高考化学一轮复习第一章从实验学化学第四讲物质的量在化学实验中的应用学案新人教版
展开考点一 溶液浓度表示方法和有关计算(命题指数★★★★★)
1.溶液组成的表示方法:
(1)物质的量浓度。
①含义:表示单位体积溶液里所含溶质B的物质的量,符号为c,常用单位为ml·L-1。
②溶质B浓度(cB)、溶质B物质的量(nB)和溶液体积(V)之间的关系为cB= eq \f(nB,V) 。
③溶质浓度(c)、溶质质量分数(w)、溶质摩尔质量(M)和溶液密度(ρ)之间的关系为c= eq \f(1 000 ρw,M) 。
(2)溶质的质量分数。
①概念:用溶质的质量与溶液的质量的比值来表示溶液组成的物理量,一般用百分数表示。
②表达式:w= eq \f(m质,m液) ×100%。
饱和溶液(溶质的溶解度用S表示)w= eq \f(S,100+S) ×100%。
2.定组成定律:
从一定物质的量浓度的溶液中取出任意体积的溶液,溶液中溶质的物质的量浓度是不变的,但溶液的体积不同,溶质的物质的量、质量不同。
3.电荷守恒定律:
阳离子所带的正电荷总数(浓度)=阴离子所带的负电荷总数(浓度)。
4.溶液稀释:
(1)溶液稀释过程中,溶质的物质的量保持不变,浓溶液与稀溶液的浓度和体积关系为c(浓)·V(浓)=c(稀)·V(稀)。
(2)含有同种溶质的溶液混合过程中,溶液浓度与体积的关系为c1V1+c2V2=c混V混。
5.同一溶质不同浓度溶液等质量(或等体积)混合溶液浓度的判断规律:
同一溶质不同浓度的两种溶液,设其溶液浓度分别为w1、c1和w2、c2,混合后溶液浓度为w、c。
(1)若等质量溶液混合w= eq \f(w1+w2,2) ,c≠ eq \f(c1+c2,2) ,其物质的量浓度接近体积大(即密度小)的一边。
(2)若等体积的溶液混合c= eq \f(c1+c2,2) (忽略溶液体积变化),w≠ eq \f(w1+w2,2) ,其质量分数接近质量大(即密度大)的一边。
1.判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)在10 mL 2.4 ml·L-1的NaOH溶液中加入50 mL水,稀释后溶液的浓度是0.4 ml·L-1。( )
提示:×。不知道稀释后溶液体积,所以无法计算。
(2)从1 L 2 ml·L-1的H2SO4溶液中取出0.5 L,所得溶液的浓度为1 ml·L-1。( )
提示:×。取出0.5 L的溶液,它的浓度并未发生变化,仍为2 ml·L-1。
(3)将25 g CuSO4·5H2O晶体溶于25 g水中所得溶液,其溶质的质量分数为25%。( )
提示:×。CuSO4·5H2O溶于水后所得溶液的溶质为CuSO4,质量分数为32%。
(4)将40 g SO3溶于60 g水中所得溶质的质量分数为49%。( )
提示:√。SO3溶于水后发生反应SO3+H2O===H2SO4,故溶质为H2SO4,40 g SO3与水反应生成49 g H2SO4,溶液质量为100 g,其溶质质量分数为49%。
(5)配制500 mL 0.5 ml·L-1的CuSO4溶液,需62.5 g胆矾。( )
提示:√。500 mL 0.5 ml·L-1的CuSO4溶液中,CuSO4的物质的量为0.5 L×0.5 ml·L-1=0.25 ml,所以胆矾的物质的量也应为0.25 ml,即质量为0.25 ml×250 g·ml-1=62.5 g。
(6)中和100 g 19.6%的H2SO4溶液,需要NaOH 4 g。( )
提示:×。H2SO4的质量为100 g×19.6%=19.6 g,其物质的量为 eq \f(19.6 g,98 g·ml-1) =0.2 ml,中和0.2 ml H2SO4需NaOH 0.4 ml,即0.4 ml×40 g·ml-1=16 g。
(7)0.3 ml·L-1的Na2SO4溶液中含有Na+和SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) 的总物质的量为0.9 ml。( )
提示:×。未指明Na2SO4溶液的体积,因而无法计算Na+和SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) 的总物质的量。
(8)当22.4 L氨气溶于水制得1 L氨水时,其物质的量浓度是1 ml·L-1。( )
提示:×。未指明氨气所处的温度和压强,因而22.4 L氨气的物质的量无法计算。
2.(1)欲配制500 mL 0.2 ml·L-1的硫酸铜溶液,需称量的胆矾固体质量是________。
(2)标准状况下,将224 L NH3溶于2 L水中,得密度为0.9 g·cm-3稀氨水,此氨水的物质的量浓度为______。
(3)配制250 mL 1 ml·L-1盐酸,需12 ml·L-1 盐酸的体积为________。
(4)将100 mL 0.3 ml·L-1的Na2SO4溶液和50 mL 0.2 ml·L-1的Al2(SO4)3溶液混合后,溶液中SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) 的物质的量浓度为________。(忽略混合时体积变化)
【解析】(1)m=n·M=cVM=0.2 ml·L-1×0.5 L×250 g·ml-1=25 g
(2)10 ml氨气溶于水后,溶液体积V= eq \f(m,ρ) = eq \f(2 000 g+10 ml×17 g·ml-1,1 000×0.9 g·cm-3) ,溶液浓度c= eq \f(n,V) ≈4.15 ml·L-1。
(3)根据稀释公式c(浓)V(浓)=c(稀)V(稀),可求出需要浓溶液体积为20.8 mL。
(4)根据溶液混合公式c1V1+c2V2=c混V混,可求出混合溶液中的浓度为0.4 ml·L-1。
答案:(1)25 g (2)4.15 ml·L-1 (3)20.8 mL
