专题十 滴定法测定

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  高考动向
  了解酸式滴定管、碱式滴定管和指示剂的使用方法、酸碱中和滴定的基本操作,掌握物质的量在(酸碱中和反应、氧化还原反应、沉淀反应、络合反应等)化学方程式或离子方程式计算中的应用、物质的量浓度或质量分数的计算等。
  考点分析
  考点1. 滴定管和酸碱指示剂的使用方法
  (1)滴定所用仪器。
  图(1)是酸式滴定管,图(2)是碱式滴定管、滴定管夹、铁架台、烧杯、锥形瓶。有磨口玻璃塞的酸式滴定管、含有碳碳双键的橡胶管的碱式滴定管用于准确量取参加酸碱中和反应(或氧化还原反应、沉淀反应、络合反应等)的两种溶液的体积。
  (2)使用滴定管的注意事项。
  ①“0”刻度在上方;②使用前要检查是否漏水;③读数时,视线与凹液面最低点相平;④要用待装液润洗;⑤酸式滴定管不能盛取碱性溶液;碱式滴定管不能盛取酸性、氧化性溶液。
  (3)指示剂的使用。
  ①25℃时,三种酸碱指示剂的变色范围及其应用
  ②若滴定终点时溶液呈酸性,选择在酸性范围内变色的甲基橙;若滴定终点时溶液呈碱性,选择在碱性范围内变色的酚酞。对于氧化还原滴定,常根据淀粉遇碘变蓝、酸性高锰酸钾遇还原剂褪色等现象判断滴定终点。
  考点2. 酸碱中和滴定实验的基本操作(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)
  (1)滴定前的准备。
  ①滴定管:查漏→洗涤→润洗→装液→排气泡→调液面→记录。
  ②锥形瓶:注碱液→记体积→加指示剂。
  (2)滴定。
  (3)终点判断。
  滴入一滴标准液,指示剂变色,且在半分钟内不恢复原来的颜色,视为滴定终点并记录标准液的体积。
  (4)数据处理。
  按上述操作重复2 ~ 3次,求消耗标准盐酸体积的平均值,根据c(NaOH)=■进行计算。
  考点3. 滴定的误差分析(以标准酸溶液滴定未知浓度的碱,酚酞作指示剂)
  考点突破
  1. 滴定所用仪器的选择和使用方法。
  滴定管用于准确量取标准溶液的体积,精确度约为0.01mL,越往下刻度越大,50 mL滴定管最大刻度为50 mL,50 mL刻度以下还有一段没有刻度。锥形瓶用于盛放一定体积的待测溶液,使用前需用蒸馏水洗涤干净,不必烘干,也不必用待装液润洗。待测溶液的体积可以用滴定管量取,也可以用移液管量取。
  【例1】(2014·江苏,21B(2))磷酸铁(FePO4·2H2O,难溶于水的米白色固体)可用于生成药物、食品添加剂和锂离子电池的正极材料,实验室可通过下列实验制备磷酸铁。称取一定量已除去油污的废铁屑,加入稍过量的稀硫酸,加热、搅拌,反应一段时间后过滤,向滤液中加入一定量H2O2氧化Fe2 。为确定加入H2O2的量,需先用K2Cr2O7标准溶液滴定滤液中的Fe2 ,离子方程式如下:Cr2O72- 6Fe2 14H = 2Cr3 6Fe3 7H2O。
  ①在向滴定管注入K2Cr2O7标准溶液前,滴定管需要检漏、 和 。
  ②若滴定x mL滤液中的Fe2 ,消耗a mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液b mL,则滤液中c(Fe2 )= mol·L-1。
  【解析】①由滴定管的使用方法可知,向酸式滴定管注入K2Cr2O7标准溶液前,滴定管需要检漏、用蒸馏水洗涤干净、用K2Cr2O7标准溶液润洗2~3次;②由n=c·V、Cr2O72- 6Fe2 14H = 2Cr3 6Fe3 7H2O,c=n/V可知,滤液中c(Fe2 )= (a × b × 10-3)× 6 ×(x × 10-3) mol·L-1 = 6ab/x mol·L-1。
  【答案】①用蒸馏水洗净 用K2Cr2O7标准溶液润洗2~3次 ②6ab/x
