2022年中考化学实验探究新视角-专题二误差分析与控制.docx
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1、专题2 误差分析与控制一、出题点解读来源&:中教%网只要实验数据与理论数据不同,就属于误差分析范畴。误差分析一般分为两类题型来源:zz&st*ep#.com1.有气体参与的反应误差来自于空气:装置内外的空气都有可能是误差的来源来源&:中教*#网 该装置如果从实验安全出发,反应前通入气体是为了防止混合气体加热后发生爆炸 但是从实验数据角度出发,反应前通气体后需要第一时间测定石灰水的质量再点燃喷灯,防止装置内原有的二氧化碳对实验数据造成干扰。 但是上图中实验设计同样有两处缺点:澄清石灰水主要看现象,如果看数据,需要用足量或者过量的澄清石灰水才可以。石灰水右侧应该连接一个盛有碱石灰的干燥管,防止空气
2、中的二氧化碳干扰实验数据 没有尾气处理来源:中国教&育出%版网# 此装置若考察金属冶炼,实验结束后继续通气体目的是防止金属再次被氧化;但是若考察的是金属成分检验,则答案就应该是使产生的二氧化碳全部被石灰水吸收,数据更准确误差来自于气体本身的性质在电解水试验中,氧气的水溶性好于氢气,并且因为氧气性质活泼,所以可能会被电极材料部分消耗。www.z%#z&2.其他可能导致误差的来源 高锰酸钾制取氧气时,温度的范围不同可能导致某些生成物发生分解 利用盐酸测定石灰石中碳酸钙含量时,盐酸的挥发可能导致误差 利用压强传感器测定气压变化时,反应的温度变化会导致误差。(例:金属与酸是放热反应) 欢迎大家继续补充
3、二、精选试题(共11大题)1在“空气中氧气含量的测定”实验探究中,甲同学设计了如下实验方案:在燃烧匙内盛过量红磷,点燃后立即插入集气瓶内,塞紧橡皮塞,待红磷火焰熄灭,集气瓶冷却至室温。打开铁夹,水注入集气瓶。(实验装置如图所示)回答下列问题:(1)通过该实验还能得出氮气的性质有 、 。来%源:中教网(2)若实验操作规范,该实验得出的结论是 。(3)该方法测定的结果偏小的可能原因是 (填序号)。红磷量不足装置气密性不好弹簧夹没有加紧没有冷却到室温某学习小组的同学对甲同学的实验方案开展进一步探究:提出问题可用于“空气中氧气含量测定实验”的药品只能是红磷吗?什么样的药品可以作为该实验的反应物?可
4、用于“空气中氧气含量测定实验”的装置除了课本中提及的,还有其它装置吗?改进装置和药品,能使一些在一般条件下不能用于测定空气含量的物质也能测定氧气的含量吗?作出猜想猜想1一定还可用其它的物质测定空气中氧气含量,如镁条。来源:z#zstep&.%com猜想2可用于“空气中氧气含量测定实验”的装置不止这一种,但都须满足一定的条件。査阅资料刘小源同学査阅资料获知:来源:z&zste*p#.com(1)“镁在空气中燃烧不仅与氧气反应,还与氮气和二氧化碳反应”;(2)铁丝在潮湿的空气中会生锈;(3)“引火铁”(极细的铁粉)是一种准纳米材料,这种铁粉具有很髙的反应活性,它在空气中受热很容易燃烧;(4)白磷与
5、红磷的化学性质有相似之处,白磷在40左右便能燃烧,红磷在240才能燃烧。(分析论证)刘小源同学觉得如果用蜡烛、硫粉、木炭在空气中燃烧做此实验将产生很大误差,理由是 。李雨欣同学觉得用铁丝也不行,理由是 。根据刘小源同学査阅的资料,若用镁条代替红磷,测得的氧气的体积含暈应该_(填“大于”或“小于”“等于”)空气体积的1/5。(得出结论)根据刘小源同学査阅的资料及上述分析,请归纳:在测定空气中氧气含量的实验中,应考虑所用药品和生成物应满足以下的条件: 。(反思改进)李雨欣同学根据査阅到的不同装置,结合刘小源同学査阅的资料与分析,设计了如下实验方案(包括装置及药品);其中,不适宜在较短时间内测得空气