(4)0.4 ml·L-1
命题角度1:依据定义式cB= eq \f(nB,V) 计算物质的量浓度
【典例1】(2021·宁波模拟)将标准状况下的a L HCl气体溶于1 000 g水中,得到盐酸密度为b g·cm-3,则该盐酸的物质的量浓度是( )
A. eq \f(a,22.4) ml·L-1 B. eq \f(1 000ab,22 400+36.5a) ml·L-1
C. eq \f(ab,22 400) ml·L-1 D. eq \f(ab,22 400+36.5a) ml·L-1
【解析】选B。标准状况下的a L HCl气体的物质的量为 eq \f(a L,22.4 L·ml-1) ,溶液的体积
= eq \f(1 000 g+\f(a,22.4) ml×36.5 g·ml-1,b g·cm-3) =
eq \f(1 000+\f(a,22.4)×36.5,1 000b) L,则c(HCl)=
eq \f(\f(a,22.4) ml,\f(1 000+\f(a,22.4)×36.5,1 000b) L) = eq \f(1 000ab,22 400+36.5a) ml·L-1,答案为B。
【规律方法】气体溶于水,计算物质的量浓度的一般思路
气体溶于水,溶液的体积不是溶剂的体积,也不是气体体积与溶剂体积之和,应根据V= eq \f(m(气体)+m(溶剂),ρ) 进行计算。
命题角度2:物质的量浓度与溶质的质量分数之间的换算
【典例2】在环保、化工行业有一种溶液浓度的表示方法:质量—体积浓度,用单位体积溶液中所含的溶质质量来表示,单位g·m-3或g·L-1。现有一种20 ℃时的饱和CuSO4溶液,密度为1.2 g·cm-3,质量—体积浓度为200 g·L-1,则对此溶液的说法错误的是( )
A.该溶液的质量分数为16.7%
B.该溶液的物质的量浓度为1.25 ml·L-1
C.在20 ℃时,硫酸铜的溶解度为20 g
D.在20 ℃时把200 g CuSO4·5H2O溶解于1 L水中恰好得到饱和溶液
【解析】选D。根据质量—体积浓度为200 g·L-1,即1 L 溶液中含200 g溶质,1 L溶液的质量是1 000 mL×1.2 g·cm-3=1 200 g,该溶液的质量分数为 eq \f(200,1 200) ×100%=16.7%,A正确;1 L溶液中含200 g(即1.25 ml)溶质,该溶液的物质的量浓度为1.25 ml·L-1,B正确;S∶100 g=200 g∶(1 000 mL×1.2 g·cm-3-200 g),S=20 g,C正确;CuSO4·5H2O溶于水后得到CuSO4溶液,其溶质为CuSO4,质量为200 g× eq \f(160,250) =128 g,质量分数= eq \f(128 g,1 000 g+200 g) ×100%=10.7%,此值小于16.7%,不是饱和溶液,D错误。
【归纳提升】物质的量浓度与质量分数的关系
如图所示,体积为V L,密度为ρ g·cm-3的溶液,含有溶质的摩尔质量为M g·ml-1,溶质的质量分数为w,则物质的量浓度c与质量分数w的关系是:
c= eq \f(n(溶质),V) = eq \f(\f(m(溶质),M),V) = eq \f(m(溶质),MV) = eq \f(1 000ρwV,MV) = eq \f(1 000ρw,M) w= eq \f(cM,1 000ρ)
【备选例题】
(2021·郑州模拟)已知某饱和NaCl溶液的体积为V mL,密度为ρ g·cm-3,质量分数为w%,溶液中含NaCl的质量为m g。则下列表达式正确的是( )
A.n(NaCl)= eq \f(ρV,58.5) ml B.w= eq \f(m,ρV)
C.c(NaCl)= eq \f(10ρw,58.5) ml·L-1 D.V= eq \f(22.4m,58.5)
【解析】选C。 n(NaCl)= eq \f(m,58.5) ml,ρV表示的是氯化钠溶液的质量,故A错误;溶液的质量为ρ g·cm-3×V mL=ρV g,则质量分数w%= eq \f(m,ρV) ×100%,故B错误;溶液的物质的量浓度为c(NaCl)= eq \f(1 000ρw%,M) =10ρw/58.5 ml·L-1,故C正确; eq \f(22.4 m,58.5) 不是氯化钠溶液的体积,故D错误。K
命题角度3:溶液混合与稀释的计算
【典例3】(2021·昆明模拟)质量分数为a的某物质的溶液m g与质量分数为b的该物质的溶液n g混合后,蒸发掉p g水。得到的溶液每毫升质量为q g,物质的量浓度为c。则溶质的分子量(相对分子质量)为( )
A. eq \f(q(am+bn),c(m+n-p)) B. eq \f(c(m+n-p),q(am+bn))
C. eq \f(1 000q(am+nb),c(m+n-p)) D. eq \f(c(m+n-p),1 000q(am+bn))
【解析】选C。首先求蒸发掉p g水后溶质质量分数为 eq \f(ma+nb,m+n-p) ,据物质的量浓度计算公式:物质的量浓度= eq \f(溶液密度×1 000×溶质质量分数,溶质的摩尔质量) 得:溶质的摩尔质量= eq \f(q×1 000×(ma+nb),c(m+n-p)) ,C正确。
【备选例题】
两种硫酸溶液,一种硫酸溶液的物质的量浓度为c1,密度为ρ1,另一种硫酸溶液的物质的量浓度为c2,密度为ρ2,将它们等体积混合后,所得溶液的密度为ρ3,则混合后硫酸的物质的量浓度为( )
A.(c1+c2)×ρ3/(ρ1+ρ2)
B.(c1+c2)/(ρ1+ρ2)
C.(c1+c2)×ρ3/1 000×(ρ1+ρ2)
D.1 000(c1+c2)×ρ3/(ρ1+ρ2)
【解析】选A。根据混合后n(H2SO4)=n1(H2SO4)+n2(H2SO4),设取混合前两硫酸溶液的体积均为V mL,则有c= eq \f(n(H2SO4),V(溶液)) = eq \f((c1V+c2V)×10-3,\f(ρ1V+ρ2V,ρ3)×10-3) = eq \f((c1+c2)ρ3,ρ1+ρ2) 。
