董 海

（江蘇教育學(xué)院附屬高級(jí)中學(xué) 江蘇 南京 210036）

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理題主要是通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)出的數(shù)據(jù)（通常是質(zhì)量或體積）進(jìn)行計(jì)算與分析，解決此類問題關(guān)鍵在于明確實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與相關(guān)物質(zhì)（或元素）質(zhì)量之間的關(guān)系，這種關(guān)系一般是通過(guò)分析化學(xué)方程式而得出，然后依據(jù)質(zhì)量守恒定律、化學(xué)方程式、化學(xué)式或溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算即可。

一、測(cè)定純凈物的組成（元素及其含量或化學(xué)式）

【例1】（2010年江蘇鹽城中考）有機(jī)物A在氧氣中燃燒后只生成二氧化碳和水，為確定A的組成，某同學(xué)進(jìn)行了如下探究。

【猜想】猜想一：A中只含C、H兩種元素

猜想二：A中含C、H、O三種元素

【實(shí)驗(yàn)】

【結(jié)論】猜想_______正確（選填“一”或“二”）。

【反思】有機(jī)物A中所含元素的質(zhì)量比為_______。

答案：【結(jié)論】二 【反思】m（C）∶m（H）∶m（O）=12∶3∶16

【方法提煉】通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定純凈物中元素的質(zhì)量比（或混合物中元素含量），關(guān)鍵在于找出元素的質(zhì)量和可測(cè)定質(zhì)量之間的定量關(guān)系，這種關(guān)系一般通過(guò)分析化學(xué)方程式及實(shí)驗(yàn)中測(cè)出的質(zhì)量（或體積）的數(shù)據(jù)，并結(jié)合質(zhì)量守恒定律加以計(jì)算而得出。

二、混合物中成分含量的測(cè)定

【例2】（2005年湖南初中競(jìng)賽）根據(jù)下列所給出的藥品、實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)中可測(cè)得的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)粗略測(cè)定由銅和鋅兩種金屬組成的合金ag中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（合金已加工成粉末）。

藥品：足量的濃硫酸、足量的稀硫酸、足量的稀硝酸和氧化銅。

在實(shí)驗(yàn)中可測(cè)得的數(shù)據(jù)：充分反應(yīng)后，生成氫氣的體積為bL（在此條件下，2.0g H2的體積是22.4L），反應(yīng)前儀器和藥品的質(zhì)量為cg，充分反應(yīng)后剩余固體的質(zhì)量為dg，充分反應(yīng)后儀器和藥品的質(zhì)量為eg。請(qǐng)你設(shè)計(jì)三個(gè)方案填入下表中：

選用藥品的名稱（1）選用的實(shí)驗(yàn)裝置及組裝時(shí)接口的連接順序（2） 需測(cè)得的選用的實(shí)驗(yàn)裝置序號(hào)組裝時(shí)接口編號(hào)的連接順序（如不需要組裝，則不填）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（從上述可測(cè)得的數(shù)據(jù)中選?。?）合金中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算式（4）方案一方案二方案三

解析：因濃硫酸、稀硝酸與銅和鋅均能反應(yīng)，依據(jù)題意應(yīng)選用稀硫酸。方案一、二：鋅與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，銅不反應(yīng)，因此測(cè)出氫氣的體積（質(zhì)量）即可求出鋅的質(zhì)量。氫氣的體積可通過(guò)FE來(lái)測(cè)量，即排開水的體積；另外根據(jù)質(zhì)量守恒定律，氫氣的質(zhì)量為反應(yīng)前后儀器和藥品的質(zhì)量之差。方案三：Zn與稀硫酸反應(yīng)生成溶于水的硫酸鋅而銅不反應(yīng)且不溶于水，故反應(yīng)后剩余固體的質(zhì)量即濾渣銅的質(zhì)量，用合金質(zhì)量減去銅的質(zhì)量即為鋅的質(zhì)量。答案：

?

【方法提煉】求混合物中某種純凈物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，一般思路為加入一種試劑與其中的一種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如果生成氣體，氣體則用排水法測(cè)其體積，或用試劑吸收測(cè)其增重，或直接測(cè)出反應(yīng)物的減輕。如果混合物均溶于水，則可先將其充分溶解，然后加入一種試劑與其中一種物質(zhì)生成沉淀，然后測(cè)出沉淀質(zhì)量；如果混合物均不溶于水，則先加入一種試劑將其中一種充分溶解，然后仍然測(cè)出沉淀質(zhì)量；最后一般均是通過(guò)化學(xué)方程式計(jì)算來(lái)求出。若涉及多個(gè)反應(yīng)，要通過(guò)分析反應(yīng)得出始態(tài)與終態(tài)物質(zhì)，然后把題中所給數(shù)據(jù)與反應(yīng)中的物質(zhì)對(duì)應(yīng)起來(lái)，找出它們之間的關(guān)系，最后根據(jù)化學(xué)方程式或化學(xué)式計(jì)算即可。

三、反應(yīng)物或生成物的推斷

【例3】（2006年江蘇初中競(jìng)賽）某化學(xué)興趣小組的學(xué)生研究過(guò)量的炭粉與Fe2O3在高溫條件下反應(yīng)的氣體產(chǎn)物成分。探究過(guò)程如下：

（1）提出假設(shè)：氣體產(chǎn)物全部是CO2。

（2）查閱資料：a.氮?dú)獠荒芘c炭粉及Fe2O3反應(yīng)。

（3）設(shè)計(jì)方案：將一定量氧化鐵在隔絕空氣的環(huán)境下與過(guò)量炭粉充分反應(yīng)。用實(shí)驗(yàn)中實(shí)際測(cè)得產(chǎn)生氣體的質(zhì)量，與理論計(jì)算得到的CO2的質(zhì)量進(jìn)行比較。

