第三单元　物质的定量分析与反应条件的控
制
1．了解对物质进行定量分析的基本方法。
2．了解反应条件控制在化学实验中的意义，初步掌握控制反应条件的方法。
3．能通过化学实验收集有关数据和事实，并科学地进行分析和处理。
4．能对实验事实做出合理的解释，运用比较、归纳、分析、综合等方法形成实验探究结论。
1．定量分析技术在测定新物质组成中的应用。
2．反应条件控制在工业生产中的应用。
一、化学反应条件的控制
1．硫代硫酸钠与酸反应速率的影响因素
(1)探究浓度对反应速率的影响
取两个50 mL锥形瓶，编为1、2号。向1号锥形瓶中加入10 mL 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液，向2号锥形瓶中加入5 mL 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液和5 mL蒸馏水。
另取两支试管，各加入10 mL 0.1 mol·L－1 H2SO4溶液，同时将该溶液分别倒入1、2号锥形瓶中，记录反应所需的时间。
由于H2SO4的浓度相同，所以该反应的反应速率主要取决于___________溶液的浓度。通过实验可以发现，由于1号锥形瓶中Na2S2O3的浓度大于2号锥形瓶中Na2S2O3的浓度，1号锥形瓶底部的“十”字先被完全遮盖。由此可以得出结论：在其他条件不变时，反应物的浓度越大，反应速率越快。
Na2S2O3
(2)探究温度对反应速率的影响
取一个50 mL锥形瓶，编为3号，向其中加入10 mL 0.1 mol·L－1 Na2S2O3溶液，向另一支试管中加入10 mL 0.1 mol·L－1 H2SO4溶液，同时放入盛有热水的烧杯中，片刻后将锥形瓶和试管取出，将________溶液加到__________溶液中，记录溶液的温度和反应所需的时间。
比较：3号锥形瓶中液体的浓度与1号锥形瓶相同，但3号锥形瓶中Na2S2O3和H2SO4溶液的温度高，所以3号锥形瓶中反应速率最快。
结论：在其他条件不变的情况下，温度越高，反应速率越快。
H2SO4
Na2S2O3
2．催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响
(1)催化剂能加快化学反应速率。
(2)不同的催化剂对同一化学反应的影响是______的。
3．反应条件对化学平衡的影响
(1)氯化钴溶液颜色的变化
实验Ⅰ：观察不同酸性的CoCl2溶液颜色的变化。
①具体操作：在一支试管中加入约3 mL 0.5 mol·L－1 CoCl2溶液，再慢慢滴加约6 mL浓盐酸，观察现象。将上述试管中的溶液一分为二，置于两支试管中，向其中一支试管中加入约3 mL蒸馏水，与另一支试管作对比，观察现象。
不同
蓝色加深
蓝色转化为粉红色
增大了Cl－浓度，
平衡向左移动
平衡向右移动
实验Ⅱ：观察受热时CoCl2溶液颜色的变化。
①具体操作：取一支试管，加入3 mL 95%乙醇溶液和少量(2～3小粒)氯化钴晶体(CoCl2·6H2O)，振荡使其溶解，再逐滴滴加蒸馏水，至溶液恰好呈粉红色，然后用酒精灯加热该试管片刻。观察上述实验过程中溶液颜色的变化。
②现象与分析：
CoCl2·2H2O
CoCl2·H2O
CoCl2
稀释时，很快变成粉红色(平衡向左移动)；加热时，又由粉红色变成蓝色(平衡向右移动)。
(2)探究影响乙酸乙酯水解程度的因素
实验步骤：
①取三支试管，编号为1、2、3，分别注入4 mL蒸馏水、4 mL 5 mol·L－1硫酸、4 mL 10 mol·L－1氢氧化钠溶液。在试管1、2中各滴加2滴甲基橙指示剂，试管3中滴加2滴石蕊溶液，使三支试管中溶液的颜色分别为______、______和______。
橙色
红色
蓝色
②在三支试管中各加入2 mL乙酸乙酯，振荡后用透明胶纸在液相界面处做好标记。将三支试管同时插入热水浴(65～70 ℃)中，加热7 min(加热过程中注意不要振荡)。