6、中氧气含量的一种方案是_(填字母序号),理由 。在其余的五种实验方案中,有一个装置可能因为受热不均导致装置损坏或气体外逸,该装置是_(填字母序号)。其余改进方案共同的优点是:_ _。【答案】 (1) 不燃烧、不支持燃烧 难溶于水 (2) 空气中的氧气约占空气体积的1/5 (3) 査阅资料 (4) 燃烧产物为气态,无法产生压强差 铁丝不能在空气中燃烧 大于 (得出结论) 生成物为非气态 只能与空气中的氧气反应 (反思改进) E 铁生锈速度比较缓慢,不能在短时间内将装置内的氧气全部耗尽 F 在密闭容器中进行,比较环保,且误差小【详解】(1)红磷燃烧生成五氧化二磷,该反应的符号表达式为:;中国教育出
7、&版*#网红磷过量,氧气耗尽后,红磷熄灭,说明氮气不燃烧、不支持燃烧;待冷却至室温后,打开止水夹,烧杯中的水进入集气瓶,进入水的体积约占集气瓶内空气体积的1/5便不再进入,说明氮气难溶于水;(2)红磷燃烧消耗氧气,待冷却室温后,打开止水夹,由于消耗了氧气,集气瓶内压强减小,烧杯中的水进入集气瓶,进入水的体积就是消耗氧气的体积,进入水的体积约占集气瓶内空气体积的1/5,说明氧气约占空气体积的1/5;红磷量不足,不能将氧气完全耗尽,会使测定结果偏小,正确;装置气密性不好,在冷却至室温的过程中,外界空气进入,占据了一定的体积,会使测定结果偏小,正确;弹簧夹没有加紧,红磷燃烧,放出大量的热,气体受热膨
8、胀逸出,会使测定结果偏大,错误;没有冷却到室温,就打开止水夹,气体受热膨胀,占据了一定的体积,会使测定结果偏小,正确。故选;分析论证:蜡烛燃烧生成二氧化碳和水,硫在空气中燃烧生成二氧化硫,木炭在空气中燃烧生成二氧化碳,均生成了气体,化学反应前后,压强变化不大,误差较大;铁丝在空气中不能燃烧,故不能用铁丝做该实验;镁在空气中燃烧不仅与氧气反应,还与氮气和二氧化碳反应,故若用镁条代替红磷,测得的氧气的体积含暈应该大于空气体积的1/5;得出结论:在测定空气中氧气含量的实验中,应考虑所用药品只能与空气中的氧气反应,且生成物不能是气体;反思改进:E方案是利用铁的生锈消耗氧气,来测定空气中氧气含量,铁生锈
9、速度比较缓慢,不能在短时间内将装置内的氧气全部耗尽;F装置中,直接用酒精灯加热,玻璃管加热前,应先预热,后集中加热,否则容易受热不均,炸裂,且右侧开放,白磷燃烧,放出大量的热,装置内压强增大,胶塞容易弹出,气体逸出;其余改进方案均在密闭容器中进行,比较环保,误差较小。2工业烧碱具有较好的杀菌消毒作用且廉价易得,但工业烧碱中常含有杂质碳酸钠。某科学学习小组同学围绕工业烧碱样品纯度测定问题,展开了讨论与探究。(原理思路)利用Na2CO3与稀H2SO4反应产生CO2,通过CO2质量的测定,确定样品中碳酸钠的质量,从而计算样品纯度;(实验方案)小科同学根据以上思路,设计了如图甲的实验方案(固定装置省略
10、)来&*源:中教%网(交流讨论)小明认为图甲实验方案的设计有缺陷,若按该方案进行测定会导致难以避免的误差。你认为下列哪些因素会导致难以避免的误差(填序号)_;来源:中#&教*网加入的稀硫酸量不足装置内空气中的CO2没有排出反应产生的CO2未被完全吸收干燥管与空气直接相通(方案改进)为减少误差,使CO2质量的测定更准确,该小组同学根据以上讨论,对图甲方案进行改进,设计了如图乙的实验方案(固定装置省略)。图乙中A装置的作用是: ;图乙中E装置的作用是 。图乙B装置中样品在与稀硫酸反应前和停止反应后,都要通过量的空气,反应前通空气的作用是_ ;反应停止后通空气的作用是 ;反应前通空气时a、b、c三个
11、弹簧夹的控制方法是_。来源%:中国教育出版#*网(数据分析)若撤去图乙中的C装置,则测得工业烧碱的纯度将_(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)。【答案】 (交流讨论) (方案改进) 除去空气中的二氧化碳 避免D装置中的碱石灰与空气接触 把装置内含二氧化碳的空气排净 把装置内的二氧化碳全部吸收 打开a、b,关闭c 偏低 【详解】加入的稀硫酸量不足,碳酸钠不能完全反应,会影响实验结果,但是可以避免的,此选项不符合题意;装置内空气中的CO2没有排出,使得二氧化碳含量高,碳酸钠含量高,影响实验结果,此选项符合题意;反应产生的CO2未被完全吸收,也就不能完全吸收,影响实验结果,此选项符合题意;干燥管与空