计算物质的量浓度时应规避的3个易错点
(1)正确判断溶液中的溶质
①与水发生反应的物质,溶质发生变化,水量减少,如:
②结晶水合物,溶质不变但水量增多,如:
CuSO4·5H2O eq \(――→,\s\up7(水),\s\d5( )) CuSO4,FeSO4·7H2O eq \(――→,\s\up7(水),\s\d5( )) FeSO4。
(2)混淆溶液的体积和溶剂的体积
不能用溶剂的体积(一般为水)代替溶液的体积,应根据V= eq \f(m,ρ) 计算。
(3)注意部分与整体的关系
溶质的浓度和离子浓度不同,要注意根据化学式具体分析。如1 ml·L-1Al2(SO4)3溶液中c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) )=3 ml·L-1,c(Al3+)<2 ml·L-1(考虑Al3+水解)。
命题点1:溶液组成与物质的量浓度(基础性考点)
1.(2020·张家口模拟)下列叙述变化理论上计量结果正确的是( )。
A.标准状况下,用含空气和氨气体积各半的烧瓶进行喷泉实验,所得溶液的物质的量浓度约为0.045 ml·L-1
B.相同质量的两份铝,分别放入足量的HCl和NaOH溶液中充分反应,消耗的n(HCl)和n(NaOH)之比为1∶1
C.将100 mL 0.03 ml·L-1HCl逐滴加入100 mL 0.02 ml·L-1Na2CO3溶液中,产生CO2的体积约为11.2 mL(标准状况下)
D.向1 L 1 ml·L-1的BaCl2溶液中通入足量的SO2气体,生成1 ml BaSO3沉淀
【解析】选A。假设烧瓶的体积为1 L,则NH3体积为0.5 L,水只能进入烧瓶体积的一半,所得溶液的物质的量浓度为c(NH3)= eq \f(\f(0.5,22.4)ml,0.5 L) = eq \f(1,22.4) ml·L-1≈0.045 ml·L-1,A正确;铝与盐酸反应:2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑,铝与NaOH反应:2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑,相同质量的铝参与反应,消耗盐酸的物质的量和氢氧化钠的物质的量之比为3∶1,B错误;向Na2CO3溶液中滴加盐酸,HCl与Na2CO3的物质的量之比为3∶2,可以写出如下化学方程式:2Na2CO3+3HCl===NaHCO3+3NaCl+CO2↑+H2O,则n(CO2)= eq \f(1,2) n(Na2CO3)= eq \f(1,2) ×2×10-3ml=1×10-3ml,其在标准状况下的体积为1×10-3ml×22.4 L·ml-1=2.24×10-2L,即为22.4 mL,C错误;盐酸为强酸,H2SO3为弱酸,因此BaCl2溶液通入SO2不发生反应,D错误。
2.(2021·福州模拟)物质的量浓度相同的NaCl、MgCl2、AlCl3三种溶液,当溶液的体积比为3∶2∶1时,三种溶液中Cl-的物质的量之比为( )
A.1∶1∶1 B.1∶2∶3
C.3∶2∶1 D.3∶4∶3
【解析】选D。设NaCl、MgCl2、AlCl3三种溶液的物质的量浓度均为a ml·L-1,三种溶液的体积分别为3b L、2b L、b L,则n(NaCl)=3ab ml,NaCl溶液中Cl-的物质的量为3ab ml;n(MgCl2)=2ab ml,MgCl2溶液中Cl-的物质的量为4ab ml;n(AlCl3)=ab ml,AlCl3溶液中Cl-的物质的量为3ab ml, 故NaCl、MgCl2、AlCl3三种溶液中Cl-的物质的量之比为3ab∶4ab∶3ab=3∶4∶3,D符合题意。
命题点2:物质的量浓度与溶质质量分数的换算(综合性考点)
3.(2021·泉州模拟)如图是某学校实验室从化学试剂商店买回的硫酸试剂标签上的部分内容。据此下列说法正确的是( )
A.该硫酸的物质的量浓度为9.2 ml·L-1
B.1 ml Zn与足量该硫酸反应产生2 g氢气
C.配制200 mL 4.6 ml·L-1的稀硫酸需取该硫酸50 mL
D.该硫酸与等质量的水混合后所得溶液的浓度大于9.2 ml·L-1
【解析】选C。根据c=1 000ρ×w/M可知,硫酸的浓度是1 000×1.84×98%/98=18.4 ml·L-1,A错误;Zn与浓H2SO4反应放出SO2气体;B错误; 设需取该浓硫酸x mL,根据稀释前后溶质的量不变可知:200 mL×4.6 ml·L-1=x·18.4 ml·L-1,x=50 mL,C正确;由于水的密度小于H2SO4的密度,所以当浓H2SO4与水等质量混合时,其体积大于浓H2SO4体积的2倍,所以其物质的量浓度小于9.2 ml·L-1,D错误。
4.在一定温度下,某饱和氢氧化钠溶液体积为V mL,溶液密度为d g·cm-3,质量分数为w,物质的量浓度为c ml·L-1,溶液中含氢氧化钠质量为m g,该温度下NaOH的溶解度为S。
(1)用w来表示该温度下氢氧化钠的溶解度(S)为_________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)用m、V表示溶液中溶质的物质的量浓度(c)为___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)用w、d表示溶液中溶质的物质的量浓度(c)为___________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(4)用c、d表示溶液中溶质的质量分数(w)为___________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
