浙江 俞真蓉

1.前言

定量分析在科學(xué)研究中的重要性是不言而喻的。在化學(xué)研究中，我們不僅需要知道化學(xué)物質(zhì)的組成元素、組成成分，而且需要知道某物質(zhì)組成元素或成分的含量，這就需要用定量分析的方法來測定。

物質(zhì)的定量分析一般過程如下：取樣→試樣溶解→干擾組分的分離→測定方法的選擇及數(shù)據(jù)測定→數(shù)據(jù)分析處理及結(jié)果的表示。

在生產(chǎn)和科研中只有準(zhǔn)確、可靠的分析結(jié)果才具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，否則將導(dǎo)致生產(chǎn)或科研方面產(chǎn)生重大損失、資源嚴(yán)重浪費(fèi)等不良后果。因此，物質(zhì)的定量分析是新高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，考查學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行分析、類推、計(jì)算化學(xué)問題的能力，物質(zhì)的定量分析同時(shí)滲透化學(xué)反應(yīng)原理方面知識。它充分體現(xiàn)“源于教材又不拘泥于教材”的命題指導(dǎo)思想，在一定程度上考查學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，有利于高校選拔人才。本文總結(jié)了五種?？嘉镔|(zhì)的定量分析題型，并提出相應(yīng)的解題模板，幫助學(xué)生提高此考點(diǎn)的解題能力。

2.解題模板

“物質(zhì)的定量分析”選題背景與實(shí)際問題緊密結(jié)合，把物質(zhì)的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)操作與化學(xué)計(jì)算有機(jī)融合，突出了化學(xué)計(jì)算的本質(zhì)，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科對計(jì)算的要求，基于教學(xué)實(shí)踐并結(jié)合“物質(zhì)的定量分析”涉及的相關(guān)化學(xué)知識和原理，總結(jié)出如下解題模板：

第一步，分析題給實(shí)驗(yàn)情境，明確實(shí)驗(yàn)反應(yīng)原理，寫出相關(guān)化學(xué)方程式(或離子方程式)并配平(可能只有一個(gè)反應(yīng)，也可能是多個(gè)相關(guān)反應(yīng))；第二步，分析已知物和所求物之間存在的定量關(guān)系(可能是直接關(guān)系，也可能是間接關(guān)系)；第三步，代入題給數(shù)據(jù)，進(jìn)行定量計(jì)算，得出結(jié)論。

3.分類例析

考向1：滴定法

酸堿中和滴定是高中化學(xué)重要的定量實(shí)驗(yàn)，既是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，又是高考化學(xué)的熱點(diǎn)。由“酸堿中和滴定”拓展、延伸，演變的滴定類型有：氧化還原滴定、電勢滴定、配位(絡(luò)合)滴定、沉淀滴定，還有返滴定法和雙指示劑滴定法等。

【案例1】(2016·天津·節(jié)選)水中溶氧量(DO)是衡量水體自凈能力的一個(gè)指標(biāo)，通常用每升水中溶解氧分子的質(zhì)量表示，單位mg/L，我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，生活飲用水源的DO不能低于5 mg/L。某化學(xué)小組同學(xué)設(shè)計(jì)了下列裝置(夾持裝置略)，測定某河水的DO。

1.測定原理：

2.測定步驟：

a.安裝裝置，檢驗(yàn)氣密性，充N2排盡空氣后，停止充N2。

b.向燒瓶中加入200 mL水樣。

c.向燒瓶中依次迅速加入1 mL MnSO4無氧溶液(過量)、2 mL堿性KI無氧溶液(過量)，開啟攪拌器，至反應(yīng)①完全。

d.攪拌并向燒瓶中加入2 mL硫酸無氧溶液至反應(yīng)②完全，溶液為中性或弱酸性。

e.從燒瓶中取出40.00 mL溶液，以淀粉作指示劑，用0.010 00 mol·L-1Na2S2O3溶液進(jìn)行滴定，記錄數(shù)據(jù)。

f.……

g.處理數(shù)據(jù)(忽略氧氣從水樣中的逸出量和加入試劑后水樣體積的變化)。

回答下列問題：

若某次滴定消耗Na2S2O3溶液4.50 mL，水樣的DO=________mg/L(保留一位小數(shù))。作為飲用水源，此次測得DO是否達(dá)標(biāo)：________(填“是”或“否”)。

