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化学实验数据处理三要诀

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化学实验数据是描述化学实验现象、揭示化学规律的一种特有的“数字语言”,准确分析和处理实验数据是学生必备的实验能力。如何挖掘数据的含义、提高处理数据能力?现从三个方面举例诠释如下,供各位学子参考。

一、要挖掘数据的“弦外之音”

某些表面看起来多余的数据,其实隐含着某一化学规律,充分挖掘数据的“弦外之音”,往往是解决问题的关键。

例1 有一混合物的水溶液,可能含有以下离子中的若干种:K+NH+4、C1-、Mg2+、Fe3+、CO2-3、SO2-4。现各取100mL溶液三份进行以下实验:

(1)向第一份加入AgNO3溶液有沉淀发生;

(2)向第二份加入足量NaOH溶液后加热,收集到气体0.896 L(标准状况);

(3)向第三份加入足量BaCl2溶液,得到沉淀6.27g,沉淀经足量盐酸洗涤后,剩余2.33g。

回答下列问题:

①K+、Cl-是否一定存在?

②肯定存在的离子在原溶液中的浓度分别是多少?

解析 由(1)知:溶液可能含有Cl-、CO2-3、SO2-4,由(2)可知:该溶液中一定含有NH+4,且n(NH+4)=0.896L÷22.4L/mol=0.04mol,由(3)知:溶液一定含有CO2-3、SO2-4,则一定不含Mg2+、Fe3+,且n(SO2-4)=2.33g÷233g/mol=0.01mol,n(CO2-3)=(6.27-2.33)g÷197g/mol=0.02mol,所以有同学得出结论:溶液中一定含有NH+4、CO2-3、SO2-4,一定不含Mg2+、Fe3+>,可能含有K+、Cl-。这个结论正确吗?此时我们要思考,测出n(NH+4)、n(SO2-4)和n(CO2-3)的具体数据,其用意是什么?它们真的是“多余”的数据吗?显然,该数据隐含着某种含义。联想到任何溶液都必须呈电中性,但n(SO2-4)×2+n(CO2-3)×2=0.01×2+0.02×2=0.06>n(NH+4)×1=0.04×1,故必存在K+又因溶液中可能存在Cl-,则n(K+-)≥0.02mo1。

[答案] ①K+一定存在,C-可能存在;②肯定存在的离子浓度:c(SO2-4)=0.01mol/0.1 L=0.1 mol/L,c(CO2-3)=0.02 mol/0.1 L=0.2mol/L,c(NH+4)=0.04mol/0.1L=0.4mol/L,c(K+)≥0.02mol。

二、要谨防数据的“失真”

实验过程总会产生实验误差,记录的数据也有“失真”的现象,要善于辨认和剔除失真数据,这是得出正确实验结果的前提。

例2 某学生欲测定中和热,在保温、隔热的条件下,向盛有20mL 2.08mol/LNaOH溶液的试管分五次加入1~5mL未知浓度的H2SO4(边加边振荡,每次加1mL,不考虑H2SO4溶于水的放热效应)后,测得溶液的温度分别为1.4℃、2.5℃、4.2℃、5.2℃、5.18℃,则该硫酸的浓度是 (

)

A.20.8 mol/L B.6.9mol/L C.5.2 mol/L D.4.16 mol/L

解析 分析题中数据:在加入4mL H2SO4,后,溶液温度升高,由1.4℃逐渐上升到5.2℃,当加入第5mL时,温度却下降到5.18℃。这说明与NaOH恰好中和时用去H2SO44mL(温度上升最高时的体积)。当H2SO4过量时,因不再中和碱而溶液温度下降。显然,5.18℃是一个“失真”的数据,故c(H2SO4)=(01.02L×2.08mol/L×l/2)÷0.004L=5.2 mol/L。

[答案]C

三、要善于抓住数据的“特征”

将某些具有一定“特征”的数据放在一起对比分析,可以达到总结现象、找到规律之目的。

例3 下面是某化学课外活动小组学生制氧气实验时的数据记录:

(注:红热现象指反应中有红色火光,反应剧烈且在短时间内结束)

(])请你为这个实验拟定实验目的。

(2)你认为催化效果最好的是哪种。催化效果不好的是哪种?

(3)若要研究“催化剂的用量对催化效果的影响(用产生氧气的体积表示)”,请你设计实验的记录数据。

解析 表中数据揭示的特征是变量和不变量:不变的量是“KClO质量和催化剂的用量”,变化的量是“反应结束时间”(长短不同)和“反应现象”(剧烈程度不同)。比较这些特征可知:

(1)实验目的:探究不同催化剂对催化效果的影响。

(2)反应从开始到结束的时间越短,催化效果越好,故催化效果最好的是MnO2,催化效果不好的是SiO2。

(3)要研究“催化剂的用量对催化效果的影响”,记录的数据从上述表格数据得到启示:KClO3的质量不变(如为0.5g)并固定某些催化剂(如MnO2),变化的量是“催化剂的用量和产生氧气的体积”,具体设计表格数据略。