(5)用S、d表示溶液中溶质的物质的量浓度(c)为___________________________________________________________________
__________________________________________________________________。
【解析】(1)S= eq \f(w,1-w) ×100 g(溶解度定义)
(2)c= eq \f(\f(m g,40 g·ml-1),V×10-3 L) = eq \f(25m,V) ml·L-1
(3)c= eq \f(1 000 mL·L-1×d g·cm-3×w,40 g·ml-1) =25dw ml·L-1
(4)w= eq \f(40 g·ml-1×c ml·L-1,1 000 mL·L-1×d g·cm-3) ×100%= eq \f(4c,d) %
(5)c= eq \f(\f(S,40 g·ml-1),\f((100+S) g,d g·cm-3)×10-3 L·mL-1) = eq \f(25Sd,100+S) ml·L-1
答案:(1) eq \f(100w,1-w) g (2) eq \f(25 m,V) ml·L-1
(3)25dw ml·L-1 (4) eq \f(4c,d) % (5) eq \f(25Sd,100+S) ml·L-1
命题点3:溶液的稀释
5.(2021·长沙模拟)密度为0.910 g·cm-3的氨水,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
【解析】选C。设浓氨水的体积为V,密度为ρ浓,稀释前后溶液中溶质的质量不变,则稀释后质量分数w= eq \f(ρ浓×V×25%,Vρ浓+V) ,氨水的密度小于水的密度(1 g·cm-3),浓度越大密度越小,所以 eq \f(ρ浓×V×25%,Vρ浓+V) < eq \f(ρ浓×V×25%,Vρ浓+Vρ浓) = eq \f(ρ浓×V×25%,2Vρ浓) =12.5%,故选C。
6.(2021·资阳模拟)在100 g物质的量浓度为18 ml·L-1、密度为ρ g·cm-3的浓硫酸中加入一定量的水稀释成9 ml·L-1的硫酸,则加入水的体积为( )
A.小于100 mL B.等于100 mL
C.大于100 mL D.等于100ρ mL
【解析】选A。设需加入水的体积为x,加水稀释后溶液密度为ρ2,依据稀释定律可得18 ml·L-1× eq \f(100 g,ρ g·mL-1) ×10-3 L·mL-1=9 ml·L-1× eq \f(100 g+x·1 g,ρ2 g·mL-1) ×10-3 L·mL-1
eq \f(200,100+x) = eq \f(ρ,ρ2) >1,从而得出200>100+x,x<100。
【加固训练—拔高】
1.两份体积相同的某植物营养液,其配方分别如下:
注:“-”表示营养液中不含该物质。
下列对两份营养液成分的分析中,正确的是( )
A.K+的物质的量相同 B.Cl-的物质的量相同
C.完全相同 D.SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) 的物质的量不同K
【解析】选A。两份营养液中各离子浓度如下表中所示:
2.(2021·泸州模拟)某溶液中大量存在如下五种离子:NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) 、SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) 、Fe3+、H+、M,它们的物质的量浓度之比依次为c(NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )∶c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) )∶c(Fe3+)∶c(H+)∶c(M)=2∶3∶1∶3∶1,则M可能是( )
A.Cl- B.Fe2+ C.Mg2+ D.Ba2+
【解析】选C。溶液为电中性,阳离子所带正电荷的物质的量与阴离子所带负电荷的物质的量相同,已知物质的量之比为c(NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )∶c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) )∶c(Fe3+)∶c(H+)∶c(M)=2∶3∶1∶3∶1,相同体积的情况下,浓度之比等于物质的量之比,设各离子的物质的量分别为2 ml、3 ml、1 ml、3 ml、1 ml;则阴离子所带电荷n(NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) )+2×n(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) )=2 ml+2×3 ml=8 ml,阳离子所带电荷3×n(Fe3+)+n(H+)=3×1 ml+3 ml=6 ml,阴离子所带电荷大于阳离子所带电荷,则M一定为阳离子,因M的物质的量为1 ml,根据电荷守恒,则离子应带2个正电荷,因Fe2+与NO eq \\al(\s\up1(-),\s\d1(3)) 、H+发生氧化还原反应,而不能大量共存,又因Ba2+与SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) 反应生成沉淀而不能大量共存,则Mg2+符合要求;本题答案选C。
考点二 配制一定物质的量浓度的溶液及误差分析(命题指数★★★★)
1.主要仪器:
托盘天平(固体溶质)、药匙(固体溶质)、量筒(液体溶质)、烧杯、容量瓶、玻璃棒、胶头滴管。
2.容量瓶的构造、用途和注意事项:
(1)结构:细颈、梨形、平底、带磨口玻璃塞,瓶上标注有刻度线、容积(常见50 mL、100 mL、500 mL、1 000 mL等规格)和使用温度。
(2)用途:配制一定体积一定物质的量浓度的溶液。
(3)注意事项:
①使用前要检验容量瓶是否漏水
②容量瓶不能用来溶解物质或作反应容器,也不能将玻璃棒伸入容量瓶中进行搅拌;
③不能盛装热的溶液,更不能给容量瓶加热;
④不能久贮溶液,配制好的溶液要及时倒入试剂瓶中,并贴上标签。3.溶液配制的流程及误差分析:
判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)配制0.1 ml·L-1 CuSO4溶液450 mL时,选用500 mL容量瓶,称量胆矾晶体12.5 g。( )
提示:√。选择容量瓶应遵循“大而近”的原则,配制0.1 ml·L-1 500 mL溶液,溶质的物质的量为0.05 ml,称量CuSO4·5H2O 0.05 ml,即12.5 g。
(2)欲配制CaCl2溶液,称量CaCl2固体时时间较长,对实验结果无影响。( )
提示:×。称量易潮解物质时间较长,会使溶质实际称得质量较小,最终溶液浓度偏小。
(3)使用已部分风化的Na2CO3·10H2O配制Na2CO3溶液,所得浓度偏小。( )
提示:×。使用失去部分结晶水的Na2CO3·10H2O配溶液,实际称得的Na2CO3质量偏大,所得溶液浓度偏大。
(4)将溶液摇匀后,液面低于刻度线,应再加水至刻度线。( )
提示:×。定容后,不应再加水。
(5)定容时,仰视刻度线,会导致浓度偏大。( )
提示:×。仰视刻度线,会导致体积偏大,浓度偏小。
(6)配制NaOH溶液时,NaOH固体中含有Na2O杂质,会导致所配溶液浓度偏大。( )
提示:√。因Na2O与水反应生成NaOH,且生成NaOH的质量比原Na2O的质量大。
【加固训练—拔高】
实验室需要配制0.50 ml·L-1 NaCl溶液480 mL。按下列操作步骤填上适当的文字,以使整个操作完整。
(1)选择仪器。完成本实验所必需的仪器有托盘天平(精确到0.1 g)、药匙、烧杯、玻璃棒、__________、__________以及等质量的几片滤纸。
(2)计算。配制该溶液需称取NaCl晶体的质量为________ g。
(3)称量。
①天平调平之后,应将天平的游码调至某个位置,请在下图中用一根竖线标出游码左边缘所处的位置(1 g以下用游码):
②称量过程中NaCl晶体应放于天平的________(填“左盘”或“右盘”)。
③称量完毕,将药品倒入烧杯中。
(4)溶解、冷却,该步实验中需要使用玻璃棒,目的是
__________________________________________________________________。
(5)转移、洗涤。在转移时应使用________________________________引流,洗涤烧杯2~3次是为了________________________________。
(6)定容。向容量瓶中加水至液面接近刻度线___________________________
处,改用________加水,使溶液凹液面与刻度线相切。
(7)摇匀、装瓶。
【解析】配制480 mL 0.50 ml·L-1的NaCl溶液,必须用500 mL容量瓶。m(NaCl)=0.50 ml·L-1×0.5 L×58.5 g·ml-1=14.6 g。用托盘天平称量时,药品放在左盘,配制一定物质的量浓度溶液的一般步骤为计算→称量(或量取)→溶解、冷却→转移、洗涤→定容、摇匀→装瓶贴签。
答案:(1)500 mL容量瓶 胶头滴管 (2)14.6
(3)① ②左盘 (4)搅拌,加速溶解
(5)玻璃棒 保证溶质全部转移至容量瓶中
(6)1~2 cm 胶头滴管
命题角度1:一定物质的量浓度溶液的配制
【典例1】(2018·全国Ⅲ卷·节选)硫代硫酸钠晶体
(Na2S2O3·5H2O,M=248 g·ml-1)可用作定影剂、还原剂。
利用K2Cr2O7标准溶液定量测定硫代硫酸钠的纯度。测定步骤如下:
①溶液配制:称取1.200 0 g某硫代硫酸钠晶体样品,用新煮沸并冷却的蒸馏水在__________中溶解,完全溶解后,全部转移至100 mL的________中,加蒸馏水至____________________________________________。
②滴定。
【解析】溶液配制需要计算、称量、溶解、转移、洗涤、定容、摇匀等步骤,结合配制过程选择需要的仪器,称取1.200 0 g某硫代硫酸钠晶体样品,用新煮沸并冷却的蒸馏水在烧杯中溶解,完全溶解后,全部转移至100 mL的容量瓶中,加蒸馏水至凹液面最低处与刻度线相平。
答案:烧杯 容量瓶 凹液面最低处与刻度线相平
人教必修1教材P16实验1-5中部分实验过程示意图如下。
教材对上述实验操作的描述为[(1)、(2)略]
(3)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)将烧杯中的溶液沿玻璃棒注入100 mL容量瓶(如图),并用少量蒸馏水洗涤烧杯内壁和玻璃棒2~3次,将洗涤液也都注入容量瓶。轻轻摇动容量瓶,使溶液混合均匀。
(5)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。盖好瓶塞,反复上下颠倒,摇匀。
(1)若将称取的1.200 0 g某硫代硫酸钠晶体样品,放入100 mL容量瓶中,加水溶解并稀释至刻度线,该操作正确吗?为什么?
提示:不正确。容量瓶只用于配制固定体积的溶液,不能用于溶解固体,应在烧杯中溶解再转移到容量瓶。
(2)向容量瓶中转移液体时,引流用玻璃棒应接触容量瓶内壁的什么位置?为什么?
提示:玻璃棒下端应接触容量瓶内壁刻度线以下,防止定容时有部分液体附着在刻度线上,导致所配溶液体积大于100 mL。
(3)若定容时俯视刻度线,则所配溶液体积偏大还是偏小?此时应如何处理?