③取出试管，观察液相界面情况。
实验现象：1号试管液相界面____________，颜色无明显变化；2号试管液相界面__________，颜色无明显变化；3号试管液相界面__________，石蕊蓝色褪去。
结论：乙酸乙酯在水中几乎不水解，而酸或碱对其水解都有催化作用，在碱性条件下由于碱中和了生成的乙酸而使酯的水解程度更大。
无明显变化
略有上升
明显上升
二、物质的定量分析
1．食醋总酸含量的测定
(1)食醋的酸味主要来自其中的______等有机酸，食醋总酸含量是指_____________________________________，也称食醋的_______。国家标准规定酿造醋总酸含量不低于________________。
(2)食醋总酸含量的测定
①测定方法——滴定分析法，又叫____________，是一种重要的定量分析方法，即将一种已知__________的溶液，通过______________滴加到被测物质的溶液中，直到所加试剂与被测物质恰好完全反应，然后根据所用试剂的______和______求得被测组分的含量。
每100 mL食醋中含酸(以醋酸计)的质量
3.5 g/100 mL
容量分析法
准确浓度
酸、碱滴定管
用量
浓度
酸度
醋酸
②测定原理：_______________________________________。
③仪器选择：酸式滴定管、____________、滴定管夹、铁架台、________。
④实验药品：标准液、待测液、________。
⑤实验步骤
第一步：检查和洗涤。若滴定管不漏水，先用水洗涤玻璃仪器，再用标准液润洗待装标准液的滴定管_______次，用待测液润洗装待测液的滴定管________次。
第二步：装液体、取标准液、排气泡、调零点、记刻度。取一定体积待测液，注入锥形瓶中并滴加几滴指示剂。
第三步：滴定。当最后一滴刚好使指示剂变色且不立即褪去，即达到终点，停止滴定，记刻度。重复______次，取平均值计算。
CH3COOH＋NaOH===CH3COONa＋H2O
碱式滴定管
锥形瓶
指示剂
2～3
2～3
2～3
2．镀锌铁皮的锌镀层厚度的测定
(1)实验步骤：
①取三块镀锌铁皮(A、B、C，截自同一块镀锌铁皮)，分别量出它们的长度与宽度。
②用电子天平分别称量三块镀锌铁皮(A、B、C)的质量。
③将镀锌铁皮A放入烧杯中，加入40 mL 6 mol·L－1盐酸。反应时用玻璃棒小心翻动镀锌铁皮，使铁皮两边锌镀层都充分反应。到反应速率突然减小时(产生气泡的速率变得极慢)，立即将未反应的铁片取出，用自来水冲洗掉附着的酸液。
④将铁皮放在________上，用酒精灯小火烘干，冷却后用电子天平称量。
石棉网
⑤分别用镀锌铁皮B、C重复进行实验步骤③④。
⑥根据实验所得数据，求出镀锌铁皮的锌镀层厚度。
(2)实验数据记录与处理。
化学探究实验中控制变量法的思路如下：
一条思路…………………………………………………………………………………………
1．NaOH溶液滴定醋酸时指示剂的选择方法
因为NaOH和CH3COOH反应生成的CH3COONa是强碱弱酸盐，因CH3COO－水解而使溶液呈碱性，因此应选择在碱性溶液中变色的指示剂——酚酞。
2．锌镀层厚度的测定方法
称量与酸反应前后铁皮的质量，两者之差就是锌镀层的质量，已知锌的密度为7.14 g·cm－3，计算出锌镀层的体积。然后测出锌镀层单侧面积，则可求出锌镀层单侧厚度。
三种方法…………………………………………………………………………………………
3．中和滴定实验的误差分析方法
探究化学反应的最佳条件，必须选择具体的实验因素，按事先设计的实验步骤进行实验。实验前应预先准备好仪器、药品，绘制好实验用的有关表格。实验一旦开始，就可在预定方案下有条不紊地进行操作，并及时把有关的实验现象和数据填入表格，以便实验后进行比较和分析。