12、气直接相通,会吸收空气中的二氧化碳,影响实验结果,此选项符合题意。故选。方案改进:图乙中A装置中的氢氧化钠溶液可吸收空气中的二氧化碳,所以图乙中A装置的作用是:除去空气中的二氧化碳;图乙中E装置的作用是避免D装置中的碱石灰与空气接触;图乙B装置中样品在与稀硫酸反应前和停止反应后,都要通过量的空气,反应前通空气的作用是用不含二氧化碳的空气将装置内的空气排尽;反应停止后通空气的作用是把装置内的二氧化碳全部吸收,避免对实验造成干扰;反应前通空气时A.B.c三个弹簧夹的控制方法是打开弹簧夹A.b,关闭弹簧夹c;数据分析:浓硫酸具有吸水性,可作某些气体的干燥剂。若撤去图乙中的C装置,水蒸气会进入碱石灰中
13、,并且被吸收,使得碳酸钠含量高,导致测得工业烧碱的纯度将偏低。www#.zzs*tep.c%om3还原铁粉是结构疏松的单质铁,常用于食品保鲜等。 来源*:%中#教网&I.利用 FeSO4溶液制备还原铁粉的某种流程如下: (1)“转化”时温度需控制在 35以下,目的是防止_(填化学式)受热分解。 (2)“干燥”时有少量的 FeCO3与空气中成分反应,生成FeOOH和CO2,与FeCO3反应的物质有O2和_(填化学式)。 中国*教&育%#出版网(3)“焙烧”时焦炭的作用与高炉炼铁中一致,主要是生成 CO,同时还能_。 II.某同学利用如图装置探究还原铁粉与 Fe2O3发生化合反应得到的产物成分。
14、(查阅资料)铁的氧化物中只有 Fe3O4能被磁铁吸引。 某些铁的氧化物在较高温度时能与氧气反应。 (提出问题)还原铁粉与 Fe2O3反应得到的产物是什么? (作出猜想)猜想是 FeO; 猜想是 Fe3O4; 猜想是 FeO 和 Fe3O4混合物。 来源:中&教#*网(实验步骤)(4)组装仪器,_。称取16.0 g Fe2O3与质量为 m 的铁粉,混合均匀后,放入玻璃管中。 来源:中教网*通入CO2,当观察到现象 X 时,夹上弹簧夹M,开始加热玻璃管。 来源:中%#&教网完全反应后,停止加热,打开M,继续通入CO2直到_。将产物倒在滤纸上,取样,滴加稀盐酸,无气泡产生,用磁铁吸引,粉末部分被
15、吸引。 来源:%中*&教网#(实验结论)(5)猜想_(填序号)成立,所加铁粉质量m的范围是_。 (问题讨论)(6)加热前通入CO2的目的是 ,判断该目的达成的现象X是 。该实验中_ (“能”或“不能”)用CO代替CO2进行上述实验。 某兴趣小组测定未开启的食品包装袋中“脱氧剂”里还原铁粉的质量分数。 (查阅资料)“脱氧剂”一般由还原铁粉、活性炭和氯化钠等组成。 (方案设计)如下图1所示,甲同学取1.0 g样品,分别称得反应前、后装置和药品的总质量,据此求出样品中还原铁粉的质量分数。 中%国教育出版*网(评价反思)(7)乙同学认为甲的方案误差较大,于是设计如图2的方案。甲同学误差较大的原因是_(
16、填字母)。 a干燥剂吸收了空气中的水蒸气 b稀盐酸挥发出了氯化氢气体 c装置内气体反应前是空气,反应后是氢气,质量相差较大 (8)丙同学认为乙的方案即使操作无误,结果仍会偏大,原因是_。 (9)丙同学设计了如图3的实验。取1.0 g 样品,先注入40.0 mL的稀盐酸,待铁粉完全反应并冷却至室温后,右侧注射器读数增加264.0 mL。实验条件下氢气密度为0.09 g/L。求样品中还原铁粉的质量分数(结果精确到0.1%)_。 中%国#教育*出版网(10)若丙同学实验反应结束后立刻读数,将导致还原铁粉的质量分数_(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。【答案】(1)NH4HCO3 (2) H2O (