提示:偏小。应平视,继续加水至溶液凹液面最低处与刻度线相平。
【备选例题】
(2021·杭州模拟)配制500 mL 0.100 ml·L-1的NaCl溶液,部分实验操作示意图如下:
下列说法正确的是( )
A.实验中需用的仪器有天平、250 mL容量瓶、烧杯、玻璃棒、胶头滴管等
B.上述实验操作步骤的正确顺序为①②④③
C.容量瓶需要用自来水、蒸馏水洗涤,干燥后才可用
D.定容时,仰视容量瓶的刻度线,使配得的NaCl溶液浓度偏低
【解析】选D。配制500 mL 0.100 ml·L-1 NaCl溶液用到的仪器有托盘天平、药匙、烧杯、玻璃棒、500 mL 容量瓶、胶头滴管,A错误;配制一定物质的量浓度的溶液的步骤有计算、称量、溶解、转移、洗涤、定容、摇匀等,操作步骤正确的顺序为②①④③,B错误;容量瓶用蒸馏水洗净后,由于后面还需要加入蒸馏水定容,所以不必干燥,C错误;定容时仰视容量瓶的刻度线,则所加蒸馏水偏多,溶液的体积V偏大,溶液的浓度偏低,D正确。K
命题角度2:溶液配制实验的误差分析
【典例2】(2021·广州模拟)硫代硫酸钠(Na2S2O3)常用于碘量法中测定碘的标准溶液。现需要配制500 mL 0.10 ml·L-1 Na2S2O3溶液,下列情况会导致所配制的溶液浓度偏高的是( )
A.用托盘天平称取7.9 g Na2S2O3·5H2O
B.定容时,仰视容量瓶刻度线
C.没有用蒸馏水洗涤转移后的烧杯和玻璃棒
D.用Na2S2O3溶液润洗过的容量瓶配制溶液
【解析】选D。500 mL 0.10 ml·L-1 Na2S2O3溶液中Na2S2O3的质量=cVM=0.5 L×0.10 ml·L-1×158 g·ml-1=7.9 g,用托盘天平称取7.9 g Na2S2O3·5H2O时,7.9 g Na2S2O3·5H2O中Na2S2O3的质量为7.9 g× eq \f(158 g·ml-1,248 g·ml-1) ≈5.0 g,n的值偏小,浓度偏低,故A不符合题意;定容时,仰视容量瓶刻度线,会使V的值偏大,根据c= eq \f(n,V) 分析,浓度偏低,故B不符合题意;没有用蒸馏水洗涤转移后的烧杯和玻璃棒,会使n的值偏小,浓度偏低,故C不符合题意;D.用Na2S2O3溶液润洗过的容量瓶配制溶液,会使n的值偏大,浓度偏高,故D符合题意。
【规律方法】判断配制实验误差模板
即:(1)凡是使n(或m)增大的因素,使c偏大。
(2)凡是使n(或m)减小的因素,使c偏小。
(3)凡是使V增大的因素,使c偏小。
(4)凡是使V减小的因素,使c偏大。
【备选例题】
(2021·石家庄模拟)下列有关操作或判断正确的是( )
A.配制一定物质的量浓度的溶液,定容时仰视刻度线会导致所配溶液浓度偏大
B.用托盘天平称取25.20 g NaCl
C.用100 mL的量筒量取5.2 mL的盐酸
D.用浓盐酸配制一定物质的量浓度的稀盐酸,量取浓盐酸时仰视量筒的刻度线会导致所配溶液浓度偏大
【解析】选D。定容时仰视会使实际体积偏大,浓度偏小;托盘天平称取物体只能读数读到0.1位;量取5.2 mL液体需10 mL量筒而非100 mL;量取溶液时仰视量筒所取HCl量偏多,浓度偏大。
1.溶液配制过程中四种仪器的使用注意事项:
2.仪器的读数误差分析:
(1)容量瓶读数误差的图示分析。
①仰视使所配溶液体积偏大,浓度偏小;
②俯视使所配溶液体积偏小,浓度偏大。
(2)不同仪器的仰视和俯视。
量取一定体积的液体时:
命题点1:一定物质的量浓度溶液的配制(基础性考点)
1.下列实验操作正确的是( )
A.含NA个Na+的Na2O溶解于1 L水中,Na+的物质的量浓度为1 ml·L-1
B.在10 ℃时,将0.35 ml·L-1的KCl饱和溶液100 mL蒸发掉5 g水,冷却到10 ℃时,其体积小于100 mL,它的物质的量浓度仍为0.35 ml·L-1
C.配制一定物质的量浓度的氯化钾溶液:准确称取一定质量的氯化钾固体,放入1 000 mL的容量瓶中,加水1 000 mL溶解,振荡摇匀
D.用100 mL容量瓶、烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管和pH=2的盐酸配制100 mL pH=1的盐酸
【解析】选B。最后溶液的体积不为1 L,A错误;同一物质在同一温度下的溶解度一定,饱和溶液物质的量浓度恒定,B正确;不能在容量瓶中溶解物质,C错误;pH=2的盐酸是0.01 ml·L-1,不可配100 mL pH=1的盐酸,D错误。
命题点2:配制实验误差分析(综合性考点)
2.(2021·上海模拟)可能引起实验结果偏小的操作是( )
A.测定NaOH溶液浓度:锥形瓶水洗后没有润洗
B.硫酸铜晶体中结晶水含量测定:加热时晶体溅出
C.常温常压下1摩尔H2体积测定:反应的镁条有氧化膜
D.配制0.1 ml·L-1NaOH溶液:俯视凹液面最低处与容量瓶刻度线相切
【解析】选C。测定NaOH溶液浓度:锥形瓶水洗后没有润洗,待测液的浓度降低,但氢氧化钠的总物质的量没有变化,消耗标准液的体积不变,对测定的结果无影响,故A不符合题意;硫酸铜晶体中结晶水含量测定:加热时晶体溅出,溅出的晶体的质量被计入结晶水的质量中,导致结晶水的质量偏大,则测定结晶水的含量结果偏大,故B不符合题意;常温常压下1摩尔H2体积测定:反应的镁条有氧化膜,酸中一部分氢离子消耗氧化镁,导致产生氢气的体积偏小,则测定的摩尔体积偏小,故C符合题意;配制0.1 ml·L-1 NaOH溶液:俯视凹液面最低处与容量瓶刻度线相切,导致容量瓶内溶液的体积偏小,根据c= eq \f(n,V) ,最终配制的溶液浓度偏大,故D不符合题意。
