第一章 化学计量在实验中的应用

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系统集成·化学

第一章 化学计量在实验中的应用

考纲要览

1.了解物质的量的单位——摩尔(mol)、摩尔质量、气体摩尔体积、阿伏加德罗常数的含义。

2.根据物质的量与粒子(原子、分子、离子等)数目、气体摩尔体积(标准状况)之间的相互关系进行有关计算。

3.了解溶解度、饱和溶液的概念及溶液的组成。

4.理解溶液中溶质的质量分数的概念,并能进行有关计算。 5.了解配制一定溶质质量分数、物质的量浓度溶液的方法。

考向展望 考查重点 考查难点 考向预测 热点预测 对阿伏加德罗常数的考查仍会保持往年的选择题形式,主要涉及物质中某种原子的数目、溶液中的离子数目、反应中电子转移的数目、物质中化学键的数目等。对物质的量浓度、溶质的质量分数的有关计算的考查难度适中 题型预测 阿伏加德罗常数、物质的量浓度、气体摩尔体积及溶质的质量分数 与物质的量浓度、溶质质量分数、溶解度相互关联的计算 对阿伏加德罗常数、气体摩尔体积的考查以选择题为主。对物质的量浓度及溶质的质量分数的考查以填空题为主

知识结构

1

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第1讲 物质的量、气体摩尔体积

考点突破方法

考点一 以阿伏加德罗常数为载体的考查 1.基本换算关系

说明:Vm在标准状况下为22.4 L·mol1。 2.注意细节问题

在解答该类题目时,首先要认真审题,特别注意试题中一些关键性的字、词,留心有无“陷阱”。同时还要注意以下细微的知识点:

(1)注意条件状态

在标准状况下非气态物质:如H2O、HF、SO3、戊烷及碳原子数更多的烃、CHCl3、CCl4、苯、CS2等,体积为22.4 L时,其分子数不等于NA。

(2)明确物质的结构 ①特殊物质的微粒(分子、原子、电子、质子、中子等)的数目:如Ne(单原子分子)、O3(三

原子分子)、白磷(四原子分子)、D2O(摩尔质量为20 g·mol1,中子数为10)、18O2(摩尔质量为

--

36 g·mol1,中子数为20)、H37Cl(摩尔质量为38 g·mol1,中子数为20)、—OH(质子数为9,电子数为9)、Na2O2(阴、阳离子个数比为1∶2)等。

②一些物质中的化学键数目,如: 1 mol Si SiO2 P4 NH3 CH4 CO2 CnH2n+2 化学(3n+1)NA共价键、 2NA 4NA 6NA 3NA 4NA 4NA 键 (n-1)NA碳碳单键 数目 ③最简式相同的物质中的微粒数目:如NO2和N2O4、O2和O3、乙烯和丙烯等。 -

④摩尔质量相同的物质中的微粒数目:如N2、CO、C2H4摩尔质量均为28 g·mol1;H2SO4、

-1

H3PO4、Cu(OH)2摩尔质量均为98 g·mol等。

(3)考查氧化还原反应中转移电子数 如Na2O2、NO2与H2O的反应,Cl2与H2O、NaOH、Fe的反应,电解AgNO3溶液、CuSO4

溶液等,分析它们反应时电子转移的数目多少,同时还要注意反应产物与过量计算问题等。

(4)考查弱电解质的电离、盐类的水解 弱电解质在水溶液中部分电离,盐中的弱酸根离子在水溶液中发生水解,使其数目减少。

-1-1-

如1 L 0.1 mol·L CH3COOH溶液和1 L 0.1 mol·L CH3COONa溶液中CH3COO的数目不相等且小于0.1NA。

(5)考查一些特殊的反应 ①注意常见的一些可逆反应,如2NO2N2O4、Cl2+H2OHCl+HClO等。 ②1 mol FeCl3制备Fe(OH)3胶体的数目。 ③NO和O2在常温常压下的反应等。

特别提醒:(1)不要忽视“22.4 L·mol1”的适用条件——标准状况下的气体。(2)标准状况下的气体摩尔体积和某物质的摩尔质量是定值,不能随物质的量的改变而变化。(3)不要直