17、3)放出大量热维持炉温 (4)检查装置气密性 冷却至室温 (5) 1.4 gm5.6 g (6) 排净空气 石灰水变浑浊 不能 (7)ac (8)加入的盐酸也会排出一部分空气 (9)56.4%。 (10)偏大 【详解】(1)碳酸氢铵不稳定,受热易分解;“转化”时温度需控制在 35以下,目的是防止NH4HCO3受热分解。 (2)反应前后元素种类不变;“干燥”时有少量的 FeCO3与空气中成分反应,生成FeOOH和CO2,生成物中含有氢元素、碳元素,则与FeCO3反应的物质有O2和H2O。 (3)焦炭燃烧生成二氧化碳放出大量的热,同时碳高温与二氧化碳生成一氧化碳;“焙烧”时焦炭的作用与高炉炼铁中一
18、致,主要是生成 CO,同时还能放出大量热维持炉温。(4)组装仪器,检查装置气密性,防止漏气。已知,某些铁的氧化物在较高温度时能与氧气反应;完全反应后,停止加热,打开M,继续通入CO2直到冷却至室温,防止灼热的产物与空气中氧气反应。(5)已知,铁的氧化物中只有 Fe3O4 能被磁铁吸引;铁和盐酸反应能生成氢气;产物取样,滴加稀盐酸,无气泡产生,说明没有铁单质;用磁铁吸引,粉末部分被吸引说明产物中含有四氧化三铁和氧化亚铁;故猜想成立;反应前后元素种类质量不变;根据题意可知,反应前后氧元素质量不变,若生成物全部是氧化亚铁,则需要铁粉质量为 ;若生成物全部是四氧化三铁,则需要铁粉质量为 ;故所加铁粉质
19、量m的范围是1.4 gm5.6 g。 (6)某些铁的氧化物在较高温度时能与氧气反应,空气中含有氧气;加热前通入CO2的目的是排净空气防止铁粉与空气中氧气反应;二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,判断该目的达成的现象X是石灰水变浑浊,说明空气已经排净。一氧化碳能和铁的氧化物反应,故该实验中不能用CO代替CO2进行上述实验。 (7)a干燥剂吸收了空气中的水蒸气,导致质量变大,出现误差,符合题意; www.z*b稀盐酸挥发性较弱可以忽略,且干燥剂可以选择碱性干燥剂避免误差,不符合题意;c氢气是密度最小的气体,装置内气体反应前是空气,反应后是氢气,质量相差较大,导致误差,符合题意;故选ac。 来%&源:
20、中#教网(8)乙的方案中排出水的体积就是生成氢气的体积,但是加入的盐酸也会排出一部分空气,导致测量结果偏大,存在误差,故乙的方案即使操作无误,结果仍会偏大。 (9)见答案。(10)铁和稀盐酸反应放出热量,若丙同学实验反应结束后立刻读数,温度较高气体膨胀,导致读数偏大,故还原铁粉的质量分数偏大。 4关于空气中氧气含量的实验,某小组同学进行了如下探究。小组同学用上图1组装好实验装置,利用高能激光笔照射燃烧匙上的红磷,红磷燃烧直至熄灭;待装置完全冷却后,将装有白磷的燃烧匙提出水面,再次用高能激光笔照射,发现白磷居然还能被点燃。(药品均足量)图2是小组同学从开始实验到最后装置冷却后的整个实验过程中,用
21、氧气传感器测量容器内氧气浓度变化的曲线。(1)激光笔的作用是_。(2)图2, DE 段曲线不断下降的原因 _。(3)通过对图2的分析,下列说法正确的有_。A足量红磷在密闭容器内充分燃烧可将氧气完全耗尽B红磷在密闭容器内燃烧熄灭时,氧气仍有10%-15%的剩余C足量白磷在密闭容器内充分燃烧可将氧气几乎耗尽来源:中国%*教育#出版网D白磷在密闭容器中燃烧比红磷对氧气的消耗更充分(4)上述实验之后,小组同学认为实验一的成功,是两个不可控制的正负误差相互抵消的结果。这里所提到的“不可控制”是指在所有操作均正确的情况下,仍存在的误差(忽略导管造成的误差)。请结合上述探究过程回答:不可控制的负误差(导致进
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