命题点3:溶液配制操作(应用性考点)
3.(2021·天水模拟)某实验需要100 mL、0.1 ml·L-1的Na2CO3溶液,现通过如下操作配制:①把称量好的固体Na2CO3放入小烧杯中,加适量蒸馏水溶解。为加快溶解可以使用________(填仪器名称)搅拌;②把①所得溶液冷却到室温后,小心转入________(填仪器名称);③继续加蒸馏水至液面至刻度线1~2 cm处,改用________(填仪器名称)小心滴加蒸馏水至溶液凹液面最低点与刻度线相切;④用少量蒸馏水洗涤玻璃棒和烧杯2~3次,每次洗涤的溶液都小心转入容量瓶,并轻轻摇匀;⑤将容量瓶塞紧,充分摇匀。
(1)操作步骤正确的顺序是________(填序号)。
(2)若没有操作④,则所配溶液的浓度会________(填“偏高”或“偏低”)。
(3)若所配溶液的密度为1.06 g·mL-1,则该溶液的质量分数为________。
(4)若取出20 mL配好的Na2CO3溶液,加蒸馏水稀释成c(Na+)=0.01 ml·L-1的溶液,则稀释后溶液的体积为________mL。
(5)在配制100 mL、0.1 ml·L-1的Na2CO3溶液时,下列操作中的________会导致结果偏低(请用序号填写)。
a.将烧杯中的溶液转移到容量瓶时不慎洒到容量瓶外
b.定容时俯视刻度线
c.定容时仰视刻度线
d.干净的容量瓶未经干燥就用于配制溶液
【解析】加快溶解的正确操作是用玻璃棒搅拌;配制100 mL溶液时就需要用100 mL容量瓶;定容时需要用胶头滴管。(1)根据配制的原理及实验要求可知,正确的操作顺序是①②④③⑤;(2)若没有操作④,部分溶质损失,则所配溶液的浓度会偏低;(3)根据c= eq \f(1 000ρw,M) 可知,该溶液的质量分数为 eq \f(0.1×106,1 000×1.06) ×100%=1%;(4)稀释前钠离子的浓度是0.2 ml·L-1,而稀释后钠离子的浓度是0.01 ml·L-1,所以稀释后溶液的体积是 eq \f(20 mL×0.2,0.01) =400 mL;(5)根据c= eq \f(n,V) 可知,将烧杯中的溶液转移到容量瓶时不慎洒到容量瓶外,则溶质减少,浓度偏小;定容时俯视刻度线,则溶液的体积减小,所以浓度偏高;反之定容时仰视刻度线,浓度偏低;干净的容量瓶未经干燥就用于配制溶液,不会影响实验结果,答案选ac。
答案:玻璃棒 100 mL容量瓶 胶头滴管
(1)①②④③⑤ (2)偏低 (3)1% (4)400 (5)ac
【加固训练—拔高】
1.(2020·钦州模拟)实验室配制500 mL 0.2 ml·L-1 的FeSO4溶液,操作步骤有
①在天平上称取27.8 g绿矾,把它放在烧杯里,用适量的蒸馏水把它完全溶解。
②把制得的溶液小心地注入500 mL容量瓶中。
③继续向容量瓶中加入蒸馏水,至液面距刻度1~2 cm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。
④用少量蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2~3次,每次洗涤的液体都小心转入容量瓶,并轻轻摇匀。
⑤将容量瓶塞紧,充分摇匀。请填写下列空白:
(1)操作步骤的正确顺序为(填序号)________。
(2)本实验用到的基本仪器有________________。
(3)若俯视刻度,对所配制溶液浓度的影响是______(填“偏低”“偏高”或“无影响”)。
(4)若没有进行④的操作,对所配制溶液浓度的影响是_________________________________________________________________。
(5)若实验中出现了下列情况应如何处理:加蒸馏水时不慎超过了刻度,应________,向容量瓶中转移溶液时(实验步骤②)不慎有液滴溅在容量瓶外面,应________________________________________。
【解析】(1)配制一定浓度溶液的实验步骤为计算(计算所需溶质的多少)、称量(称量或量取所需要的溶质)、溶解(溶解溶质或稀释溶液)、冷却(使溶液恢复到室温)、转移(将溶液转移到容量瓶)、洗涤(洗涤烧杯和玻璃棒2~3次)、振荡(振荡容量瓶使溶液混合均匀)、定容(先加水至接近刻度线1~2 cm,再滴加水)、摇匀(反复摇动容量瓶)、装瓶(装瓶保存),正确的顺序为①②④③⑤。(2)称量需要天平(及砝码)、药匙,溶解需要烧杯、玻璃棒,转移定容需要玻璃棒、胶头滴管,配制500 mL溶液需要500 mL容量瓶,所以使用的仪器有天平(及砝码)、药匙、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、500 mL容量瓶。(3)若俯视刻度,加入蒸馏水体积偏小,所配制溶液浓度偏高。(4)若不进行④操作,溶质就不能全部转移到容量瓶,容量瓶内溶质少,所配溶液的浓度偏低。(5)加蒸馏水时不慎超过了刻度,此次配制失败,需要弃掉,重新配制;向容量瓶中转移溶液时(实验步骤②)不慎有液滴溅在容量瓶外面,此次配制失败,需要弃掉,重新配制。
