特色训练11 化学实验数据的分析、处理 1．(2022·西安阶段检测)某化学兴趣小组用如图装置进行“市售锌粒和硫酸反应制取氢气的条件选择”的探究：当B中的化学反应趋于平稳后，每间隔一分钟收集一次氢气。不同条件下，每分钟收集到氢气的体积如下表：实验序号硫酸浓度饱和硫酸铜溶液体积/mLB中反应达到平稳的时间/min第1分钟收集氢气体积/mL第2分钟收集氢气体积/mL第3分钟收集氢气体积/mL…120%05.46.111.913.7…220%0.52.523.932.133.5…330%0.51.160.789.990.1…4a%3.00.855.766.061.4…请回答：(1)关闭K2、打开K1，观察到________，说明B中反应达到平稳。(2)实验1、2是对比实验，分析上表，说明该对比实验的目的是________________________________________________________________________。(3)细口瓶C的容积为V(mL)，为了使加入的锌(质量bg)不浪费，在C中还留有的水时，则V＝________[与b的代数关系式，气体摩尔体积是Vm(mL·mol－1)]。(4)实验4是探究饱和硫酸铜溶液的体积对实验的影响，a值应为________(填选项)。A．20B．30C．27D．40(5)分析上表，市售锌粒和硫酸反应制取氢气的条件应该选择实验________(填实验序号)。(6)从实验后的废液中回收皓矾(ZnSO4·7H2O)所需的实验操作步骤是________、蒸发浓缩、________、过滤、洗涤、晾干。(7)查资料得知：Cu＋＋Cl－==8\n=CuCl↓。湿法冶锌工艺中，硫酸锌溶液中常含有少量的氯离子，往其中加硫酸铜溶液和金属锌，可除去氯离子，其离子反应方程式是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析 (1)装置B中硫酸与锌反应制备氢气，关闭K2，打开K1，则生成的氢气进入装置A中，当烧杯中逸出的气泡均匀时表明B中生成氢气的反应达到平稳。(3)Zn与硫酸反应制备氢气的化学方程式中，Zn和H2的系数相同，故bg÷65g·mol－1＝V÷Vm，即V＝。(4)对比实验2、实验3和实验4的第1分钟、第2分钟、第3分钟收集的气体体积，相同时间内实验4收集的气体比实验2多，但比实验3少。为了测定饱和硫酸铜溶液的体积对实验的影响，需要固定硫酸的浓度，该硫酸浓度应为30%。(5)实验3反应速率最大，故应该选择实验3的条件。(6)反应后的废液中往往含有不溶解的物质，故先过滤，除去不溶物，然后蒸发浓缩、冷却结晶，再过滤、洗涤、晾干即得皓矾。答案 (1)A中均匀(或连续)地冒出气泡(2)探究滴加0.5mL的饱和硫酸铜溶液对生成氢气速率的影响(或其他合理答案)(3)(或0.025bVm,0.0256bVm)(4)B (5)3 (6)过滤 冷却结晶(7)Zn＋2Cu2＋＋2Cl－===2CuCl↓＋Zn2＋2．(2022·安庆质检)为测定草酸晶体(H2C2O4·xH2O)的组成(即x的值)进行下述实验：A．称取mg纯草酸晶体，将其配成100.00mL溶液作为待测液B．取25.00mL待测液置于锥形瓶中，用浓度为amol·L－1的酸性KMnO4溶液滴定，有关反应：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O(1)用酸性KMnO4溶液进行滴定时，酸性KMnO4溶液应装在________式滴定管中。(2)滴定时边滴边摇动锥形瓶，眼睛应注视观察________，滴定终点时的现象变化为_________________________________________________。(3)下面是某同学四次实验结果的记录情况 滴定次数实验数据 1234V(样品)/mL25.0025.0025.0025.00V(KMnO4)/mL(初读数)0.000.200.100.00V(KMnO4)/mL(终读数)15.9515.2015.1214.98V(KMnO4)/mL(消耗)15.9515.0015.0214.988\n该同学在处理数据过程中计算得：V(KMnO4)(平均消耗)＝×(15.95＋15.00＋15.02＋14.98)mL＝15.24mL。