Question

某化学小组四位同学欲测定铜锌合金中锌的质量分数，探究过程如下：
【提出问题】测定铜锌合金中锌的质量分数
【设计实验】其中三位同学欲利用如图所示装置（图中固定装置已略去）．
①连接实验装置并检查装置气密性．
②向装置I中的锥形瓶加入2.0g的铜锌合金样品粉末，由注射缓缓注入稀硫酸，待到锥形瓶中不再产生气体时，准确读取注射器内度数，减少10.5mL稀硫酸，同时立即夹紧弹簧夹，移出装置Ⅲ中的导管，准确读取量筒内水的体积为214.0mL．（注：样品中的杂质不参加反应）
③装置Ⅰ中剩余固体物质经过适当处理后，准确称量其质量1.4g．
④该小组的三位同学利用实验装置过程测得不同数据，计算铜锌合金样品中锌的质量分数．
甲同学利用装置Ⅰ中反应前后固体的质量进行计算；
乙同学利用装置Ⅰ中加入稀硫酸的量进行计算；
丙同学利用装置Ⅲ中量取水的体积进行计算，并查得：在标准状况下，氢气的密度为0.09g/L．
回答下列问题：
（1）步骤②加入稀硫酸至不再产生气体，目的是

 

．
（2）步骤③中称量剩余固体之前的正确操作是过滤、

 

、干燥．
【反思评价】
（3）在步骤③中适当处理，如不干燥，则计算出合金中锌的质量分数将

 

（填“偏大”、“偏小”或“不受影响”）
（4）根据实验测定的数据，上述三位同学乙同学无法进行计算样品中锌的质量分数的原因，是缺少稀硫酸中

 

的数据．
【拓展探究】
（5）化学小组同学发现：按照丙同学的方案进行计算，致使实验结果出现较大偏差．以下因素可能造成偏差的有

 

（填标号）．
①由于锌和稀硫酸反应放热
②移出装置Ⅲ时，导管内留存了一部分水
③实验测量前，没有排除装置Ⅰ中的空气
④数据处理时，未排除加入稀硫酸所占的体积．
【实践运用】
（6）丁同学改进方法：将6.8g铜锌样品粉末加入烧杯中，缓缓注入50.0g稀硫酸，恰好完全反应后，秤得烧杯内物质的总质量为56.6g．式计算：
①生成氢气的质量

 

g．
②6.8g铜锌合金中锌的质量分数．
③所用稀硫酸中溶质质量分数．

Answer 1

考点：实验探究物质的组成成分以及含量,有关溶质质量分数的简单计算,金属的化学性质,根据化学反应方程式的计算

专题：科学探究

分析：（1）为了使锌完全反应，步骤②加入稀硫酸应该至不再产生气体为止；
（2）步骤③中称量剩余固体之前的正确操作是过滤、洗涤、干燥；
（3）在步骤③中适当处理，如不干燥，则会导致计算出的锌的质量偏小，从而导致计算出合金中锌的质量分数偏小；
（4）只有知道稀硫酸的体积、密度和硫酸的质量分数才能够计算锌的质量，进一步才能够计算锌的质量分数；
（5）如果操作不当，或分析不全面，会影响实验结果，甚至会导致实验失败；
（6）反应前后的质量差即为反应生成氢气的质量，根据氢气的质量可以计算锌和硫酸的质量，进一步可以计算铜锌合金中锌的质量分数和所用稀硫酸中溶质质量分数．

解答：解：（1）步骤②加入稀硫酸至不再产生气体，目的是使锌完全反应．
故填：使锌完全反应．
（2）步骤③中称量剩余固体之前的正确操作是过滤、洗涤、干燥．
故填：洗涤．
（3）在步骤③中适当处理，如不干燥，则会导致计算的锌的质量偏小，从而导致计算出合金中锌的质量分数偏小．
故填：偏小．
（4）乙同学无法进行计算样品中锌的质量分数的原因，是缺少稀硫酸中密度和质量分数的数据．
故填：密度和质量分数．
（5）化学小组同学发现：按照丙同学的方案进行计算，致使实验结果出现较大偏差．以下因素可能造成偏差的有 ①②④（填标号）．
①由于锌和稀硫酸反应放热，会导致空气受热膨胀，一部分空气会进入Ⅱ中，从而导致计算出的氢气质量偏大，进一步导致计算的锌的质量偏大，从而导致计算出的锌的质量分数偏大；
②移出装置Ⅲ时，导管内留存了一部分水，会导致计算出的氢气质量偏小，进一步导致计算的锌的质量偏小，从而导致计算出的锌的质量分数偏小；
③实验测量前，没有排除装置Ⅰ中的空气，正好使计算的结果正确，即不影响实验结果；
④数据处理时，未排除加入稀硫酸所占的体积，会导致计算出的氢气质量偏大，进一步导致计算的锌的质量偏大，从而导致计算出的锌的质量分数偏大．
故填：①②④．
（6）①生成氢气的质量为：6.8g+50.0g-56.6g=0.2g．
故填：0.2．
②设锌的质量为x，硫酸的质量为y，
 Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑，
 65   98          2
 x    y          0.2g

65

x

=

98

y

=

2

0.2g

，
x=6.5g，y=9.8g，
6.8g铜锌合金中锌的质量分数为：

6.5g

6.8g

×100%=95.6%，
答：6.8g铜锌合金中锌的质量分数为95.6%．
③所用稀硫酸中溶质质量分数为：

9.8g

50.0g

×100%=19.6%，
答：所用稀硫酸中溶质质量分数为19.6%．

点评：合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．