接利用溶液的浓度代替指定物质的物质的量进行计算,如“1 mol·L1的NaCl溶液中含有的+

Na的数目为NA”这种说法是错误的。(4)同种物质在不同的氧化还原反应中“角色”可能不同,电子转移情况也可能不同,不能一概而论。

【例1】(2013·江苏卷)设NA为阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是( )

--

A.1 L 1 mol·L1 NaClO 溶液中含有ClO的数目为NA B.78 g 苯含有C==C双键的数目为3NA

2

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C.常温常压下,14 g由N2与CO组成的混合气体中含有的原子数目为NA D.标准状况下,6.72 L NO2与水充分反应转移的电子数目为0.1NA

【思路点拨】本题考查阿伏加德罗常数计算中一些常见问题和注意事项。解决此题的关键:灵活应用各种知识,尤其是盐类的水解、苯分子中特殊的碳碳键、N2与CO的摩尔质量和构成分子的原子数均相同、NO2与水反应中电子转移等。

--

【解析】 A项ClO水解,ClO数目小于NA。B项苯分子中不存在碳碳双键,其碳碳键是介于单键和双键之间的一种特殊的键。C项相对分子质量皆为28的CO和N2的混合气体中均含有2个原子,14 g即0.5 mol混合气体含有的原子数目为NA。D项标准状况下,6.72 L即0.3 mol NO2溶于水,转移的电子数目为0.2NA。

【答案】 C

【变式1】设NA表示阿伏加德罗常数的值。下列说法中正确的是( ) A.常温常压下,22.4 L氯气与足量镁粉充分反应,转移的电子数为2NA B.常温常压下,18 g H2O中含有的原子总数为3NA

C.标准状况下,11.2 L CH3CH2OH中含有的分子数目为0.5NA

D.常温常压下,2.24 L CO和CO2的混合气体中含有的碳原子数目为0.1NA

【解析】 本题考查阿伏加德罗常数计算中一些常见的问题和注意事项。A项,常温常压下22.4 L Cl2的物质的量不是1 mol,故在反应中转移的电子数不是2NA,A错;B项,正确;C项,标准状况下乙醇不是气体,C错;D项不是标准状况,常温常压下2.24 L CO和CO2混合气体不是0.1 mol,含有的碳原子数不是0.1NA,D错。

【答案】 B

考点二 阿伏加德罗定律及其推论的应用 1.阿伏加德罗定律

阿伏加德罗定律可表述为“三同定一同”,即在“同温同压”下,“同体积”的气体含有“相同的分子数”。 2.阿伏加德罗定律的推论

条件 结论 公式 n1V1= n2V2ρ1M1= ρ2M2n1V1= n2V2语言叙述 同温同压下,气体的体积与其物质的量成正比 同温同压下,气体的密度与其摩尔质量(或相对分子质量)成正比 同温同体积下,气体的压强与其物质的量成正比 同T、p 同T、V

特别提醒:(1)阿伏加德罗定律适用于任何气体,包括混合气体。(2)同温、同压、同体积、同分子数,这“四同”相互制约,其中“三同”成立,第“四同”也成立,即“三同”定“一同”。(3)阿伏加德罗定律中“同温同压”下,相同体积的气体的“分子数”相同,并不是“原子数”相同。(4)应用阿伏加德罗定律及推论时不宜死记硬背,要熟记相关化学计量的定义式,并结合相互关系进行推导。

【例2】下列关于同温同压下的两种气体12C18O和14N2的判断正确的是( ) A.体积相等时密度相等

B.原子数相等时具有的中子数相等 C.体积相等时具有的电子数相等 D.质量相等时具有的质子数相等

【思路点拨】 解答此题的关键是明确12C18O和14N2的摩尔质量,弄清分子中所含的中子数、电子数、质子数,然后结合阿伏加德罗定律分析。

【解析】 比较同温同压下的1 mol 12C18O和14N2两种气体:

3

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项目 质量 体积 分子 原子 质子 中子 电子 1218CO 30 g 1 mol 2 mol 14 mol 16 mol 14 mol 相同 14N2 28 g 1 mol 2 mol 14 mol 14 mol 14 mol 相同