试分析他的计算是否合理________(填“否”或“是”)，如果不合理请说明理由________________________________________________________________________。由上述合适的数据计算出的草酸溶液的物质的量浓度为________，由此计算出草酸晶体中结晶水x的值为________。解析 (1)KMnO4溶液有强氧化性，能腐蚀橡胶管，故应使用酸式滴定管盛放。(2)正确地确定滴定终点是实验是否成功的关键，因此眼睛应注视锥形瓶中溶液颜色的变化；当溶液由无色变成浅紫红色并在30s内无变化，表明滴定达到终点。(3)观察所给数据知，滴定等量待测溶液时，第一组实验中消耗的酸性KMnO4溶液的体积比另外三组的误差大，因此第一组数据不可靠，应舍去。由化学方程式可得关系式：2KMnO4 ～ 5H2C2O42 515．00×10－3a 3.75×10－2ac＝3.75×10－2a÷0.025＝1.5a(mol·L－1)，＝0.1×1.5a，得：x＝－5。答案 (1)酸 (2)锥形瓶内溶液颜色的变化 溶液由无色变成浅紫红色，并在30s内无变化 (3)否 第一组实验中消耗的酸性KMnO4溶液的体积比另外三组的误差大，因此第一组数据不可靠，应舍去 1.5amol·L－1 －53．(2022·豫东名校联考)氧化铜是一种黑色粉末，可作玻璃和瓷器着色剂、油类的脱硫剂、有机合成的催化剂。为获得纯净的氧化铜以探究其性质，某化学兴趣小组利用废旧印刷电路板获得氧化铜，实现资源再生，并减少污染。(1)获得硫酸铜该小组同学利用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜，从而获得硫酸铜(含有硫酸铁杂质)。写出该反应的化学方程式：__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)制备氧化铜粗CuSO4溶液纯CuSO4溶液CuSO4·5H2O―→……―→CuO已知：pH≥6.4时Cu(OH)2沉淀完全，而在pH＝3～4时Fe(OH)3即能完全沉淀。8\n①步骤Ⅰ的目的是除硫酸铁，操作是：慢慢加入下列某些物质，搅拌，以控制pH＝3.5；加热煮沸一段时间，过滤，用稀硫酸酸化滤液至pH＝1。下列物质有利于控制溶液pH＝3.5的是________。 A．Cu2(OH)2CO3粉末B．Fe2O3粉末C．Cu(OH)2固体D．NaOH固体②步骤Ⅱ的目的是得到CuSO4·5H2O固体，操作是________、过滤、水浴加热烘干。水浴加热的特点是________________________________________________________________________。(3)探究氧化铜的性质探究氧化铜是否能加快氯酸钾的分解并与二氧化锰的催化效果进行比较。用如图装置进行实验，实验时均以收集25mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略，相关数据见下表：实验序号ⅠⅡⅢKClO3质量1.2g1.2g1.2g其他物质质量无其他物质CuO0.5gMnO20.5g待测数据回答下列问题：①上述实验中的“待测数据”指________________________________________________________________________。②若要证明实验Ⅱ中干燥管内收集的气体是O2，可待气体收集结束后，用弹簧夹夹住B中乳胶管，拔掉干燥管上单孔橡皮塞，________________________________________________________________________。③为探究CuO在实验Ⅱ中是否起催化作用，需补做如下实验(无需写出具体操作)：a．________________________________________________________________________，b．CuO的化学性质有没有改变。解析 (1)根据题中信息，利用H2O2和H2SO48\n的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜，得到硫酸铜，可以写出化学方程式。