我的警示………………………………………………………………………………………
定量分析的一般过程是什么？
提示　取样→试样的溶解→干扰组分的分离→测定方法的选择及数据的测定→数据的分析处理及结果的表示。
问题征解………………………………………………………………………………………
1．定量实验题都有一个需要测量的量(目的量)，通常的情形是目的量无法直接测量，而是通过可以测量出来的量(可测量的量)计算求得。目的量是依据题的设计而定，它可以是相对原子质量、相对分子质量、质量分数等。可测量的量是试题考查的核心所在，也是决定化学实验所需要的仪器和装置、实验步骤的先后顺序、测量结果的读取与记录、误差存在的可能性、实验过程中需要注意的事项的主要因素。
必考点93　 物质的定量分析
2．实验数据的处理
根据实验目的对实验测得的原始数据进行处理，通常有以下几种方法：
(1)将原始数据列表进行分析，得出结论。如探究浓度对化学反应速率的影响时，测出不同浓度时看到某种现象所需的时间，列表分析得出结论。
(2)将原始数据绘制成曲线。如中和滴定中的pH随所加酸或碱的体积变化的滴定曲线，溶解度随温度变化的溶解度曲线。
(3)运用数据进行计算，得出结果。如中和滴定中求算酸或碱的物质的量浓度，利用方程式计算反应物的消耗量或产物的生成量，求算混合物的百分组成等。
(4)将测定结果与理论值进行比较，分析产生的误差及其原因。如中和滴定中误差分析，化学反应中转化率的计算等。
某校化学兴趣小组的同学对一含有少量Na2SO4的NaOH样品中NaOH的含量进行测定。回答下列问题：
(1)甲同学运用沉淀法测定样品中NaOH的含量。甲同学选用的药品除样品外，还应有________；实验中应测定的数据有_______________________________________。
(2)乙同学运用滴定法测定样品中NaOH的含量。
①用分析天平准确称取该样品5.00 g，全部溶于水配制成1 000.0 mL的溶液。用碱式滴定管取其中20.00 mL放在锥形瓶中，滴加几滴指示剂，待测。滴定管在使用前除洗涤外，还应________。
【典例1】
②用浓度为0.100 0 mol·L－1的盐酸标准溶液进行滴定。开始滴定前的一步操作是_______________________________。
③滴定过程中用________测定锥形瓶中溶液的pH，临近滴定终点时测定pH应_________________________________。
④滴定过程中，锥形瓶中溶液的pH变化如下
请在下面坐标图中绘制出上述中和滴定的曲线。
⑤下表是几种酸碱指示剂的变色范围，根据你作出的中和滴定曲线分析，上述中和滴定中应选用的指示剂是________。
⑥样品中，NaOH的质量百分含量为________。
思维导入　利用中和滴定原理分析。
答案　(1) MgCl2溶液　样品质量和加入足量MgCl2溶液后生成的沉淀质量
(2)①检漏　②调节盛标准液滴定管的液面于“0”刻度或“0”刻度以下　③pH计　每滴一滴测一次　④滴定曲线如右图　⑤甲基橙或酚酞　⑥96%
解答定量实验题的一般思维方法归纳起来有以下几点：(1)阅读题干，弄清目的量；(2)根据题中信息，找出所涉及的化学反应原理；(3)确定可测量的量，并与教材中相关的实验相比较；(4)从可测量的量出发，明确所需要的仪器；(5)利用可测量的量通过化学原理求目的量。
——解答定量实验综合题的一般思维方法
(2013·宿迁联考)我国规定饮用水的硬度不能超过25度。硬度的表示方法是：将水中的Ca2＋和Mg2＋都看作Ca2＋，并将其折算成CaO的质量。通常把1升水中含有10 mg CaO称为1度。某化学实验小组对本地区地下水的硬度进行检测。
【应用1】
蓝色
酒红色
M2＋(金属离子)＋Y4－(EDTA)===MY2－
MEBT＋Y4－(EDTA)===MY2－＋EBT(铬黑T)
