《2025年高中总复习优化设计高中化学》

例 2 (2023·全国乙卷，26 节选)(元素守恒)元素分析是有机化合物的表征手段之一。按如图实验装置(部分装置略)对有机化合物进行 C、H 元素分析。

回答下列问题：
(1)将装有样品的 Pt 坩埚和 CuO 放入石英管中，先 通O₂(排出空气)，而后将已称重的 U 形管 c、d 与石英管连接，检查 气密性。依次点燃煤气灯 ba，进行实验。
(2)O₂ 的作用有 作为载气和氧化剂。CuO 的作用是 $CuO + CO \xlongequal{\triangle} Cu + CO₂$(举 1 例，用化学方程式表示)。
(3)若样品 CₓHᵧO_z 为 0.023 6 g，实验结束后，c 管增重 0.010 8 g，d 管增重 0.035 2 g。质谱测得该有机化合物的相对分子质量为 118，其分子式为 C₄H₄O₄。

答案： 例2答案
(1)通$\mathrm{O}_2($排出空气) 气密性 ba
(2)作为载气和氧化剂$ \mathrm{CuO} + \mathrm{CO} \xlongequal{\triangle} \mathrm{Cu} + \mathrm{CO}_2$
$(3)\mathrm{C}_4\mathrm{H}_4\mathrm{O}_4$
解析
(1)在反应前需要先将装置中的空气排出。因此，需要先通入氧气，接着组装后续实验装置，进行气密性检验。为防止酒精灯a处加热时有机化合物与氧气因反应不充分产生的一氧化碳无法被吸收而引起误差，因此先要点燃b处酒精灯。
$(2)\mathrm{O}_2$的作用：①作为氧化剂将样品氧化；②作为载气将气体产物载出。氧化铜可将可能产生的CO进一步氧化为$\mathrm{CO}_2，$反应的化学方程式为$\mathrm{CuO} + \mathrm{CO} \xlongequal{\triangle} \mathrm{CO}_2 + \mathrm{Cu}。$
(3)结合c、d两个干燥管增重的质量可知，$n(\mathrm{H}) = \frac{0.0108\mathrm{g}}{18\mathrm{g}·\mathrm{mol}^{-1}} × 2 = 0.0012\mathrm{mol}，$$n(\mathrm{C}) = \frac{0.0352\mathrm{g}}{14\mathrm{g}·\mathrm{mol}^{-1}} = 0.0008\mathrm{mol}，$结合质量守恒定律，可知有机化合物中$n(\mathrm{O}) = \frac{0.0236\mathrm{g} - 0.0012\mathrm{mol} × 1\mathrm{g}·\mathrm{mol}^{-1} - 0.0008\mathrm{mol} × 12\mathrm{g}·\mathrm{mol}^{-1}}{16\mathrm{g}·\mathrm{mol}^{-1}} = 0.0008\mathrm{mol}，$则$n(\mathrm{C}):n(\mathrm{H}):n(\mathrm{O}) = 0.0008\mathrm{mol}:0.0012\mathrm{mol}:0.0008\mathrm{mol} = 2:3:2，$故最简式为$\mathrm{C}_2\mathrm{H}_3\mathrm{O}_2，$结合其相对分子质量为118可知，该有机化合物的分子式为$\mathrm{C}_4\mathrm{H}_6\mathrm{O}_4。$

1. (2022·浙江 1 月选考卷)某同学设计实验确定 Al(NO₃)₃·xH₂O 的结晶水数目。称取样品 7.50 g，经热分解测得气体产物中有 NO₂、O₂、HNO₃、H₂O，其中 H₂O 的质量为 3.06 g；残留的固体产物是 Al₂O₃，质量为 1.02 g。计算：
(1)x = 9。
(2)气体产物中 n(O₂) = 0.01 mol。