(2)制备氧化铜的工艺是利用硫酸铜制取氢氧化铜，但是由于存在杂质，所以涉及提纯，根据提纯时不增加新杂质的原则，可以选择Cu2(OH)2CO3粉末或Cu(OH)2固体。因为获得的是含有结晶水的物质，所以不能采用直接蒸干法获得固体，应采用蒸发浓缩，再冷却结晶的方法。水浴加热的目的是便于控制温度，防止温度过高造成CuSO4·5H2O失水。(3)探究CuO的催化效果的方法是测定产生气体的速率，所以需要测定时间；催化剂的特性是反应前后质量和化学性质不发生变化，所以需要再测定反应前后的质量。答案 (1)Cu＋H2O2＋H2SO4===CuSO4＋2H2O(2)①AC ②蒸发浓缩、冷却结晶 便于控制温度，防止温度过高造成CuSO4·5H2O失水(3)①收集25mL气体所需的时间 ②取一根带火星的木条，伸入干燥管内，看木条是否复燃 ③CuO的质量有没有改变4．(2022·吉林一模)目前流行的关于生命起源假设的理论认为，生命起源于约40亿年前的古洋底的热液环境，这种环境系统中普遍存在铁硫簇结构，如Fe2S2、Fe4S4、Fe8S7等，这些铁硫簇结构参与了生命起源的相关反应。某化学兴趣小组在研究某铁硫簇结构的组成时，设计了下列实验。【实验Ⅰ】 确定硫的质量：按图连接装置，检查好装置的气密性后，在硬质玻璃管A中放入1.0g铁硫簇结构(含有部分不反应的杂质)，在试管B中加入50mL0.100mol·L－1的酸性KMnO4溶液，在试管C中加入品红溶液。通入空气并加热，发现固体逐渐转变为红棕色。待固体完全转化后，将B中溶液转移至250mL容量瓶，洗涤试管B后定容。取25.00mL该溶液用0.01mol·L－1的草酸(H2C2O4)溶液滴定剩余的KMnO4。记录数据如下：滴定次数待测溶液体积/mL草酸溶液体积/mL滴定前刻度滴定后刻度125.001.5023.70225.001.0226.03325.000.0024.998\n相关反应：①2MnO＋2H2O＋5SO2===2Mn2＋＋5SO＋4H＋②2MnO＋6H＋＋5H2C2O4===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O【实验Ⅱ】 确定铁的质量：将实验Ⅰ硬质玻璃管A中的残留固体加入稀盐酸中，充分搅拌后过滤，在滤液中加入足量的NaOH溶液，过滤后取滤渣，经充分灼烧得0.6g固体。试回答下列问题：(1)判断滴定终点的方法是________________________________________________________________________。(2)试管C中品红溶液的作用是________________________________________________________________________。有同学提出，撤去C装置对实验没有影响，你的看法是________(选填“同意”或“不同意”)，理由是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)根据实验Ⅰ和实验Ⅱ中的数据可确定该铁硫簇结构的化学式为________________________________________________________________________。【问题探究】 滴定过程中，细心的小明发现该KMnO4溶液颜色褪去的速率较平常滴定时要快得多。为研究速率加快的原因，小明继续进行了下列实验，实验数据如下表：编号温度/℃酸化的H2C2O4溶液/mLKMnO4溶液/mL溶液褪色时间/s1255.02.0402255.0(另加少量可溶于水的MnSO4粉末)2.043605.02.025(4)分析上述数据，滴定过程中反应速率较快的一种可能原因是________________________________________________________________________。解析 (3)第1次滴定时H2C2O4溶液体积误差较大，舍去，第2、3次取平均值，V(H2C2O4)＝25.00mL。