□江慧

計(jì)算型實(shí)驗(yàn)探究題的分類解析

□江慧

計(jì)算型實(shí)驗(yàn)探究題是近幾年中考中比較常見的一類題型，即通過定量計(jì)算求出混合物中某成分的純度，分析某反應(yīng)（或生成）物的組成，推算未知物化學(xué)式中的系數(shù).完成這類題目的解答要求考生具有以下能力：掌握相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，熟悉除雜檢驗(yàn)物質(zhì)的流程及每步反應(yīng)所需的試劑及其作用，根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行數(shù)字和代數(shù)式計(jì)算.

類型一、以計(jì)算物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為目的的實(shí)驗(yàn)探究題

例1某化學(xué)興趣小組的同學(xué)對呼吸面具的制氧原理產(chǎn)生好奇心，通過查閱資料得知，呼吸面具中制取氧氣的主要原料是固體過氧化鈉（Na2O2），過氧化鈉分別能和二氧化碳、水反應(yīng)，都生成氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

為了測定呼吸面具中過氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，該小組的同學(xué)在老師的指導(dǎo)下，利用如圖1所示裝置（固定裝置已略去）開展探究，并得到正確的結(jié)論.

已知，裝置B中盛有飽和NaHCO3溶液（NaHCO3不與CO2反應(yīng)），堿石灰是由固體NaOH和CaO組成的混合物，整套裝置氣密性良好，反應(yīng)所需試劑均足量.

請回答下列問題：

（1）儀器a的名稱是_________，裝置A的作用是_________.

（2）不用裝置E代替裝置C的理由是_________.

（3）裝置D中過氧化鈉藥品的質(zhì)量為mg，裝置D在反應(yīng)前后的總質(zhì)量分別為n1g和n2g.若藥品中所含雜質(zhì)既不溶于水也不參加化學(xué)反應(yīng)，則藥品中過氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=_________.

解析：本題的解題關(guān)鍵在于明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理是D裝置反應(yīng)前后質(zhì)量的差值即為固體增加的質(zhì)量，進(jìn)而利用其計(jì)算出過氧化鈉的質(zhì)量.

結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理可具體分析：（1）儀器a是錐形瓶，裝置A的作用是制備二氧化碳；（2）堿石灰能同時(shí)吸收水和二氧化碳，導(dǎo)致D中無法與過氧化鈉反應(yīng)，故不能用裝置E代替裝置C；（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，先計(jì)算二氧化碳的質(zhì)量（即C裝置反應(yīng)前后的差量），再利用二氧化碳的質(zhì)量計(jì)算碳酸鈉的質(zhì)量，最后計(jì)算樣品中過氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

答案：（1）錐形瓶，制備二氧化碳（2）堿石灰能同時(shí)吸收水和二氧化碳，導(dǎo)致D中無法與過氧化鈉反應(yīng)

點(diǎn)撥：一般數(shù)據(jù)型實(shí)驗(yàn)題中，題干給出反應(yīng)前后裝置質(zhì)量的，一定要聯(lián)系化學(xué)方程式想到是哪兩種或幾種物質(zhì)的差值.往往這些考題中，差量不是一種具體的物質(zhì)的質(zhì)量而是某元素的質(zhì)量（如例題所示），所以同學(xué)們在分析解答時(shí)要特別注意仔細(xì)審題.

類型二、以推斷物質(zhì)組成或驗(yàn)證物質(zhì)組成元素的質(zhì)量比為目的的實(shí)驗(yàn)探究題

例2某化學(xué)興趣小組完成了如圖2所示的化學(xué)實(shí)驗(yàn)（裝置氣密性良好），證明了二氧化碳的組成.探究過程如下：

I.稱量裝有干燥塊狀木炭的試管D，質(zhì)量為50.7g，裝有堿石灰的干燥管質(zhì)量為112.3g，連接A、B、D裝置；

Ⅱ.從長頸漏斗中加入3%的過氧化氫溶液，連接C裝置，點(diǎn)燃酒精燈；

Ⅲ.待D中發(fā)生反應(yīng)，熄滅酒精燈，冷卻；

Ⅳ.稱量試管D及剩余固體質(zhì)量為50.1g，裝置C的質(zhì)量為114.5g.

圖2

已知：堿石灰主要成分是氧化鈣和氫氧化鈉，木炭中的雜質(zhì)不參加反應(yīng)，B、C中所裝藥品是足量的，能夠完全吸收相關(guān)物質(zhì)，請回答下列問題：

（1）裝置A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________，該反應(yīng)屬于______________反應(yīng).

（2）酒精燈的作用是______________.

（3）為減少誤差，步驟III冷卻過程中需要注意的問題是______________.

