本文将为大家分享AP化学考试范围内的全部16个实验信息与考点整理。不出意外的话,CB是不会考到这16个实验以外的内容的。所以选了AP化学考试的小伙伴,一定要抽出时间过一下这篇文章,不然就是在白白放弃送你的分了。
调整后的AP化学考核仍然分为2个部分,但每个部分的内容都有所变化。
AP化学考试部分
选择题原来的75题改革后减少为60题。做对一题得一分,做错或者不选不扣分。
另外,2013年以前的每一道选择题设有5个选项,改革后的试题中每一道选择题则只设4个选项。
在题型方面,新试题中会有question sets的新题型:就是用一套数据应用于多道题目,有些类似于free response的出题方式。
AP化学考试第二部分
一共设7道大题,比2013年之前增加了一道。
这7道大题按照题目长短分为3道long free response和4道short free response。
AP化学对实验的考察具体表现为:对化学反应的观察,实验数据和现象的记录,实验结果的计算和误差分析,实验结论的有效表达。
在新的化学大纲中,CB推荐了下面16个实验。
AP化学考试实验列表:
Experiment 1: Spectroscopy
Experiment 2: Spectrophotometry
Experiment 3: Gravimetric Analysis
Experiment 4: Titration
Experiment 5: Chromatography
Experiment 6: Determination of the Type of Bonding in Solid Samples
Experiment 7: Stoichiometry
Experiment 8: Redox Titration
Experiment 9: Chemical and Physical Changes
Experiment 10: Kinetics
Experiment 11: Rate Laws
Experiment 12: Calorimetry
Experiment 13: Chemical Equilibrium - LeChâtelier’s Principle
Experiment 14: Acid–Base Titrations
Experiment 15: Buffer pH
Experiment 16: The Capacity of a Buffer
由于时间和条件的限制,没有多少学校的AP化学实验课程能涵盖所有这16个实验,所以准备AP化学考试的同学需要自学一些实验内容“on paper”。
接下来我们就详细分析一下以上实验的考点。
1.Titration, Redox Titration and Acid–BaseTitrations
Tritration、尤其是acid-base titration是一个经常考到的实验内容。
滴定反应的原理:
由已知浓度的标准溶液A滴定未知浓度的溶液B,从而求出溶液B的浓度。
计算方法如下图所示:
滴定实验中常用到的主要设备:
analytical balance,Erlenmeyer flask,buret,pipet,graduated cylinder,pH indicator(pH meter),volumetric flask等。
氧化还原滴定,其中一种溶液一般是有颜色的,所以不需要特地使用其它的指示剂。
酸碱滴定实验,end point的判断是根据酸碱指示剂的颜色变化,下面的表格列出了常用的一些酸碱指示剂和颜色变化所对应pH范围。
对于某个特定的滴定反应,酸碱指示剂的选择标准是,应把滴定反应的equivalence point 包括在其颜色变化的pH范围内。
或者说,酸碱指示剂颜色变化的pH范围应该与滴定反应的equivalence point 越接近越好(酸碱指示剂的pKa与equivalence point的pH值越接近越好)。这样可以减小实验的系统误差。
具体而言,可以根据酸碱的强弱选择酸碱指示剂。
A.强酸与强碱的滴定实验,大部分酸碱指示剂都适用。因为接近滴定的end point时,一滴的强酸或强碱溶液的加入可以使被滴定溶液改变6个pH值。因为pH变化的跨度大,所以大部分酸碱指示剂都可以发生颜色变化。
B.强酸和弱碱的滴定实验,选用在酸性pH条件下变色的指示剂。
C.强碱和弱酸的滴定实验,选用在碱性pH条件下变色的指示剂。
弱酸与弱碱的滴定实验中,或者需要绘制滴定曲线时,使用到的仪器是pH meter。
一般,AP化学考试中常考到的是强酸与弱碱、或者强碱与弱酸的滴定反应。在这类实验中,注意滴定曲线的equivalence point所需体积的一半处所对应曲线点的pH值为弱酸的pKa或者弱碱的pKb。
另外,在滴定实验中会考到对实验误差的分析,这也是对滴定实验操作标准的考察。
需要注意的是:对于盛放标准溶液的buret和量取标准溶液使用到的pipet,在使用之前,先用水清洗,然后一定使用少量的标准溶液进行润洗(rinse),否则会因为少量水粘在玻璃器皿的内壁上稀释标准溶液。
2.Calorimetry
这个实验一般考察的是测量溶液反应中的热量变化,对应的是thermochemistry中的内容。
实验使用的设备:
thermometer,calorimeter (coffee-cup type, polystyrene cups),magnetic stirrers,stirring bar或者stirring rod等。
