例析物質的定量分析

浙江 俞真蓉

1.前言

定量分析在科學研究中的重要性是不言而喻的。在化學研究中，我們不僅需要知道化學物質的組成元素、組成成分，而且需要知道某物質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據測定→數據分析處理及結果的表示。

在生產和科研中只有準確、可靠的分析結果才具有實際應用價值，否則將導致生產或科研方面產生重大損失、資源嚴重浪費等不良后果。因此，物質的定量分析是新高考化學實驗的熱點和難點，考查學生對所學知識進行分析、類推、計算化學問題的能力，物質的定量分析同時滲透化學反應原理方面知識。它充分體現“源于教材又不拘泥于教材”的命題指導思想，在一定程度上考查學生的創新思維能力，有利于高校選拔人才。本文總結了五種常考物質的定量分析題型，并提出相應的解題模板，幫助學生提高此考點的解題能力。

2.解題模板

“物質的定量分析”選題背景與實際問題緊密結合，把物質的性質、實驗操作與化學計算有機融合，突出了化學計算的本質，體現化學學科對計算的要求，基于教學實踐并結合“物質的定量分析”涉及的相關化學知識和原理，總結出如下解題模板：

第一步，分析題給實驗情境，明確實驗反應原理，寫出相關化學方程式(或離子方程式)并配平(可能只有一個反應，也可能是多個相關反應)；第二步，分析已知物和所求物之間存在的定量關系(可能是直接關系，也可能是間接關系)；第三步，代入題給數據，進行定量計算，得出結論。

3.分類例析

考向1：滴定法

酸堿中和滴定是高中化學重要的定量實驗，既是學習的重點和難點，又是高考化學的熱點。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·節選)水中溶氧量(DO)是衡量水體自凈能力的一個指標，通常用每升水中溶解氧分子的質量表示，單位mg/L，我國《地表水環境質量標準》規定，生活飲用水源的DO不能低于5 mg/L。某化學小組同學設計了下列裝置(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①完全。

d.攪拌并向燒瓶中加入2 mL硫酸無氧溶液至反應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溶液進行滴定，記錄數據。

f.……

g.處理數據(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)。作為飲用水源，此次測得DO是否達標：________(填“是”或“否”)。

【答案】9.0；是

【案例2】(2016·浙江·29節選)無水MgBr2可用作催化劑。實驗室采用鎂屑與液溴為原料制備無水MgBr2，裝置如圖：

測定時，先稱取0.250 0 g無水MgBr2產品，溶解后，用0.050 0 mol·L-1的EDTA標準溶液滴定至終點，消耗EDTA標準溶液26.50 mL，則測得無水MgBr2產品的純度是________(以質量分數表示)。

【答案】97.52%

考向2：重量法

熱重分析法，即物質在一定溫度作用下，隨溫度的升高，會產生相應的變化，如水分蒸發、失去結晶水、小分子易揮發物的逸出、物質的分解氧化等，然后利用差量法計算某一成分質量。

【案例3】(2017·全國卷Ⅲ·26節選)綠礬是含有一定量結晶水的硫酸亞鐵，在工農業生產中具有重要的用途。某化學興趣小組對綠礬的一些性質進行探究。回答下列問題：

為測定綠礬中結晶水含量，將石英玻璃管(帶兩端開關K1和K2)(設為裝置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行實驗。

實驗過程：打開K1和K2，緩緩通入N2→點燃酒精燈，加熱→熄滅酒精燈→關閉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。

根據實驗記錄，計算綠礬化學式中結晶水數目x=________(列式表示)。

考向3：沉淀法

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

【案例4】(2016·浙江金華模擬·節選)某校化學興趣小組的同學開展測定Na2SO3和NaCl的固體混合物中Na2SO3的質量分數實驗，操作流程如下：

根據操作流程中的數據計算Na2SO3的質量分數：________。

考向4：氣體法

氣體法，即通過反應產生氣體的體積或質量來計算某一成分的物質的量或質量，從而得到物質的純度。

【案例5】為了測定已部分變質的過氧化鈉樣品的純度，設計如圖所示的實驗裝置，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。

實驗結束時，量筒Ⅰ中有xmL水，量筒Ⅱ中收集到ymL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準狀況)。

考向5：分光光度法

在分光光度計中，將不同波長的光連續地照射到一定濃度的樣品溶液時，便可得到與不同波長相對應的吸收強度。如以波長(λ)為橫坐標，吸收強度(A)為縱坐標，就可繪出該物質的吸收光譜曲線。利用該曲線進行物質定性、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的方法，稱為紫外分光光度法；用可見光光源測定有色物質的方法，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。

準確稱取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產品的純度是________(以質量分數表示)。

【答案】92.51%

3.思考

從上述案例可以看出，雖然物質的定量分析類型較多，實驗涉及的原理不盡相同，但總的解題策略是不變的，即在定性實驗的基礎上研究量的關系，根據實驗反應原理和記錄的數據，通過分析、計算、推理等確定有關樣品含量。