因此体积相同时,密度不同、中子数不同、电子数相同;质量相同时质子数不同。 【答案】 C

【变式2】下列条件下,两种气体分子数一定不相等的是( ) A.相同质量、不同密度的N2O和CO2 B.相同体积、相同密度的CO和C2H4

C.相同温度、相同压强、相同体积的O2和O3 D.相同压强、相同质量的NO2和N2O4 【解析】 A项中N2O和CO2的相对分子质量均为44,故质量相同时,分子数一定相等;B项中CO和C2H4相对分子质量均为28,体积相同、密度相同,则质量相等,故分子数相等;C项为同温、同压、同体积,则气体所含分子数一定相同。

【答案】 D

考点三 气体摩尔质量的求解方法

m

1.利用质量和物质的量:M=。

n

M1ρ12.利用相对密度:==D,M1=M2·D。

M2ρ2

3.标准状况下:M=22.4ρ。 4.混合气体平均相对分子质量:

混合物的总质量(g)

(1)对于任何状态的混合物,平均摩尔质量M= 混合物的总物质的量(mol)

(2)混合物的平均相对分子质量在数值上等于其平均摩尔质量,可由下式求得:Mr= M甲×甲的物质的量分数+M乙×乙的物质的量分数+??

(3)对于混合气体还可用下式:Mr=M甲×甲的体积分数+M乙×乙的体积分数+?? 特别提醒:(1)已知一个分子的质量为a g,则其摩尔质量为aNA。(2)平均值法规律:混合物的平均相对分子质量、元素的质量分数、平均相对原子质量总是介于组成的相应量的最大值和最小值之间。如空气的主要成分为O2和N2,空气的平均相对分子质量为29,介于两种气体的相对分子质量之间。

【例3】某物质A在一定条件下加热分解,产物都是气体。化学方程式为2A=====B+2C+2D。测得生成的混合气体对氢气的相对密度为d,则A的相对分子质量为( )

A.7d B.5d C.2.5d D.2d 【思路点拨】先由相对密度求出生成物气体的平均摩尔质量,再根据质量守恒定律可知,2 mol A与1 mol B+2 mol C+2 mol D质量相等,因而能求出A的相对分子质量。

【解析】根据题目给出的方程式知,完全分解后生成的气体的平均摩尔质量M=[M(B)+2M(C)+2M(D)]/5。根据题意M=d·M(H2)=2d g·mol1,则:M(B)+2M(C)+2M(D)=5M=

10d g·mol1。

又根据质量守恒定律:2M(A)=M(B)+2M(C)+2M(D)。所以M(A)=5d g·mol1, Mr(A)=5d。

【答案】B

【变式3】在一容积为5 L的密闭容器中充入1 mol O2,放电发生如下反应:3O2=====2O3,一段时间后,测得有30%的O2转化为臭氧,若温度和体积不变,对所得气体的下列说法中

4

放电

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不正确的是( )

A.平均摩尔质量为31.8 g ·mol1 B.质量仍为32 g

C.密度与原气体密度相同 D.对氢气的相对密度改变

【解析】 反应前后气体质量不变,体积不变故密度不变。所以B、C正确。M>32 g·mol1,

A错。因相对密度等于摩尔质量之比,M改变,M(H2)不变,则相对密度改变。

【答案】A

第2讲 物质的量在化学实验中的应用

考点突破方法

考点一 溶液组成的表示方法及其相互换算 1.物质的量浓度的有关计算

(1)以物质的量为桥梁进行溶质的质量、溶液的体积和物质的量浓度之间的转化,计算式m

为=n=c·V。 M

(2)一定体积(标准状况)气体溶于一定体积的水,求溶液的物质的量浓度。(ρ-3g·cm)

溶液

的单位为

V气体

n气体=-

22.4 L·mol1m气体

V溶液=

ρ溶液

??n? c=V

+m

L?×1 000?

