李雁來(lái)

摘 要：以化學(xué)測(cè)定實(shí)驗(yàn)原理為載體，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)、對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、誤差分析的能力。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)原理；實(shí)驗(yàn)方案；實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；?shí)驗(yàn)計(jì)算；誤差分析；方案評(píng)價(jià)

高考注重突出對(duì)學(xué)生能力的考查，而高考試題中的實(shí)驗(yàn)題無(wú)疑成為綜合考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾}型之一。為實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作的要點(diǎn)和化學(xué)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方案考查的探究，本文以幾個(gè)不同的測(cè)定實(shí)驗(yàn)分析，分析這類(lèi)試題的解題方法。

1.為了測(cè)定某氣體樣品C4H10（并含有少量C3H8，均不溶于水）的平均相對(duì)分子質(zhì)量，設(shè)計(jì)了下面的實(shí)驗(yàn)：

①取一個(gè)配有合適膠塞的潔凈干燥的錐形瓶，準(zhǔn)確稱量得到質(zhì)量M1。

②往錐形瓶中通入干燥的該氣體樣品，塞好膠塞，準(zhǔn)確稱量，重復(fù)操作，直至前后兩次稱量結(jié)果基本相同，得到質(zhì)量M2。

③往錐形瓶?jī)?nèi)加滿水，塞好膠塞，稱量，得到質(zhì)量M3。

已知實(shí)驗(yàn)室的溫度為T(mén)（K），壓強(qiáng)為P（KPa），水的密度為ρ水（g/L），空氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量為29.0，密度為ρ空氣（g/L），回答下列問(wèn)題：

（1）本實(shí)驗(yàn)的原理（具體說(shuō)明）：

（2）步驟②為什么要重復(fù)操作，直至前后兩次稱量結(jié)果基本相同？

（3）具體說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)中怎樣做到每次測(cè)量都是在相同體積下進(jìn)行的？

（4）樣品的操作，可選用的方法是（填下圖中標(biāo)號(hào)）

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（5）錐形瓶中空氣的質(zhì)量（m空氣）是 （列出算式）

（6）錐形瓶中樣品的質(zhì)量（m樣品）是 （列出算式）

（7）由實(shí)驗(yàn)測(cè)得該氣體樣品的平均相對(duì)分子質(zhì)量是

（列出算式）

解析：本題是一道綜合試題，主要考查了實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)、氣體收集方法、化學(xué)計(jì)算。

（1）本實(shí)驗(yàn)的原理（具體說(shuō)明）：同溫同壓下，氣體的摩爾質(zhì)量與它們的密度成正比。

（2）步驟②為什么要重復(fù)操作，直至前后兩次稱量結(jié)果基本相同：步驟②實(shí)驗(yàn)操作目的是準(zhǔn)確得到氣體樣品的質(zhì)量。為了保證容器中充滿待測(cè)氣體，不再摻雜有空氣。

（3）具體說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)中怎樣做到每次測(cè)量都是在相同體積下進(jìn)行的：

在第一次稱量時(shí)，沿瓶口在橡皮塞上畫(huà)一道線，以后每次都塞入同樣的深度。

（4）樣品的操作，可選用的方法是（填下圖中標(biāo)號(hào)）

氣體的收集方法D。

（5）錐形瓶中空氣的質(zhì)量（m空氣）是：

解釋?zhuān)簃空氣=M1-m瓶 m樣品=M2-m瓶 m水=M3-m瓶

V=M3-M1/ρ水-ρ空

m空氣=（M3-M1/ρ水-ρ空）×ρ空氣

（6）錐形瓶中樣品的質(zhì)量（m樣品）是：

解釋?zhuān)航忉專(zhuān)簃空氣=M1-m瓶 m樣品=M2-m瓶 m水=M3-m瓶

V=M3-M1/ρ水-ρ空 m樣品=M2-M1+m空氣

（7）由實(shí)驗(yàn)測(cè)得該氣體樣品的平均相對(duì)分子質(zhì)量（設(shè)為x）是：

m樣品：m空氣=x：29

x=m樣品×ρ空氣/m空氣

2.SO2是大氣污染物之一，為粗略地測(cè)定周?chē)h(huán)境中SO2的含量，某學(xué)生課外活動(dòng)小組設(shè)計(jì)了如下圖所示實(shí)驗(yàn)裝置。

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解析：本題是一道綜合試題，主要考查了檢查裝置的氣密性；根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算；化學(xué)與環(huán)境保護(hù)；簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)。

（1）甲、乙兩同學(xué)欲對(duì)上述整套裝置檢查氣密性：

甲同學(xué)是用手捂住試管（或微熱試管），觀察導(dǎo)管中是否有液面上升的現(xiàn)，是否能？（填能或不能）；

乙同學(xué)是先從玻璃導(dǎo)管向試管中注入水，觀察導(dǎo)管中液面與試管中液面是否形成高度差，且在一段時(shí)間后，觀察液面差是否變化的方法，是否能？（填能或不能）；