答案:(1)①②④③⑤ (2)天平(及砝码)、药匙、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、500 mL容量瓶 (3)偏高 (4)偏低 (5)弃掉,重新配制 弃掉,重新配制
2.用NaOH固体配制1.0 ml·L-1的NaOH溶液220 mL,下列说法正确的是( )
A.首先称取NaOH固体8.8 g
B.定容时仰视刻度线会使所配制的溶液浓度偏高
C.定容后将溶液摇匀,静置时发现液面低于刻度线,于是又加少量水至刻度线
D.容量瓶中原有少量蒸馏水没有影响
【解析】选D。依题意,配制1.0 ml·L-1的NaOH溶液220 mL,要用250 mL容量瓶来配制,则需要NaOH固体10.0 g,A项错误;B、C项中的操作都会使配制的溶液浓度偏低,B、C错误。
1.下列操作能达到实验目的的是( )
【解析】选D。4.0 g固体NaOH的物质的量为0.1 ml,因此使用250 mL的容量瓶,但题目中对实验的操作叙述不清楚,没有冷却、洗涤等步骤,故A项错误;容量瓶不能作为溶解的容器,B项错误。稀释浓硫酸时,要把浓硫酸沿器壁缓缓加到水中,边加边搅拌,冷却即可。如果操作相反,则水会沸腾并飞溅,发生危险,C选项错误;为检验醛基,配制氢氧化铜悬浊液时,碱需过量,保证醛基是在碱性条件下发生反应,该操作可达到实验目的,故D正确。
2.下列说法中正确的是________。
(1)(2018·全国Ⅱ卷)配制0.400 0 ml·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。
(2)(2015·福建卷)称取2.0 g NaOH固体,先在托盘上各放1张滤纸,然后在右盘上添加2 g砝码,左盘上添加NaOH固体。
(3)(2016·海南卷)向容量瓶转移液体时,引流用玻璃棒可以接触容量瓶内壁。
(4)(2017·北京卷)用pH=1的盐酸配制100 mL pH=2的盐酸所需全部玻璃仪器有100 mL容量瓶、烧杯、玻璃棒、胶头滴管。
(5)(2015·全国卷Ⅰ)用容量瓶配溶液时,若加水超过刻度线,立即用滴定管吸出多余液体。
【解析】(1)使用的烧杯、玻璃棒要洗涤,错误;(2)NaOH固体应该放在烧杯中称量,错误;(3)向容量瓶转移液体时,引流用玻璃棒可以接触容量瓶内壁,但应该靠在刻度线下方,正确;(4)缺少量筒,错误;(5)加水超过刻度线,实验失败,应该重新配制,错误。
答案:(3)
1.浓度计算的2个公式:
(1)溶质B浓度(cB)、溶质B物质的量(nB)和溶液体积(V)之间的关系为cB= eq \f(nB,V) 。
(2)溶质浓度(c)、溶质质量分数(w)、溶质摩尔质量(M)和溶液密度(ρ)之间的关系为c= eq \f(1 000ρw,M) 。
2.配制一定物质的量浓度溶液的六个步骤:
计算、称量、溶解(稀释)、移液、洗涤、定容。
3.一定物质的量浓度溶液的配制误差分析的2个关键:
(1)抓住公式c= eq \f(n,V) = eq \f(m,MV) 。
(2)分析不当操作导致溶质质量m还是溶液体积V发生改变。Na、Na2O、Na2O2 eq \(――→,\s\up7(水),\s\d5( )) NaOH
SO2、SO3 eq \(――→,\s\up7(水),\s\d5(对应)) H2SO3、H2SO4
NH3 eq \(――→,\s\up7(H2O),\s\d5( )) NH3·H2O(但仍按NH3进行计算)
c(KCl)
c(K2SO4)
c(ZnSO4)
①
0.3 ml·L-1
0.2 ml·L-1
0.1 ml·L-1
②
0.1 ml·L-1
0.3 ml·L-1
-
c(K+)
c(Cl-)
c(SO eq \\al(\s\up1(2-),\s\d1(4)) )
c(Zn2+)
①
0.7
ml·L-1
0.3
ml·L-1
0.3
ml·L-1
0.1
ml·L-1
②
0.7
ml·L-1
0.1
ml·L-1
0.3
ml·L-1
0
仪器
注意事项或作用
量筒
(1)不能作反应器
(2)不能将浓溶液直接在量筒中稀释
(3)量取的液体倒出后不必洗涤
托盘
天平
(1)使用前调零
(2)药品不能直接放在托盘上
(3)左物右码,先大后小
(4)读数至小数点后1位
玻璃棒
(1)在溶液配制中的作用是搅拌、引流
(2)搅拌勿碰烧杯内壁,引流注意玻璃棒下端应在刻度线以下
烧杯
(1)用于溶解固体或稀释浓溶液
(2)将溶液转入容量瓶后,必须将烧杯洗涤2~3次,洗涤液转入容量瓶
仪器类型
观察方法
误差
“0”刻度在下边
仰视
偏高(偏大)
俯视
偏低(偏小)
“0”刻度在上边
仰视
偏低(偏小)
俯视
偏高(偏大)
目的
操作
A
(2018·全国Ⅱ卷)配制0.400 0 ml·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
(2018·全国Ⅲ卷)配制浓度为0.010 ml·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
(2016·全国Ⅲ卷)配制稀硫酸
先将浓硫酸加入烧杯中,后倒入蒸馏水
D
(2020·山东等级考)配制用于检验醛基的氢氧化铜悬浊液
向试管中加入2 mL 10% NaOH溶液,再滴加数滴2% CuSO4溶液,振荡
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