气体

1 000 V气体·ρ溶液

= mol/L。 22.4(m气体+m水)溶液

2.物质的量浓度(c)与溶质质量分数(ω)、溶解度(S)的换算

(1)c与ω换算:

m溶质n1 000ρ×V×ω1 000ρωcM-

c===或ω==(ρ的单位为g·cm3) VM×VMm溶液1 000ρ

(2)c与S换算: n1 000ρS100cMc==或S=(ρ的单位为g/cm3) VM(100+S)1 000ρ-cM

特别提醒:(1)溶液具有均一性,故其浓度与所取溶液的体积的大小无关。(2)物质的量浓度中的体积是溶液的体积,而不是溶剂的体积。(3)物质溶于水后注意看溶质是否发生变化,如Na、Na2O、NH3、SO3等溶于水。

【例1】(2013·广东梅州质检)某结晶水合物的化学式为R·nH2O,其相对分子质量为M。25 ℃时,将a g该晶体溶于b g水中恰好可形成V mL饱和溶液。下列关系中正确的是( )

1 000a(M-18n)-

A.饱和溶液的物质的量浓度为c= mol·L1

MVa(M-18n)

B.饱和溶液中溶质的质量分数为ω=% M(a+b)

100a(M-18n)

C.25 ℃时R的溶解度为S= g

18na+Mba(M-18n)-

D.饱和溶液的密度为ρ= g·L1

a+b

a(M-18n)

【思路点拨】关键是确定a g该晶体溶于水后的溶质的质量为 g,溶质的物质

M

5

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a-

mol,溶液的质量为(a+b) g,溶液的体积为V×103 L,溶质的摩尔M

质量为(M-18n) g·mol1。

n(R)n(R·nH2O)

【解析】 A项,R的物质的量等于其晶体(R·nH2O)的物质的量,c(R)===

VV

a gM-18n

-1a g×M g·molM100a(M-18n)1 000aS-

= mol·L1;B项,ω=×100%=%;C项,=-3MV100 gV×10 L(a+b) g(a+b)M

a g×(M-18n)

M100a(M-18n)m(a+b) g1 000(a+b)-

,S= g;D项,ρ=== g·L1。 -318nVV×V18na+Mb10 L

b g+a g×M

【答案】 C

【变式1】标准状况下V L氨气溶解在1 L水中(水的密度近似为1 g·mL1),所得溶液的

--

密度为ρ g·mL1,质量分数为ω,物质的量浓度为c mol·L1,则下列关系式中不正确的是( )

A.ρ=(17V+22 400)/(22.4+22.4V) B.ω=17c/(1 000ρ)

C.ω=17V/(17V+22 400) D.c=1 000Vρ/(17V+22 400) 【解析】 本题综合考查了气体溶于水中物质的量浓度的计算和有关换算。计算溶质NH3

VVV

的物质的量为 mol和质量×17 g;溶液的质量为(1 000+×17) g和体积为

22.422.422.4V

1 000+×17

22.4nm(NH3)1 000Vρ-

L。利用c=和ω=分别计算c= mol·L1,ω=

ρ×1 000Vm溶液17V+22 400

V×17+1 000×122.417V

,故C、D项正确;A项式子变形后为ρ=,即该项错误的地17V+22 4001+V

方是将氨气和水的体积进行简单加和后作为溶液的体积,A项错误;对于B项,假设溶液体

--

1 L×c mol·L1×M g·mol117c

积为1 L,ω==,故B项正确。 -11 000ρ1 000 mL×ρ g·mL

【答案】 A

考点二 溶液的稀释与混合的计算 1.溶液的稀释计算

(1)溶质的质量在稀释前后保持不变,即m1·ω1=m2·ω2。 (2)溶质的物质的量在稀释前后保持不变,即c1·V1=c2·V2。 (3)溶液质量守恒,m(稀)=m(浓)+m(水)。

2.同溶质,不同物质的量浓度的溶液的混合计算 (1)混合后溶液体积保持不变时,c1·V1+c2·V2=c混·(V1+V2)。

m混

(2)混合后溶液体积发生改变时,c1·V1+c2·V2=c混·V混,其中V混=。

ρ混m混

特别提醒:(1)稀释(或混合)后的体积一般不可直接相加,应用V混=计算。

ρ混

(2)在用物质的量浓度进行计算时,要注意溶质的质量、物质的量守恒和溶液的电荷守恒。 (3)同一溶质不同浓度的溶液混合后溶质质量分数的计算方法:设溶质质量分数分别为ω1

1

和ω2的两溶液混合所得溶液的质量分数为ω,两溶液等质量混合:ω=(ω1+ω2);两溶液等

2

1

体积混合:若溶液中溶质的密度大于溶剂的密度,则ω>(ω1+ω2),如:H2SO4溶液;若溶

2

1

液中溶质的密度小于溶剂的密度,则ω<(ω1+ω2),如:氨水、酒精溶液。

2

的量为

6

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【例2】50 g浓度为c mol·L1,密度为ρ g·cm3的硫酸中加入一定量的水稀释成0.5c mol·L1,则加入水的体积应( )

