計算型實驗探究題的分類解析

□江慧

計算型實驗探究題的分類解析

□江慧

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

類型一、以計算物質質量分數為目的的實驗探究題

例1某化學興趣小組的同學對呼吸面具的制氧原理產生好奇心，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，都生成氧氣，反應的化學方程式為：

為了測定呼吸面具中過氧化鈉的質量分數，該小組的同學在老師的指導下，利用如圖1所示裝置（固定裝置已略去）開展探究，并得到正確的結論.

已知，裝置B中盛有飽和NaHCO3溶液（NaHCO3不與CO2反應），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量為mg，裝置D在反應前后的總質量分別為n1g和n2g.若藥品中所含雜質既不溶于水也不參加化學反應，則藥品中過氧化鈉的質量分數=_________.

解析：本題的解題關鍵在于明確實驗設計的原理是D裝置反應前后質量的差值即為固體增加的質量，進而利用其計算出過氧化鈉的質量.

結合實驗原理可具體分析：（1）儀器a是錐形瓶，裝置A的作用是制備二氧化碳；（2）堿石灰能同時吸收水和二氧化碳，導致D中無法與過氧化鈉反應，故不能用裝置E代替裝置C；（3）根據實驗數據，先計算二氧化碳的質量（即C裝置反應前后的差量），再利用二氧化碳的質量計算碳酸鈉的質量，最后計算樣品中過氧化鈉的質量分數.

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

點撥：一般數據型實驗題中，題干給出反應前后裝置質量的，一定要聯系化學方程式想到是哪兩種或幾種物質的差值.往往這些考題中，差量不是一種具體的物質的質量而是某元素的質量（如例題所示），所以同學們在分析解答時要特別注意仔細審題.

類型二、以推斷物質組成或驗證物質組成元素的質量比為目的的實驗探究題

例2某化學興趣小組完成了如圖2所示的化學實驗（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，質量為50.7g，裝有堿石灰的干燥管質量為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，點燃酒精燈；

Ⅲ.待D中發生反應，熄滅酒精燈，冷卻；

Ⅳ.稱量試管D及剩余固體質量為50.1g，裝置C的質量為114.5g.

圖2

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

（1）裝置A中發生反應的化學方程式為______________，該反應屬于______________反應.

（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）根據實驗數據計算參加反應的氧氣質量為______________（列式并計算結果）；從而計算出二氧化碳中碳、氧元素質量之比為______________.

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

點撥：根據熟悉的反應推測反應后生成的物質（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過的化學方程式中的物質那么簡單.然后要充分考慮給出的數據，這些數據一般可以通過不同計算方式算出兩個不一樣的結果，根據反應物的性質特點，推測還可能有什么其他生成物.常見考查內容之一就是碳還原氧化物時碳過量，生成物就有可能是一氧化碳和二氧化碳的混合物.

類型三、以推算化學式中的系數以及誤差分析為目的的實驗探究題

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

某化學興趣小組的同學利用該信息以及所學的知識設計并開展實驗，測定草酸晶體中結晶水的質量分數.（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的質量，排盡注射器中的空氣，連接裝置；

Ⅱ.取質量為m的草酸晶體，加熱至完全分解，將產物全部通入以上裝置；

Ⅲ.測量并記錄裝置A增加的質量為a，裝置B增加的質量為b，裝置C讀數為V；

Ⅳ.甲、乙、丙3位同學分別利用裝置A、B、C所得數據計算該草酸晶體中結晶水的質量分數.

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）乙同學對利用裝置B測量結果計算的可靠性進行反思與評價，認為反應后裝置A中殘留的氣體會使自己的計算結果______________（填“偏小”或“偏大”）.

（3）甲同學依據裝置A測量結果計算結晶水的質量分數為______________（用代數式表示）.

解析：解答本題的關鍵是根據實驗原理，分別利用裝置A、B、C來測定水、二氧化碳的質量及一氧化碳的體積，然后進行計算分析.

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質量減少，根據代數式可知x偏大.

答案：（1）濃硫酸；吸收CO2并測定其質量；CO（2）偏大（3）100%

點撥：解答這類試題其實難度不大，首先根據實驗目的分析清楚每套實驗裝置的作用，明確每個數據對應的是哪種物質的質量，然后依據化學方程式進行計算就可以了，關鍵是用字母代入進行計算時要格外細心.