实验过程如下：
(1)已知水中由Ca2＋、Mg2＋和HCO3－所引起的硬度称为暂时硬度，可通过加热减小硬度，写出加热时所发生的化学反应方程式(任写一个)_________________________________。
(2)取地下水样品25.0 mL进行预处理。预处理的方法是向水样中加入浓盐酸，煮沸几分钟，煮沸的目的是___________
_________________________________________________。
(3)将处理后的水样转移到250 mL的锥形瓶中，加入氨水－氯化铵缓冲溶液调节pH为10，滴加几滴铬黑T溶液，用0.010 0 mol·L－1的Y4－(EDTA)标准溶液进行滴定，滴定时眼睛应________，滴定终点时的实验现象是______________
__________________________________________________。
(4)滴定终点时共消耗Y4－(EDTA)溶液15.0 mL，则该地下水的硬度是________。
(5)若实验时装有Y4－(EDTA)标准液的滴定管只用蒸馏水洗涤而未用标准液润洗，则测定结果将________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
控制变量法作为化学实验探究的有效方法，在探究实验中运用较多。在化学实验探究中，不同的因素条件对实验产生不同的影响。根据因素性质的不同，变量可分为实验变量、无关变量和反应变量。实验变量又称自变量，是实验操纵的因素或条件。反应变量也称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。
必考点94　化学反应条件的控制
解“控制变量法”实验探究题的一般步骤：(1)认真研究实验课题，明确实验目的，分析实验原理。实验目的是实验设计的方向，而实验原理则是实验设计的基础。通过分析实验目的能够得到实验变量和反应变量，而实验变量的操纵方法和反应变量的控制方法往往隐藏在实验原理中。(2)确定实验变量、反应变量和无关变量，实验变量的操作方法、反应变量的检测方法和无关变量的控制方法。(3)设置合理的实验步骤，控制其余无关变量，确保单一变量的检测，即：“定多议一”。
某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。
【典例2】
①请完成此实验设计，其中：V1＝______，V6＝________，V9＝________；
②反应一段时间后，实验A中的金属呈________色，实验E中的金属呈________色；
③该同学最后得出的结论为：当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高。但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因______________________________________。
思维导入　为研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，必须依据实验目的，控制实验条件(控制变量)。在实验中只能允许改变硫酸铜的量，保持其他条件不变，才能较快地揭示硫酸铜的量与氢气生成速率的关系。
解析　由于是研究CuSO4的量对氢气生成速率的影响，其它条件应该相同，所以硫酸的总量、总浓度要相同，①一是所加硫酸的量相同，二是混合溶液的体积相同，故V1～V5均为30 mL；再由F组数据可知，混合溶液总共50 mL，从而得V6＝10 mL、V9＝17.5 mL。②A中无铜生成，银白色的单质锌被腐蚀后，因表面高低凸凹，会吸收光线而呈灰黑色；E中生成较多的铜，同理，因表面不平将呈暗红色。此题是③的提示，有较多的铜的生成，覆盖在锌表面，减少了锌与酸的接触。