Calorimetry实验中的计算:
根据反应前后的温度变化值△T,specific heat capacity(c)和溶液质量m,由公式q = c m △T,可求出溶液的热量变化值(如要求,还需要根据calorimeter的heat capacity和温度变化值求出其热量变化值,与溶液的热量变化值相加)。注意,溶液和calorimeter的q之和与反应的q的绝对值相等,但符号相反。
3. 实验中用到的分离纯化方法
实验中用于混合物质的分离纯化方法可以分为五种,分别为:Precipitation, Filtration,Centrifugation,Distillation和Chromatography。
Precipitation
Precipitation主要用于Gravimetric Analysis的实验中,通常和Filtration配合使用。
例如,使用形成碳酸盐沉淀的形式标定硬水中的hardness的实验。
首先,将水中的Ca2+、 Mg2+等以CaCO3、MgCO3沉淀,然后进行Filtration、干燥后称重,求出水中Ca2+、 Mg2+质量和浓度。
注意,Filtration的形式可以分为gravity filtration和suction filtration两种,后者在减压条件下进行,可以增快过滤。
Centrifugation
Centrifugation在AP化学中考察的比较少,是一种主要用于将suspension中的固体物质用centrifuge与液体分开的分离方法。
Distillation适用于沸点相差比较大的液体混合物质。
Volatile的液体先达到沸点,将其蒸汽收集后冷却为液体,实现混合物液体物质的分离。
Chromatography
Chromatography是一种重要的分离纯化方法。
试验中,首先将含有混合物的溶液样品吸附在固定相(stationery phase)上,可以是paper chromatography的滤纸或者TLC(thin-layered chromatography)中的silica gel。
然后,使用流动相(mobile phase,一般是一些solvent组成的混合溶液)在滤纸或silica gel上展开。因为样品中不同组分的polarity不同,在固定相上随流动相移动的速率也不同。一段时间后,样品中的不同混合物可以分开。
一般,使用滤纸或silica gel作为固定相的chromatography中,polar物质比nonpolar物质移动更慢些。
4. Gravimetric Analysis试验中的误差分析
这是AP化学中常考到的一类题,例如下面这道题,是对测定含有结晶水化合物中结晶水百分含量的误差分析。
AP化学考试例题
After completing an experiment to determinegravimetrically the percentage of water in a hydrate, a student reported a value of 38 percent.The correct value for the percentage of water inthe hydrate is 51 percent. Which of the followingis the most likely explanation for this difference?
(A) Strong initial heating caused some of the hydrate sample to spatter out of the crucible.
(B) The dehydrated sample absorbed moisture after heating.
(C) The amount of the hydrate sample used was too small.
(D) The crucible was not heated to constant mass before use.
(E) Excess heating caused the dehydrated sample to decompose.
首先需要了解实验方法。
将含有结晶水的物质进行加热,除去结晶水。根据加热前后样品的质量差值求出结晶水的质量,然后除以加热前样品质量求出结晶水的百分含量。
这道题中,实验结果低于理论值,如果加热后,因为实验误差是测量样品质量值偏大,则会使计算出的结晶水质量偏低,百分含量也会偏低。
所以这道题的正确选项为B。如果加热后的样品因为吸收了空气中的水蒸气,会使实验结果低于理论值。
5. 实验操作中的安全事项
对于特殊化学样品和试剂,需要按照标准操作规程进行,例如下题是关于强酸强碱的稀释方法。
例题
浓酸与水的混合过程中,需要将浓酸缓慢滴入大量水中,不能将水加入浓酸中。因为稀释的过程中会放出大量热。将浓酸缓慢滴入大量水中时,热量可以被水所吸收。相反,如果将水加入浓酸中,因为浓酸的密度更大,酸与水混合产生的热量不易散出,会使酸液飞溅出来。所以这道题的正确选项是B。
AP化学考试中的实验占比还是很大的。复习这部分内容时,应该理解每一个实验的操作方法,熟悉实验中用到的设备,能够根据实验数据进行相关计算和误差分析。只有数量掌握需验证的化学原理,才能以不变应万变。
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