【答案】9.0；是

【案例2】(2016·浙江·29節(jié)選)無水MgBr2可用作催化劑。實(shí)驗(yàn)室采用鎂屑與液溴為原料制備無水MgBr2，裝置如圖：

測定時(shí)，先稱取0.250 0 g無水MgBr2產(chǎn)品，溶解后，用0.050 0 mol·L-1的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液26.50 mL，則測得無水MgBr2產(chǎn)品的純度是________(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)。

【答案】97.52%

考向2：重量法

熱重分析法，即物質(zhì)在一定溫度作用下，隨溫度的升高，會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，如水分蒸發(fā)、失去結(jié)晶水、小分子易揮發(fā)物的逸出、物質(zhì)的分解氧化等，然后利用差量法計(jì)算某一成分質(zhì)量。

【案例3】(2017·全國卷Ⅲ·26節(jié)選)綠礬是含有一定量結(jié)晶水的硫酸亞鐵，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要的用途。某化學(xué)興趣小組對綠礬的一些性質(zhì)進(jìn)行探究。回答下列問題：

為測定綠礬中結(jié)晶水含量，將石英玻璃管(帶兩端開關(guān)K1和K2)(設(shè)為裝置A)稱重，記為m1g。將樣品裝入石英玻璃管中，再次將裝置A稱重，記為m2g。按如圖所示連接好裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)過程：打開K1和K2，緩緩?fù)ㄈ隢2→點(diǎn)燃酒精燈，加熱→熄滅酒精燈→關(guān)閉K1和K2→冷卻至室溫→稱量，按上述操作步驟，直至A恒重，記為m3g。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，計(jì)算綠礬化學(xué)式中結(jié)晶水?dāng)?shù)目x=________(列式表示)。

考向3：沉淀法

沉淀法，即利用沉淀反應(yīng)使待測組分以微溶化合物的形式沉淀出來，再使之轉(zhuǎn)化為稱量形式稱量，從而計(jì)算其純度。

【案例4】(2016·浙江金華模擬·節(jié)選)某?；瘜W(xué)興趣小組的同學(xué)開展測定Na2SO3和NaCl的固體混合物中Na2SO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)驗(yàn)，操作流程如下：

根據(jù)操作流程中的數(shù)據(jù)計(jì)算Na2SO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：________。

考向4：氣體法

氣體法，即通過反應(yīng)產(chǎn)生氣體的體積或質(zhì)量來計(jì)算某一成分的物質(zhì)的量或質(zhì)量，從而得到物質(zhì)的純度。

【案例5】為了測定已部分變質(zhì)的過氧化鈉樣品的純度，設(shè)計(jì)如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，圖中Q為彈性良好的氣球，稱取一定量的樣品放入其中，按如圖所示的裝置安裝好儀器，打開分液漏斗的活塞，將稀硫酸滴入氣球中。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，量筒Ⅰ中有xmL水，量筒Ⅱ中收集到y(tǒng)mL氣體，則過氧化鈉的純度是________(用含x、y的式子表示，上述體積均已折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況)。

考向5：分光光度法

在分光光度計(jì)中，將不同波長的光連續(xù)地照射到一定濃度的樣品溶液時(shí)，便可得到與不同波長相對應(yīng)的吸收強(qiáng)度。如以波長(λ)為橫坐標(biāo)，吸收強(qiáng)度(A)為縱坐標(biāo)，就可繪出該物質(zhì)的吸收光譜曲線。利用該曲線進(jìn)行物質(zhì)定性、定量的分析方法，稱為分光光度法。

用紫外光源測定無色物質(zhì)的方法，稱為紫外分光光度法；用可見光光源測定有色物質(zhì)的方法，稱為可見光光度法。它們與比色法一樣，都以Lambert-Bee定律為基礎(chǔ)。

準(zhǔn)確稱取0.315 0 g無水Cu(NO3)2，用蒸餾水溶解并定容至100 mL，準(zhǔn)確移取該溶液10.00 mL，加過量NH3·H2O，再用蒸餾水定容至100 mL，測得溶液吸光度A=0.620，則無水Cu(NO3)2產(chǎn)品的純度是________(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示)。

【答案】92.51%

3.思考

從上述案例可以看出，雖然物質(zhì)的定量分析類型較多，實(shí)驗(yàn)涉及的原理不盡相同，但總的解題策略是不變的，即在定性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究量的關(guān)系，根據(jù)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)原理和記錄的數(shù)據(jù)，通過分析、計(jì)算、推理等確定有關(guān)樣品含量。