答案　①30　10　17.5　②灰黑　暗红　③当加入一定量的CuSO4后，生成的单质Cu会沉积在Zn的表面，降低了Zn与酸溶液的接触面积
探究型实验题的一般解题思路为：先通过对比找出实验的不同之处(操作、现象等)，再揭示实验现象不同的本质，然后从本质上设计相应的实验来验证。还有一些题目将基本的理论、原理置于实验探究活动之中，只要熟练掌握基础知识，理解其原理，此类题目就会迎刃而解。
(2013·扬州模拟)乙酸乙酯是重要的有机合成中间体，广泛应用于化学工业。为证明浓硫酸在该反应中起到了催化剂和吸水剂的作用，某同学利用下图所示装置进行了以下四个实验，实验开始先用酒精灯微热3 min，再加热使之微微沸腾3 min。实验结束后充分振荡试管Ⅱ，再测试管Ⅱ中有机层的厚度，实验记录如下：
【应用2】
(1)干燥管的作用为_________________________________。
(2)实验D的目的是与实验C相对照，证明H＋对酯化反应具有催化作用。实验D中应加入盐酸的体积和浓度分别是________mL和________mol·L－1。
(3)分析实验________(填实验编号)的数据，可以推测出浓硫酸的吸水性提高了乙酸乙酯的产率。浓硫酸的吸水性能够提高乙酸乙酯产率的原因是___________________________。
(4)加热有利于提高乙酸乙酯的产率，但实验发现温度过高乙酸乙酯的产率反而降低，可能的原因是________________
_________________________________________________。
(5)实验中不同条件下酯化反应进行的快慢不同，这个结果对探索乙酸乙酯发生水解反应时的最佳条件有什么启示？____________________________________________________
解析　(2)实验C和实验D是证明H＋对酯化反应的催化作用，测得有机层厚度相同，要求是H＋的浓度相同，可知取6 mol·L－1盐酸6 mL。(3)推测浓硫酸的吸水性对酯化反应的影响，可与稀硫酸作对比，选A、C。由于酯化反应是可逆反应，浓硫酸吸水，使平衡向酯化反应方向移动。(4)由于酯化反应的原料乙酸与乙醇均易挥发，温度过高，会造成两者大量挥发，不利于反应进行；温度过高，会有更多副反应发生，如乙醇在浓硫酸作用下生成乙醚或乙烯等。(5)浓硫酸在酯化反应中作催化剂和吸水剂，吸水使酯化反应向正反应方向移动，酯的水解要使平衡向逆反应方向移动，用碱中和乙酸并加热，减小乙酸浓度，使平衡向水解方向移动。
答案　(1)防止倒吸　(2)6　6　(3)AC　浓硫酸吸收反应中生成的水，降低了生成物浓度，使平衡向生成乙酸乙酯的方向移动　(4)大量乙酸、乙醇未经反应就脱离反应体系或温度过高发生其他反应　(5)在碱性条件下水解并加热
定量分析实验，虽然近三年来没有涉及，但作为化学实验的重要组成，预测2014年高考中可能会在物质制备的基础上对物质进行定量检测。化学反应条件的控制多在探究性实验中出现，创造不同的条件进行实验，并进行分析评价，是实验化学考查的趋势。
Hold住考向
名师揭秘
1．判断下列说法的正误
(1)在“镀锌铁皮的镀层厚度的测定”实验中，将镀锌铁皮放入稀硫酸，待产生氢气的速率突然减小，可以判断锌镀层已反应完全 (　　)
(2012·浙江，8A)
(2)变色硅胶干燥剂含有CoCl2，干燥剂呈蓝色时，表示不具有吸水干燥功能 (　　)
(2011·浙江，8A)
(3)“中和滴定”实验中，容量瓶和锥形瓶用蒸馏水洗净后即可使用，滴定管和移液管用蒸馏水洗净后，须经干燥或润洗后方可使用 (　　)
(2011·浙江，8C)
(4)用盐酸标准溶液滴定待测的氢氧化钠溶液时，水洗后的酸式滴定管未经标准液润洗，则测定结果偏低 (　　)
(2009·浙江，13D)
