Question

某學生擬通過測定粗鋅（雜質與稀硫酸不反應）與稀硫酸反應產生的氣體體積，來測定粗鋅中鋅的純度．現有粗鋅、稀硫酸、試管、鑷子、單孔橡皮塞、導氣管、托盤天平、量筒、水槽、鐵架臺（附鐵夾）等儀器、藥品．
（1）實驗時除需測定粗鋅的質量、氫氣的體積之外，還需要測定

 

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（2）以下是測量收集到氣體體積必須包括的幾個步驟：
①調整量筒內外液面高度使之相同；
②使試管和量筒內的氣體都冷卻至室溫；
③讀取量筒內氣體的體積．
這三步操作的正確順序是：

 

（請填寫步驟代號）．
（3）如果實驗中測得粗鋅質量為a g，得到的氫氣體積是b L（已折算成標準狀況），水蒸氣的影響忽略不計，粗鋅中鋅的質量分數的計算式為（含a、b，不必化簡）：

 

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（4）試根據上述儀器，提出更簡捷的實驗方案：

 

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Answer 1

分析：（1）測定氣體體積需要測定實驗時的溫度和壓強才能計算氣體物質的量；
（2）要準確測量氣體體積必須保持量筒內外氣體的溫度和壓強相等，因此在讀取量筒內氣體的體積之前，應使試管和量筒內的氣體都冷卻至室溫；再調節量筒內外液面高度使之相同；
（3）依據鋅和稀硫酸反應的電離關系可知反應的鋅的物質的量和生成氫氣標準狀況下氣體物質的量相同，據此計算鋅的質量分數；
（4）雜質與稀硫酸不反應，可以加入過量稀硫酸全部反應后，稱量剩余固體質量為雜質質量計算得到鋅的質量分數；

解答：解；（1）實驗時除需測定粗鋅的質量、氫氣的體積之外，需要準確測定實驗時的溫度和壓強，用于計算氣體物質的量得到鋅的質量；
故答案為：測定實驗時的溫度、壓強；
（2）因為排出的氣體是需要用排出的水的體積衡量的，而反應前后的量筒溫度是不同的，因此，反應終止應該先停止加熱，待體系恢復到室溫時，才取出導管．這一步操作跟通常的實驗不同，所以停止加熱時導管的出口要高于量筒內的液面，此時即使不取出導管而停止加熱，也不會造成水的倒吸；停止加熱、回到室溫后，將量筒下移以調節量筒內的液面與水槽一致，此時量筒內氣體壓強也為大氣壓，讀數才是正確的；所以正確的操作順序為：②使氣體都冷卻至室溫；①調整量筒內外液面高度使之相同；③讀取量筒內氣體的體積；即②①③；
故答案為：②①③；
（3）鋅和稀硫酸反應的電離關系可知反應的鋅的物質的量和生成氫氣標準狀況下氣體物質的量相同，實驗中測得粗鋅質量為a g，得到的氫氣體積是b L（已折算成標準狀況），水蒸氣的影響忽略不計，粗鋅中鋅的質量分數的計算式=

bL 22.4L/mol ×65g/mol

ag

×100%；
故答案為：

bL 22.4L/mol ×65g/mol

ag

×100%；
（4）雜質與稀硫酸不反應，可以加入過量稀硫酸全部反應后，稱量剩余固體質量為雜質質量計算得到鋅的質量分數，就具體方案為使鋅與足量稀硫酸充分反應，濾出剩余固體，洗滌、干燥，稱量反應前后固體的質量；
故答案為：使鋅與足量稀硫酸充分反應，濾出剩余固體，洗滌、干燥，稱量反應前后固體的質量．

點評：本題較全面的考查化學實驗雙基知識．包括的考點有實驗的操作、原理、數據的采用和處理，利用常用的中學儀器做定量實驗．實驗方案的設計和步驟是解題關鍵，題目難度中等．