（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算參加反應(yīng)的氧氣質(zhì)量為______________（列式并計(jì)算結(jié)果）；從而計(jì)算出二氧化碳中碳、氧元素質(zhì)量之比為______________.

解析：本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理是：裝置C反應(yīng)前后質(zhì)量差為生成的二氧化碳的質(zhì)量；試管D反應(yīng)前后質(zhì)量差為參加反應(yīng)的木炭的質(zhì)量；兩者之差為參加反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量，進(jìn)而可求出碳、氧元素質(zhì)量比.（1）A中發(fā)生的反應(yīng)是用過氧化氫分解得到氧氣，屬于分解反應(yīng)；（2）酒精燈作為一種實(shí)驗(yàn)室常用的熱源，作用是給木炭加熱，使之燃燒起來，即點(diǎn)燃木炭；（3）為減小誤差，步驟III冷卻過程中應(yīng)注意繼續(xù)通入氧氣，使生成的二氧化碳完全進(jìn)入裝置C中，被堿石灰吸收；（4）生成CO2的質(zhì)量為114.5g-112.3g=2.2g，則氧氣質(zhì)量為（114.5g-112.3g）-（50.7g-50.1g）=1.6g，二氧化碳中碳、氧元素質(zhì)量之比為3∶8.

點(diǎn)撥：根據(jù)熟悉的反應(yīng)推測反應(yīng)后生成的物質(zhì)（往往是氣體）的組成，首先就要想到生成物肯定不是課本中出現(xiàn)過的化學(xué)方程式中的物質(zhì)那么簡單.然后要充分考慮給出的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般可以通過不同計(jì)算方式算出兩個(gè)不一樣的結(jié)果，根據(jù)反應(yīng)物的性質(zhì)特點(diǎn)，推測還可能有什么其他生成物.常見考查內(nèi)容之一就是碳還原氧化物時(shí)碳過量，生成物就有可能是一氧化碳和二氧化碳的混合物.

類型三、以推算化學(xué)式中的系數(shù)以及誤差分析為目的的實(shí)驗(yàn)探究題

例3有些晶體按比例帶有一定量的結(jié)晶水，帶有結(jié)晶水的晶體在一定溫度下會脫去結(jié)晶水.草酸晶體（H2C2O4·xH2O）在常溫下是一種無色透明晶體.草酸晶體受熱時(shí)分解的化學(xué)方程式為：

某化學(xué)興趣小組的同學(xué)利用該信息以及所學(xué)的知識設(shè)計(jì)并開展實(shí)驗(yàn)，測定草酸晶體中結(jié)晶水的質(zhì)量分?jǐn)?shù).（圖3中固定裝置已略去，裝置氣密性良好，裝置A、B中的試劑足量，注射器量程足夠）

圖3

Ⅰ.測量裝置A、B的質(zhì)量，排盡注射器中的空氣，連接裝置；

Ⅱ.取質(zhì)量為m的草酸晶體，加熱至完全分解，將產(chǎn)物全部通入以上裝置；

Ⅲ.測量并記錄裝置A增加的質(zhì)量為a，裝置B增加的質(zhì)量為b，裝置C讀數(shù)為V；

Ⅳ.甲、乙、丙3位同學(xué)分別利用裝置A、B、C所得數(shù)據(jù)計(jì)算該草酸晶體中結(jié)晶水的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

請回答下列問題：

（1）裝置A中盛放的液體是______________；裝置B的作用是______________；裝置C的作用之一是測量______________的體積.

（2）乙同學(xué)對利用裝置B測量結(jié)果計(jì)算的可靠性進(jìn)行反思與評價(jià)，認(rèn)為反應(yīng)后裝置A中殘留的氣體會使自己的計(jì)算結(jié)果______________（填“偏小”或“偏大”）.

（3）甲同學(xué)依據(jù)裝置A測量結(jié)果計(jì)算結(jié)晶水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為______________（用代數(shù)式表示）.

解析：解答本題的關(guān)鍵是根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，分別利用裝置A、B、C來測定水、二氧化碳的質(zhì)量及一氧化碳的體積，然后進(jìn)行計(jì)算分析.

氣體殘留在A中意味著二氧化碳沒有被B完全吸收，B中CO2質(zhì)量減少，根據(jù)代數(shù)式可知x偏大.

答案：（1）濃硫酸；吸收CO2并測定其質(zhì)量；CO（2）偏大（3）100%

點(diǎn)撥：解答這類試題其實(shí)難度不大，首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆治銮宄刻讓?shí)驗(yàn)裝置的作用，明確每個(gè)數(shù)據(jù)對應(yīng)的是哪種物質(zhì)的質(zhì)量，然后依據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算就可以了，關(guān)鍵是用字母代入進(jìn)行計(jì)算時(shí)要格外細(xì)心.