与H2C2O4反应的KMnO4的物质的量为0.01mol·L－1×0.025L×＝0.0001mol，与SO2反应的KMnO4的物质的量为0.05L×0.100mol·L－1－10×0.0001mol＝0.004mol，n(SO2)＝0.004mol×＝0.01mol，n(S)＝0.01mol；0.6g固体为Fe2O3，n(Fe)＝×2mol＝0.0075mol，＝＝8\n，所以该铁硫簇结构的化学式为Fe3S4。(4)对比实验1、2知，Mn2＋可使反应速率加快；对比实验1、3知，温度升高，反应速率加快。答案 (1)当滴入最后一滴草酸溶液时，锥形瓶中溶液由浅紫红色变为无色，且半分钟内不变化(2)验证SO2是否被酸性KMnO4溶液完全吸收同意 当B中溶液不褪色，即可证明SO2已被酸性KMnO4溶液完全吸收(3)Fe3S4(4)生成的Mn2＋对反应起到催化作用(或反应放热使温度升高)，加快反应速率5．氧化剂H2O2在反应时不产生污染物被称为绿色氧化剂，因而受到人们越来越多的关注。Ⅰ.某实验小组以H2O2分解为例，探究浓度、催化剂、溶液酸碱性对反应速率的影响。在常温下按照如表所示的方案完成实验。实验编号反应物催化剂①10mL2%H2O2溶液无②10mL5%H2O2溶液无③10mL5%H2O2溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液④10mL5%H2O2溶液＋少量盐酸1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液⑤10mL5%H2O2溶液＋少量NaOH溶液1mL0.1mol·L－1FeCl3溶液(1)实验①和②的目的是____________________________________________。同学们进行实验时没有观察到明显现象而无法得出结论。资料显示，通常条件下H2O2稳定，不易分解。为了达到实验目的，你对原实验方案的改进方法是________________________________________________________(填一种即可)。(2)实验③④⑤中，测得生成氧气的体积随时间变化的关系如图所示。分析该图能够得出的实验结论是______________________________________。Ⅱ.资料显示，某些金属离子对H2O2的分解起催化作用。为比较Fe3＋和Cu2＋对H2O2分解的催化效果，该实验小组的同学设计了如图所示的实验装置进行实验。8\n(1)某同学通过测定O2的体积来比较H2O2的分解速率快慢，实验时可以通过测量__________或__________来比较。(2)0.1gMnO2粉末加入50mLH2O2溶液中，在标准状况下放出气体的体积和时间的关系如图所示。解释反应速率变化的原因：______________________________________。计算H2O2的初始物质的量浓度为________。(保留两位有效数字)解析 Ⅰ.(1)实验①和②的不同点是反应物的浓度不同，故这两个实验是在探究浓度对反应速率的影响；为了加快双氧水在常温下的分解，可以向反应物中加入等量同种催化剂，也可以将盛有反应物的试管放入同一热水浴中来提高反应速率。(2)实验③是中性环境，实验④是酸性环境、实验⑤是碱性环境。图像中实验⑤的反应速率最快，说明碱性环境能加快H2O2分解的速率；实验④的反应速率最慢，说明酸性环境能减慢H2O2分解的速率。Ⅱ.(1)可以通过测量单位时间内产生O2的体积或生成单位体积O2所需要的时间来衡量H2O2的分解速率；(2)随着反应的进行，H2O2的浓度逐渐减小，反应速率逐渐减慢，到4分钟时H2O2完全分解，标准状况下共产生O260mL，n(O2)≈2.68×10－3mol，n(H2O2)＝2.68×10－3mol×2＝5.36×10－3mol，c(H2O2)＝≈0.11mol·L－1。答案 Ⅰ.(1)探究浓度对反应速率的影响 向反应物中加入等量同种催化剂(或将盛有反应物的试管放入同一热水浴中)(2)碱性环境能增大H2O2分解的速率，酸性环境能减小H2O2分解的速率Ⅱ.(1)单位时间内产生O2的体积 生成单位体积O2所需要的时间 (2)随着反应的进行，浓度减小，反应速率减慢 0.11mol·L－18