（4）實(shí)驗(yàn)裝置：如下圖所示。

（5）實(shí)驗(yàn)操作：

①稱量：反應(yīng)前Fe2O3的質(zhì)量3.20g；炭粉的質(zhì)量2.00g；玻璃管C的質(zhì)量48.48g。反應(yīng)后玻璃管與殘留固體共52.24g。

②加熱前先通一段時(shí)間氮?dú)猓賷A緊彈簧夾T，點(diǎn)燃酒精噴燈加熱。

（6）問題分析：

①用酒精噴燈而不用酒精燈的目的是_______。

②加熱前先通一段時(shí)間氮?dú)獾哪康氖莀______。

③理論計(jì)算：若氧化鐵與炭粉反應(yīng)的氣體產(chǎn)物全部是CO2，求3.20g氧化鐵完全反應(yīng)時(shí)生成CO2的質(zhì)量。

④根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)驗(yàn)中實(shí)際獲得氣體的質(zhì)量。

（7）結(jié)論：（要求簡(jiǎn)述獲得結(jié)論的理由）

答案：（略）

【方法提煉】此類題的解決方法一般是根據(jù)相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)定性確定一種反應(yīng)物（或產(chǎn)物），然后先依據(jù)此物質(zhì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，所得結(jié)果與題中數(shù)據(jù)進(jìn)行比較（一般采用平均值法或者極值法），從而確定反應(yīng)物或產(chǎn)物的可能情況。

四、定量測(cè)定實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果討論與誤差分析

【例4】（2010年江蘇南京中考）一碳化學(xué)是以分子中只含一個(gè)碳原子的化合物（如CO、CH4等）為原料來(lái)合成一系列化工原料和燃料的化學(xué)。

（1）工業(yè)上用天然氣和水蒸氣在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)，得到CO和H2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________，得到的CO和H2的混合氣被稱為合成氣，合成氣在工業(yè)上可用于合成一系列化工原料和新型燃料，還可用于冶煉某些金屬。

（2）某化學(xué)興趣小組的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室模擬了合成氣的制備，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證合成氣的還原性。

Ⅰ.用甲烷和水蒸氣在高溫條件下反應(yīng)得到合成氣。根據(jù)（1）中所寫的化學(xué)方程式，合成氣中CO和H2的質(zhì)量比為_______。

Ⅱ.用合成氣還原足量氧化銅，實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示：

［設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟］

①連接好裝置并檢查氣密性。

②裝入藥品，通入一段時(shí)間合成氣。

③分別稱量裝置D、E的質(zhì)量。

④緩緩?fù)ㄈ牒铣蓺?，加熱裝置C，使其充分反應(yīng)。

⑤停止加熱，繼續(xù)通入合成氣至恢復(fù)到室溫。

⑥再次分別稱量裝置D、E的質(zhì)量。

［完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)］經(jīng)過(guò)討論同學(xué)們認(rèn)為，裝置E后還應(yīng)添加一個(gè)酒精燈，并在實(shí)驗(yàn)步驟_______（填實(shí)驗(yàn)步驟的序號(hào)）中點(diǎn)燃（點(diǎn)燃前應(yīng)對(duì)氣體驗(yàn)純）。

［進(jìn)行實(shí)驗(yàn)］該小組的同學(xué)按上述步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)：

裝置D的質(zhì)量 裝置E的質(zhì)量反應(yīng)前 292.4g 198.2g反應(yīng)后 296.0g 201.5g

①裝置C中出現(xiàn)________色物質(zhì)。

②稱量數(shù)據(jù)如右表所示。

［現(xiàn)象分析和數(shù)據(jù)處理］

①甲同學(xué)根據(jù)裝置C中的現(xiàn)象，認(rèn)為是合成氣中的CO和H2還原了CuO。

②乙同學(xué)通過(guò)對(duì)上表數(shù)據(jù)的分析，推測(cè)除了CO和H2以外，制得的合成氣中可能還有未反應(yīng)的CH4，且CH4也還原了CuO。試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明他的推測(cè)依據(jù)。

③丙同學(xué)提出，實(shí)驗(yàn)步驟⑤中通入的氣體會(huì)帶走裝置E中的部分水蒸氣，使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差。你認(rèn)為該誤差對(duì)乙同學(xué)的推測(cè)結(jié)果是否有影響?______（選填“是”或“否”，并說(shuō)明理由）。

③如果帶走水蒸氣會(huì)使測(cè)得的CO2質(zhì)量偏低，使得碳元素的質(zhì)量偏小，使碳、氫元素的質(zhì)量比小于2∶1，而實(shí)際測(cè)得的生成物中碳、氫元素的質(zhì)量比已經(jīng)大于2∶1，所以對(duì)推測(cè)結(jié)果無(wú)影響。

答案：（略）

【方法提煉】對(duì)于這種結(jié)果討論型的數(shù)據(jù)分析題，要先按不同情況分別進(jìn)行計(jì)算，然后一般利用平均值法或者極值法進(jìn)行判斷。此類題是關(guān)于定量實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差原因的分析，一般可從實(shí)驗(yàn)的原理、方法、操作過(guò)程、外界因素等方面對(duì)可能產(chǎn)生的誤差進(jìn)行全面地分析。反應(yīng)不完全、其他物質(zhì)（如空氣中的O2、CO2、H2O、N2等）的干擾、溶液中水（或溶質(zhì)）的揮發(fā)、實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范、儀器本身精確度低等因素是誤差出現(xiàn)的主要原因。