A.小于50 mL B.等于50 mL C.大于50 mL D.等于50/ρ mL 【思路点拨】

【解析】设加水的体积为V,稀释后溶液的密度为ρ后,由稀释前后溶质的物质的量不变50 g+V〃1 g〃cm350 g-1-

可得c mol·L=×0.5c mol·L1,化简可得V·ρ+50ρ=100·ρ后,V=-3×-3ρ g·cmρ后 g〃cm

ρ后

100·-50,因为硫酸的密度随浓度减小而减小,即ρ后<ρ,所以V<50,A正确。

ρ【答案】A

--

【变式2】已知25%的氨水密度为0.9 g·cm3,5%的氨水密度为0.98 g·cm3,若将上述两种溶液等体积混合,所得氨水溶液的质量分数为( )

A.等于15% B.大于15% C.小于15% D.无法估算

1

【解析】由于氨水时浓度越大密度越小的溶液,故等体积混合的ω<(ω1+ω2)=15%。

2【答案】C

考点三 一定物质的量浓度的溶液的配制

1.配制一定物质的量浓度的溶液时应注意的事项 (1)计算所用溶质的质量时,要弄清楚以下问题:

①溶质为固体时,分两种情况:溶质是无水固体时,直接用cB=n(mol)/V(L)=

[m(g)/M(g·mol1)]/V(L)的公式计算m;溶质是含结晶水的固体时,则还需将无水固体的质量转化为结晶水合物的质量。

②溶质为浓溶液时,也分两种情况:如果给定的是浓溶液的物质的量浓度,则根据公式c(浓溶液)·V(浓溶液)=c(稀溶液)·V(稀溶液)来求V(稀溶液);如果给定的是浓溶液的密度(ρ溶

--

液)和溶质的质量分数(ω溶液),则根据c=[ρ(g·mL1)×V(浓溶液)(mL)×ω/M(g·mol1)]/V(mL)来求V(浓溶液)(mL)。

③所配溶液的体积与容量瓶的量程不相符时:计算溶质时应取与实际体积最接近的量程

数据作溶液的体积来求溶质,不能用实际量。如实验室需配制480 mL 1 mol·L1的NaOH溶液,应按500 mL计算需取用的固体NaOH为20.0 g,而不是19.2 g;即先配制500 mL溶液,然后再取480 mL。

(2)称量时,一要注意所记录数据的精确度;二要选择恰当的量器,如称量NaOH固体时,不能放在纸上称量;量取液体时,量器的量程与实际体积数相差不能过大,否则易产生较大误差。

(3)要正确使用容量瓶。如容量瓶不能用来溶解、稀释、存放溶液,也不能用作反应器;引流时玻璃棒下端应伸到刻度线以下;定容、摇匀时,手应握在刻度线以上部位,以免引起体积的变化;摇匀后,若液面降到刻度线下,不能再向容量瓶中滴加蒸馏水等。

(4)溶解后,溶液冷却到室温后再移液;定容时若液面超过了刻度线或摇匀时洒出少量溶液,均必须重新配制。

2.配制一定物质的量浓度的溶液时的误差分析

nm

关键看溶质或溶液体积的量的变化。依据c==来判断。具体示例如下表:

VMV-因变量 能引起误差的一些操作(以配制0.1 mol·L1的-c/(mol·L1) NaOH溶液为例) m V 称量前小烧杯内有水 — — 无影响 7

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称量的时间过长 用滤纸称量NaOH固体 移液时有少量洒出 未洗烧杯和玻璃棒 定容时水加多了,用滴管吸出 定容摇匀时,液面下降,再加水 定容后,经振荡、摇匀、静置,液面下降 定容时,俯视读数 减小 减小 减小 减小 减小 — — — — — — — — 增大 — 减小 偏小 偏小 偏小 偏小 偏小 偏小 无影响 偏大 — 定容时,仰视读数 增大 偏小 特别提醒:(1)填写仪器名称时,一定要注明容量瓶的规格,如100 mL容量瓶。 (2)读数时,仰视刻度线意味着液面实际在刻度线上方;俯视刻度线意味着液面在刻度线下方。如图:

【例3】实验室需要0.1 mol·L NaOH溶液450 mL,根据溶液配制情况,回答下列问题: (1)实验中除了托盘天平、量筒、烧杯、容量瓶、药匙外还需要的其他仪器有 。

(2)根据计算得知,所需NaOH的质量为 g。

(3)下列操作使所配溶液浓度偏大的有 (填字母,下同);偏小的有 ;无影响的有 。

A.称量时用生锈的砝码

B.向容量瓶转移溶液时,有少量液体溅出

C.NaOH溶解后,未冷却就立即转移到容量瓶中 D.将NaOH放在纸张上称量 E.未洗涤溶解NaOH的烧杯 F.定容时仰视刻度线

G.容量瓶未干燥就用来配制溶液

(4)某同学用固体NaOH配制该NaOH溶液,需经过称量、溶解、转移溶液、定容等操作。下列图示对应的操作规范的是 。

-1

【思路点拨】严格按照配制一定物质的量浓度的溶液的方法步骤,结合配制注意事项答题。

【解析】 本题综合考查一定物质的量浓度溶液的配制方法、注意的问题和误差分析。 (1)题中考查该实验所需仪器,记忆仪器时要学会“有序记忆”即按照实验的先后顺序、步骤,思考每一步所需仪器,然后进行记忆,则一定不会有遗漏。

(2)需要450 mL溶液,但实验室中没有规格为450 mL的容量瓶,必须选用500 mL容量

瓶,在计算所需NaOH质量时应按500 mL溶液进行计算,即m(NaOH)=0.5 L×0.1 mol·L1×

-1

40 g·mol=2.0 g。

(3)A项称量的NaOH固体偏多;B项NaOH潮解吸水称量的NaOH固体偏少;C项中冷却至室温,液面低于刻度线,所配体积偏小;D、E项溶液中溶质偏少;G项无影响。

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(4)托盘天平称量物品时应为“左物右码”,A项物品在右托盘。B项搅拌溶解,操作合理。C项要用玻璃棒引流,并伸至刻度线以下位置。D项定容时不能将滴管伸入容量瓶。

【答案】 (1)玻璃棒、胶头滴管 (2)2.0 (3)AC BDEF G (4)B

【变式3】实验室需要配制0.50 mol·L1 Na2CO3溶液480 mL。按下列操作步骤填上适当的文字,以使整个操作完整。

(1)选择仪器。完成本实验所必需的仪器有:托盘天平(精确到0.1 g)、药匙、烧杯、玻璃棒、 、 以及等质量的几片滤纸。

(2)计算。配制该溶液需取Na2CO3固体的质量为 g。 (3)称量。

①天平调平之后,应将天平的游码调至某个位置,请在图中用一根竖线标出游码左边缘所处的位置;

②称量过程中Na2CO3固体应放在天平的 (填“左盘”或“右盘”); ③称量完毕,将药品倒入烧杯中。

(4)溶解、冷却,该步实验中需要使用玻璃棒,目的是 。 (5)转移、洗涤。在转移时应使用 引流,洗涤烧杯2~3次是为了 。

(6)定容,摇匀。

(7)在配制过程中,某学生观察定容时液面情况如图所示,所配制溶液浓度将会 (填“偏高”“偏低”或 “无影响”)。

【解析】(1)配制480 mL 0.50 mol·L1的Na2CO3溶液,必须用500 mL的容量瓶。

--

(2)m(Na2CO3)=0.5 L×0.50 mol·L1×106 g·mol1=26.5 g。(3)用托盘天平称量时,物品应放在左盘中,右盘中放砝码,而小于1 g应移动游码,故游码应调至0.5 g处。(4)在溶解过程中玻璃棒是搅拌溶液,以加速溶解。(5)在转移时应使用玻璃棒引流,以防止溶液流到容量瓶外,洗涤是为了保证将溶质全部转移至容量瓶。(7)定容时仰视液面会造成液体体积偏大,浓度偏低。

【答案】(1)500 mL容量瓶 胶头滴管 (2)26.5 (3)①

②左盘 (4)搅拌,加速溶解 (5)玻璃棒 保证溶质全部转移至容量瓶 (7)偏低

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/li8r.html

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