中考實驗數據分析與處理題的分類與解析

董 海

（江蘇教育學院附屬高級中學 江蘇 南京 210036）

實驗數據的分析與處理題主要是通過對實驗測出的數據（通常是質量或體積）進行計算與分析，解決此類問題關鍵在于明確實驗數據與相關物質（或元素）質量之間的關系，這種關系一般是通過分析化學方程式而得出，然后依據質量守恒定律、化學方程式、化學式或溶質質量分數進行有關計算即可。

一、測定純凈物的組成（元素及其含量或化學式）

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

【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

【實驗】

【結論】猜想_______正確（選填“一”或“二”）。

【反思】有機物A中所含元素的質量比為_______。

答案：【結論】二 【反思】m（C）∶m（H）∶m（O）=12∶3∶16

【方法提煉】通過實驗測定純凈物中元素的質量比（或混合物中元素含量），關鍵在于找出元素的質量和可測定質量之間的定量關系，這種關系一般通過分析化學方程式及實驗中測出的質量（或體積）的數據，并結合質量守恒定律加以計算而得出。

二、混合物中成分含量的測定

【例2】（2005年湖南初中競賽）根據下列所給出的藥品、實驗裝置和實驗中可測得的數據，設計實驗來粗略測定由銅和鋅兩種金屬組成的合金ag中鋅的質量分數（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。

在實驗中可測得的數據：充分反應后，生成氫氣的體積為bL（在此條件下，2.0g H2的體積是22.4L），反應前儀器和藥品的質量為cg，充分反應后剩余固體的質量為dg，充分反應后儀器和藥品的質量為eg。請你設計三個方案填入下表中：

選用藥品的名稱（1）選用的實驗裝置及組裝時接口的連接順序（2） 需測得的選用的實驗裝置序號組裝時接口編號的連接順序（如不需要組裝，則不填）實驗數據（從上述可測得的數據中選取）（3）合金中鋅的質量分數的計算式（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，依據題意應選用稀硫酸。方案一、二：鋅與稀硫酸反應生成氫氣，銅不反應，因此測出氫氣的體積（質量）即可求出鋅的質量。氫氣的體積可通過FE來測量，即排開水的體積；另外根據質量守恒定律，氫氣的質量為反應前后儀器和藥品的質量之差。方案三：Zn與稀硫酸反應生成溶于水的硫酸鋅而銅不反應且不溶于水，故反應后剩余固體的質量即濾渣銅的質量，用合金質量減去銅的質量即為鋅的質量。答案：

?

【方法提煉】求混合物中某種純凈物的質量分數，一般思路為加入一種試劑與其中的一種物質發生反應，如果生成氣體，氣體則用排水法測其體積，或用試劑吸收測其增重，或直接測出反應物的減輕。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生成沉淀，然后測出沉淀質量；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，然后仍然測出沉淀質量；最后一般均是通過化學方程式計算來求出。若涉及多個反應，要通過分析反應得出始態與終態物質，然后把題中所給數據與反應中的物質對應起來，找出它們之間的關系，最后根據化學方程式或化學式計算即可。

三、反應物或生成物的推斷

【例3】（2006年江蘇初中競賽）某化學興趣小組的學生研究過量的炭粉與Fe2O3在高溫條件下反應的氣體產物成分。探究過程如下：

（1）提出假設：氣體產物全部是CO2。

（2）查閱資料：a.氮氣不能與炭粉及Fe2O3反應。

（3）設計方案：將一定量氧化鐵在隔絕空氣的環境下與過量炭粉充分反應。用實驗中實際測得產生氣體的質量，與理論計算得到的CO2的質量進行比較。

（4）實驗裝置：如下圖所示。

（5）實驗操作：

①稱量：反應前Fe2O3的質量3.20g；炭粉的質量2.00g；玻璃管C的質量48.48g。反應后玻璃管與殘留固體共52.24g。

②加熱前先通一段時間氮氣，再夾緊彈簧夾T，點燃酒精噴燈加熱。

（6）問題分析：

①用酒精噴燈而不用酒精燈的目的是_______。

②加熱前先通一段時間氮氣的目的是_______。

③理論計算：若氧化鐵與炭粉反應的氣體產物全部是CO2，求3.20g氧化鐵完全反應時生成CO2的質量。

④根據實驗數據計算實驗中實際獲得氣體的質量。

（7）結論：（要求簡述獲得結論的理由）

答案：（略）

【方法提煉】此類題的解決方法一般是根據相關物質的化學性質定性確定一種反應物（或產物），然后先依據此物質進行相關計算，所得結果與題中數據進行比較（一般采用平均值法或者極值法），從而確定反應物或產物的可能情況。

四、定量測定實驗中的結果討論與誤差分析

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

（1）工業上用天然氣和水蒸氣在高溫條件下發生反應，得到CO和H2，該反應的化學方程式為_________，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）某化學興趣小組的同學在實驗室模擬了合成氣的制備，并設計實驗驗證合成氣的還原性。

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

Ⅱ.用合成氣還原足量氧化銅，實驗裝置如下圖所示：

［設計實驗步驟］

①連接好裝置并檢查氣密性。

②裝入藥品，通入一段時間合成氣。

③分別稱量裝置D、E的質量。

④緩緩通入合成氣，加熱裝置C，使其充分反應。

⑤停止加熱，繼續通入合成氣至恢復到室溫。

⑥再次分別稱量裝置D、E的質量。

［完善實驗設計］經過討論同學們認為，裝置E后還應添加一個酒精燈，并在實驗步驟_______（填實驗步驟的序號）中點燃（點燃前應對氣體驗純）。

［進行實驗］該小組的同學按上述步驟進行實驗，并記錄了實驗現象和數據：

裝置D的質量 裝置E的質量反應前 292.4g 198.2g反應后 296.0g 201.5g

①裝置C中出現________色物質。

②稱量數據如右表所示。

［現象分析和數據處理］

①甲同學根據裝置C中的現象，認為是合成氣中的CO和H2還原了CuO。

②乙同學通過對上表數據的分析，推測除了CO和H2以外，制得的合成氣中可能還有未反應的CH4，且CH4也還原了CuO。試通過計算說明他的推測依據。

③丙同學提出，實驗步驟⑤中通入的氣體會帶走裝置E中的部分水蒸氣，使實驗產生誤差。你認為該誤差對乙同學的推測結果是否有影響?______（選填“是”或“否”，并說明理由）。

③如果帶走水蒸氣會使測得的CO2質量偏低，使得碳元素的質量偏小，使碳、氫元素的質量比小于2∶1，而實際測得的生成物中碳、氫元素的質量比已經大于2∶1，所以對推測結果無影響。

答案：（略）

【方法提煉】對于這種結果討論型的數據分析題，要先按不同情況分別進行計算，然后一般利用平均值法或者極值法進行判斷。此類題是關于定量實驗中產生誤差原因的分析，一般可從實驗的原理、方法、操作過程、外界因素等方面對可能產生的誤差進行全面地分析。反應不完全、其他物質（如空氣中的O2、CO2、H2O、N2等）的干擾、溶液中水（或溶質）的揮發、實驗操作不規范、儀器本身精確度低等因素是誤差出現的主要原因。