答案： 1.答案
(1)9
(2)0.01
解析$(1)\mathrm{Al}(\mathrm{NO}_3)_3 · x\mathrm{H}_2\mathrm{O}$的摩尔质量为$(213 + 18x)\mathrm{g}·\mathrm{mol}^{-1}，$根据固体产物氧化铝的质量为1.02g可知，样品中$n(\mathrm{Al}) = \frac{1.02\mathrm{g}}{102\mathrm{g}·\mathrm{mol}^{-1}} × 2 = 0.02\mathrm{mol}，$则有$\frac{7.50\mathrm{g}}{(213 + 18x)\mathrm{g}·\mathrm{mol}^{-1}} = 0.02\mathrm{mol}，$解得x = 9。
(2)气体产物中$n(\mathrm{H}_2\mathrm{O}) = \frac{3.06\mathrm{g}}{18\mathrm{g}·\mathrm{mol}^{-1}} = 0.17\mathrm{mol}，$则$n(\mathrm{HNO}_3) = 0.02 × 9 × 2\mathrm{mol} - 0.17 × 2\mathrm{mol} = 0.02\mathrm{mol}；$根据氮元素守恒，$n(\mathrm{NO}_2) = $样品中$n(\mathrm{N}) - n(\mathrm{HNO}_3)$中$n(\mathrm{N}) = 0.02 × 3\mathrm{mol} - 0.02\mathrm{mol} = 0.04\mathrm{mol}；$根据氧元素守恒可得，气体产物中$n(\mathrm{O}_2) =$

2. 测定 Na₂CO₃ 样品中 NaHCO₃ 的含量：
ⅰ. 称取产品 2.500 g，用蒸馏水溶解，定容于 250 mL 容量瓶中；
ⅱ. 移取 25.00 mL 上述溶液置于锥形瓶，加入 2 滴指示剂 M，用 0.1 mol·L⁻¹ 盐酸标准溶液滴定至溶液由浅红色变无色(第一滴定终点)，消耗盐酸 V₁ mL；
ⅲ. 在上述锥形瓶中再加入 2 滴指示剂 N，继续用 0.1 mol·L⁻¹ 盐酸标准溶液滴定至终点(第二滴定终点)，又消耗盐酸 V₂ mL；
ⅳ. 平行测定三次，V₁ 平均值为 22.25，V₂ 平均值为 23.51。
回答下列问题：
(1)指示剂 N 为 ___________，第二滴定终点的现象是 _。
(2)Na₂CO₃ 中 NaHCO₃ 的质量分数为 (保留三位有效数字)。
(3)第一滴定终点时，某同学仰视读数，其他操作均正确，则 NaHCO₃ 质量分数的计算结果 (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

答案： 2.答案
(1)甲基橙 滴入最后半滴盐酸标准溶液，溶液由黄色变橙色，且30s内不恢复
(2)4.23%
(3)偏小
解析
(1)在第一次滴定时，由于达到滴定终点时溶液显碱性，故指示剂M为酚酞；在第二次滴定时，由于达到滴定终点时溶液显酸性，故指示剂N为甲基橙，第二次滴定终点的现象为滴入最后半滴盐酸标准溶液时，溶液由黄色变橙色，且30s内不恢复。
(2)进行第一次滴定时，发生反应：$\mathrm{CO}_3^{2-} + \mathrm{H}^+ \longrightarrow \mathrm{HCO}_3^{-}，$消耗盐酸的体积为22.25mL；进行第二次滴定时发生反应：$\mathrm{H}^+ + \mathrm{HCO}_3^{-} \longrightarrow \mathrm{CO}_2 \uparrow + \mathrm{H}_2\mathrm{O}，$消耗盐酸的体积为23.51mL，故产品中$\mathrm{NaHCO}_3$消耗盐酸的体积为1.26mL，其物质的量为$1.26 × 10^{-3}\mathrm{L} × 0.1\mathrm{mol}·\mathrm{L}^{-1} = 1.26 × 10^{-4}\mathrm{mol}，$故$\mathrm{NaHCO}_3$的质量分数为$\frac{1.26 × 10^{-4} × 10 × 84}{2.500} × 100\% \approx 4.23\%。$
(3)在第一次滴定终点时仰视读数，导致原物质中的$\mathrm{Na}_2\mathrm{CO}_3$含量偏高，则$\mathrm{NaHCO}_3$含量偏小。