若上述兩種方案均不能，請(qǐng)思考新方案，并填下列空白（若上述可行，則不填下列空白）：先在試管中裝入適量水（保證玻璃導(dǎo)管的下端浸沒(méi)在水中），然后（填操作方法）看到（填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），證明該裝置的氣密性良好。

答案：不能；不能。

若要檢驗(yàn)該裝置的氣密性，首先理解單向閥的作用，單向閥原理說(shuō)明：當(dāng)注射器推活塞時(shí)，①關(guān)閉，②打開(kāi)；當(dāng)注射器拉活塞時(shí)，①打開(kāi)，②關(guān)閉。因此應(yīng)該外拉注射器的活塞，導(dǎo)致試管內(nèi)壓強(qiáng)減小，若看到浸沒(méi)在水中的玻璃管口處有氣泡冒出，說(shuō)明氣密性良好。

故答案為：向外輕輕拉動(dòng)注射器的活塞，浸沒(méi)在水中的玻璃導(dǎo)管口有氣泡冒出。

（2）向試管中加入0.0005 mol·L-1碘水1.0 mL，用適量的蒸餾水稀釋后再加入2～3滴淀粉溶液，配制成溶液A。測(cè)定指定地點(diǎn)的空氣中SO2的含量時(shí)，推拉注射器的活塞反復(fù)抽氣；A溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色時(shí)反應(yīng)恰好完全進(jìn)行，此時(shí)停止抽氣，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。

由于SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI，當(dāng)單質(zhì)碘恰好完全反應(yīng)時(shí)淀粉遇碘變成的藍(lán)色就會(huì)消失。

（3）我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)每次空氣質(zhì)量測(cè)定中SO2的最高濃度限值，如表1所示。

表1 空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

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該學(xué)生課外活動(dòng)小組分成第一小組和第二小組，使用相同的實(shí)驗(yàn)裝置和溶液A，在同一地點(diǎn)、相同時(shí)間內(nèi)先后測(cè)量空氣中SO2的含量。當(dāng)反應(yīng)恰好完全進(jìn)行，記錄抽氣次數(shù)如下（假設(shè)每次抽氣500 mL）。請(qǐng)將表2填寫(xiě)完整（計(jì)算時(shí)保留2位有效數(shù)字）。

表2 不同組別測(cè)量值

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①在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需緩緩抽動(dòng)活塞的目的是若快速抽拉，則測(cè)定的結(jié)果將 。（填偏大、偏小或無(wú)影響）；

②判斷該地點(diǎn)的空氣中SO2含量屬于 （填數(shù)字）級(jí)標(biāo)準(zhǔn)， （填“第一”或“第二”）小組的測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，另一小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差的原因是 （兩個(gè)小組所用藥品和裝置均無(wú)問(wèn)題）。由于所取得碘水是一樣的，因此兩組實(shí)驗(yàn)中參與反應(yīng)的二氧化硫的質(zhì)量一樣多，根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算，設(shè)參與反應(yīng)的二氧化硫的質(zhì)量為x.SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI.

n（so■）=n（I■）

解之得：x=0.0005×1.0×10-3×64 g

第一組所測(cè)的二氧化硫的含量為：=0.53 mg/m3

第二組所測(cè)的二氧化硫的含量為：=0.046 mg/m3

表3 不同組別測(cè)量值

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在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需緩緩抽動(dòng)活塞的目的是 。若快速抽拉，則測(cè)定的結(jié)果將 。（填偏大、偏小或無(wú)影響）

答案：讓二氧化硫與碘充分反應(yīng)（或使空氣中二氧化硫被充分吸收），偏小。

②判斷該地點(diǎn)的空氣中SO2含量屬 （填數(shù)字）級(jí)標(biāo)準(zhǔn)， （填“第一”或“第二”）小組的測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，另一小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大偏差的原因是 （兩個(gè)小組所用藥品和裝置均無(wú)問(wèn)題）。

答案：第一組的結(jié)論是正確的，第二組數(shù)據(jù)誤差較大，主要由于抽氣速率過(guò)快，造成空氣中SO2與碘水未充分反應(yīng)，產(chǎn)生較大誤差。所以該地的空氣中的二氧化硫的含量應(yīng)屬于三級(jí)。

測(cè)定實(shí)驗(yàn)在高考化學(xué)試題中的考查內(nèi)容為：實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作的目的、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、化學(xué)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)誤差的分析、實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)。所以在化學(xué)教學(xué)中對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力非常重要。

參考文獻(xiàn)：

張勵(lì)輝.高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的測(cè)試要求分析[D].福建師范大學(xué)，2007.

（作者單位 寧夏回族自治區(qū)銀川一中）

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