解、蒸发浓缩、趁热过滤，正确；C项，②实验操作为冷却结晶，错误；D项，用95%的酒精洗涤所得的硝酸钾晶体可减少硝酸钾的溶解，正确。

1．(2019·高考全国卷Ⅰ)固体界面上强酸的吸附和离解是多相化学在环境、催化、材料科学等领域研究的重要课题。如图为少量HCl气体分子在253 K冰表面吸附和溶解过程的示意图，下列叙述错误的是(　　)

A．冰表面第一层中，HCl以分子形式存在

B．冰表面第二层中，H＋浓度为5×10－3 mol·L－1(设冰的密度为0.9 g·cm－3)

C．冰表面第三层中，冰的氢键网络结构保持不变

D．冰表面各层之间，均存在可逆反应HClH＋＋Cl－

解析：选D。观察图示知，第一层只存在HCl分子，HCl没有电离，A项正确，D项错误；在冰表面第二层中，假设H2O的物质的量为1 mol，则n(Cl－)＝1×10－4 mol，n(Cl－)＝n(H＋)，冰的体积V＝＝20.00 cm3，c(H＋)＝＝5.0×10－3 mol·L－1，B项正确；第三层中水分子结构不变，每个水分子与4个水分子形成氢键，氢键网络结构保持不变，C项正确。

2．(双选)(2019·浙江4月选考改编)下列图示表示一定物质的量浓度溶液配制的是(　　)

解析：选BD。A表示萃取过程中振荡分液漏斗，C表示过滤。

3．下列实验过程能达到实验目的的是(　　)

A．(2018·高考全国卷Ⅱ)配制0.400 0 mol·L－1的NaOH溶液：称取4.0 g固体NaOH于烧杯中，加入少量蒸馏水溶解，转移至250 mL容量瓶中定容

B．(2017·高考全国卷Ⅲ)配制浓度为0.010 mol·L－1的KMnO4溶液：称取KMnO4固体0.158 g，放入100 mL容量瓶中，加水溶解并稀释至刻度

C．(2018·高考全国卷Ⅱ)制取并纯化氢气：向稀盐酸中加入锌粒，将生成的气体依次通过NaOH溶液、浓硫酸和KMnO4溶液

D．(2016·高考全国卷Ⅲ改编)配制稀硫酸：先将蒸馏水加入烧杯中，后倒入浓硫酸，并不断搅拌

解析：选D。称取4.0 g NaOH固体于烧杯中，加入少量蒸馏水溶解，冷却后转移至250 mL容量瓶中，洗涤烧杯和玻璃棒2～3次，并将洗涤液转移至容量瓶中，然后定容，A项错误；不能在容量瓶中直接溶解固体，B项错误；锌粒与稀盐酸反应生成的H2中混有挥发出的HCl，要先通过NaOH溶液除去HCl，再通过浓硫酸除去水蒸气即可，不需要通过KMnO4溶液，C项错误；稀释浓硫酸时将浓硫酸慢慢加入水中(“酸入水”)，并不断搅拌使产生的热量迅速扩散，以防液体溅出，D项正确。

1．美国UNC化学教授Thomas J．Meyer等研发了环境友好、安全型的“绿色”引爆炸药，其一种可表示为Na2R，它保存在水中可以失去活性，爆炸后不会产生危害性残留物。已知10 mL某Na2R溶液含Na＋的数目为N，该Na2R溶液的物质的量浓度为(　　)

A．N×10－2 mol·L－1 B. mol·L－1

C. mol·L－1 D. mol·L－1

解析：选B。10 mL该Na2R溶液含Na＋的数目为N，Na2R的物质的量n＝ mol，Na2R的物质的量浓度c＝ mol÷0.01 L＝ mol·L－1。

2．在抗击新型冠状病毒肺炎过程中，“84”消毒液(有效成分为NaClO)起到了非常重要的作用。已知某“84”消毒液瓶体部分标签如图所示，该“84”消毒液通常稀释100倍(体积之比)后使用。请回答下列问题：

(1)该“84”消毒液的物质的量浓度约为______________mol·L－1(结果保留1位小数)。

(2)某同学取100 mL该“84”消毒液，稀释后用于消毒，稀释后的溶液中c(Na＋)＝________mol·L－1。

(3)该同学参阅该“84”消毒液的配方，欲用NaClO固体配制480 mL含NaClO质量分数为25%的消毒液。下列说法正确的是________。

A．如图所示的仪器中，有三种是不需要的，还需要一种玻璃仪器

B．容量瓶用蒸馏水洗净后，应烘干后才能用于溶液配制

C．配制过程中，未用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒会导致结果偏低

D．需要称量NaClO固体的质量为143.0 g

(4)“84”消毒液与稀硫酸混合使用可增强消毒能力，某消毒小组人员用98%(密度为1.84 g·cm－3)的浓硫酸配制2 L 2.3 mol·L－1的稀硫酸用于增强“84”消毒液的消毒能力。

①所配制的稀硫酸中，H＋的物质的量浓度为________ mol·L－1；

②需用浓硫酸的体积为________mL。

解析：(1)由c＝得，c(NaClO)＝ mol·L－1≈4.0 mol·L－1。

(2)稀释前后溶液中NaClO的物质的量不变，则有100 mL×10－3 L·mL－1×4.0 mol·L－1＝100 mL×10－3 L·mL－1×100×c(NaClO)，解得c(NaClO)＝0.04 mol·L－1，c(Na＋)＝c(NaClO)＝0.04 mol·L－1。

(3)选项A，需用托盘天平称取NaClO固体，需用烧杯溶解NaClO，需用玻璃棒进行搅拌和引流，需用容量瓶和胶头滴管来定容，图示中的a、b不需要，但还需要玻璃棒和胶头滴管；选项B，配制过程中需要加水，所以洗涤干净后的容量瓶不必烘干；选项C，未洗涤烧杯和玻璃棒将导致配制的溶液中溶质的物质的量减小，结果偏低；选项D，应选取500 mL的容量瓶进行配制，然后取出480 mL即可，所以需要NaClO的质量为0.5 L×4.0 mol·L－1×74.5 g·mol－1＝149.0 g。

(4)①根据H2SO4的组成可知，溶液中c(H＋)＝2c(H2SO4)＝4.6 mol·L－1；②2 L 2.3 mol·L－1的稀硫酸中溶质的物质的量为2 L×2.3 mol·L－1＝4.6 mol，设需要98%(密度为1.84 g·cm－3)的浓硫酸的体积为V mL，则有＝4.6 mol，解得V＝250.0。

答案：(1)4.0　(2)0.04　(3)C　(4)①4.6　②250.0