解析　(1)Zn比Fe活泼，与H＋反应时Zn比Fe反应快，且Zn与Fe构成原电池，使Zn反应更快，所以当Zn反应完时，产生氢气的速率会明显变慢，正确；(2)变色硅胶含有CoCl2，无水CoCl2为蓝色，因此蓝色表示具有吸水干燥功能，错误；(3)中和滴定时容量瓶和锥形瓶洗涤后无需干燥或用溶液润洗，但滴定管或移液管洗涤后必须干燥或润洗，否则盛装的溶液会被稀释，正确；(4)未润洗酸式滴定管，相当稀释了盐酸，所用标准盐酸的体积增大，则计算出的NaOH溶液浓度偏大，错误。
答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×
2．(2010·江苏化学，21B)对硝基甲苯是医药、染料等工业的一种重要有机中间体，它常以浓硝酸为硝化剂，浓硫酸为催化剂，通过甲苯的硝化反应制备。
一种新的制备对硝基甲苯的实验方法是：以发烟硝酸为硝化剂，固体NaHSO4为催化剂(可循环使用)，在CCl4溶剂中，加入乙酸酐(有脱水作用)，45 ℃反应1 h。反应结束后，过滤，滤液分别用5% NaHCO3溶液、水洗至中性，再经分离提纯得到对硝基甲苯。
(1)上述实验中过滤的目的是_________________________。
(2)滤液在分液漏斗中洗涤静置后，有机层处于________层(填“上”或“下”)；放液时，若发现液体流不下来，其可能原因除分液漏斗活塞堵塞外，还有________________________
__________________________________________________。
(3)下列给出了催化剂种类及用量对甲苯硝化反应影响的实验结果。
①NaHSO4催化制备对硝基甲苯时，催化剂与甲苯的最佳物质的量之比为________。
②由甲苯硝化得到的各种产物的含量可知，甲苯硝化反应的特点是__________________________________________。
③与浓硫酸催化甲苯硝化相比，NaHSO4催化甲苯硝化的优点有________________、________________。
解析　(1)由题给信息NaHSO4为固体催化剂，且可循环使用，故过滤可回收NaHSO4。(2)反应在比水重的CCl4中进行，所以有机层在分液漏斗下层。放液时，若发现液体流不下来，则还可能是分液漏斗上口活塞未打开。
(3)①由表中数据可知，当催化剂NaHSO4与甲苯的物质的量之比为0.32时，对硝基甲苯的质量分数最高(47.9%)；②由表中数据可知，甲苯硝化主要得到对硝基甲苯和邻硝基甲苯，而间硝基甲苯含量很低；③与用浓硫酸催化甲苯硝化相比，NaHSO4催化甲苯硝化具有产物中对硝基甲苯比例高，催化剂用量少且能循环使用等优点。
答案　(1)回收NaHSO4
(2)下　分液漏斗上口塞子未打开
(3)①0.32　②甲苯硝化主要得到对硝基甲苯和邻硝基甲苯　③在硝化产物中对硝基甲苯比例高　催化剂用量少且能循环使用(凡合理答案均可)
3．(2011·江苏，21B)草酸是一种重要的化工产品。实验室用硝酸氧化淀粉水解液制备草酸的装置如图所示(加热、搅拌和仪器固定装置均已略去)实验过程如下：
①将一定量的淀粉水解液加入三颈瓶中。
②控制反应液温度在55～60 ℃条件下，边搅拌边缓慢滴加一定量含有适量催化剂的混酸(65% HNO3与98% H2SO4的质量比为2∶1.5)溶液。
③反应3 h左右，冷却，抽滤后再重结晶得草酸晶体。硝酸氧化淀粉水解液过程中可发生下列反应：
C6H12O6＋12HNO3―→3H2C2O4＋9NO2↑＋3NO↑＋9H2O
C6H12O6＋8HNO3―→6CO2↑＋8NO↑＋10H2O
3H2C2O4＋2HNO3―→6CO2↑＋2NO↑＋4H2O
(1)检验淀粉是否水解完全所需用的试剂为________。
(2)实验中若混酸滴加过快，将导致草酸产率下降，其原因是____________________________________________。
(3)装置C用于尾气吸