  点评:本题以磷酸铁的制备为背景,考查考生对无机物重要性质等基本知识的掌握,考查滴定管的使用、氧化还原滴定、物质的量及其在离子方程式计算中的应用等,考查考生基本的实验操作技能以及分析、解决问题的能力。
  2. 指示剂的选择。
  准确判断酸碱中和、氧化还原、沉淀、络合等滴定终点是滴定法测定实验的关键,根据指示剂变色且半分钟内不恢复原来颜色等现象可以判断滴定终点。酸碱指示剂变色幅度一般不超过2个pH单位,石蕊溶液变色范围较宽(△pH=8.0-5.0=3.0),且滴定终点时颜色的变化不易观察,因此不宜用石蕊作酸碱中和滴定的指示剂。
  【例2】(2014·上海,36-37)在精制饱和食盐水中加入碳酸氢铵可制备小苏打(NaHCO3),并提取氯化铵作为肥料或进一步提纯为工业氯化铵。
  (1)称取1.840 g小苏打样品(含少量NaCl),配成250 mL溶液,取出25.00 mL用0.1000 mol·L-1盐酸滴定,消耗盐酸21.50 mL。
  实验中所需的定量仪器除滴定管外,还有电子天平、
  。
  选甲基橙而不选酚酞作为指示剂的原因是 。
  样品中NaHCO3的质量分数为 。(保留3位小数)
  (2)将一定质量小苏打样品(含少量NaCl)溶于足量盐酸,蒸干后称量固体质量,也可测定小苏打的含量。若蒸发过程中有少量液体溅出,则测定结果_______。(选填“偏高”、“偏低”或“无影响”)
  【解析】(1)取出25.00 mL样品溶液需要碱式滴定管或移液管,配成250 mL溶液需要250 mL容量瓶,称取1.840 g样品需要电子天平或分析天平;NaHCO3与HCl恰好完全反应时所得溶液呈酸性(生成的CO2能溶于水),甲基橙变色的pH范围为3.1~4.4,而酚酞变色的pH范围为8.2~10.0,如果酚酞为指示剂,就不能确定滴定终点;由n=c·V、NaHCO3 HCl = NaCl CO2↑ H2O、m=n·M等可知,样品中NaHCO3质量分数的计算表达式为: × 100%,计算结果约为98.2%或0.982;(2)由NaHCO3 HCl = NaCl CO2↑ H2O可知,由差量法可知,样品中NaHCO3质量分数的计算表达式为:×100%,若蒸发过程中有少量液体溅出,最终生成的NaCl固体质量偏小,Δm(实验前后固体)偏大,则测定结果偏高。   【答案】(1)250mL容量瓶选用酚酞作为指示剂,不能确定滴定终点0.982(2)偏高
  点评:强酸强碱的滴定时可以用酚酞或甲基橙,强碱滴定弱酸,最终生成的是强碱弱酸盐,滴定终点时溶液呈碱性,选择酚酞做指示剂;而强酸滴定弱碱时,最终生成的是强酸弱碱盐,滴定终点时溶液呈酸性,则选甲基橙做指示剂。
  3. 滴定终点、数据处理。
  无论是酸碱中和滴定,还是氧化还原滴定、沉淀滴定、络合滴定,所得数据主要用于物质的量浓度、物质的量、质量、质量分数等的计算。解答的一般模式如下:先观察滴定管前后读数,由此可得标准溶液的体积 = 滴定后读数 - 滴定前读数;再由n = c·V计算标准溶液中溶质的物质的量;根据化学方程式或离子方程式中两种物质的物质的量之比等于对应系数之比,计算待测液中溶质的物质的量;最后,根据题目要求计算产品组成或纯度等。
  【例3】(2014·天津,9(5)(6))Na2S2O3是重要的化工原料,易溶于水。在中性或碱性环境中稳定。
  Ⅰ. 制备Na2S2O3·5H2O
  实验步骤:①称取15 g Na2SO3加入圆底烧瓶中,再加入80 mL蒸馏水。另取5 g研细的硫粉,用3 mL乙醇润湿,加入上述溶液中。
  ②安装实验装置(如图1所示,部分加持装置略去),水浴加热,微沸60分钟。
  ③趁热过滤,将滤液水浴加热浓缩,冷却析出Na2S2O3·5H2O,经过滤,洗涤,干燥,得到产品。
  Ⅱ. 测定产品纯度
  准确称取W g产品,用适量蒸馏水溶解,以淀粉作指示剂,用0.1000 mol·L-1碘的标准溶液滴定。反应原理:2S2O32- I2=S4O62- 2I-
  (1)滴定至终点时,溶液颜色的变化: 。
  (2)滴定起始和终点的液面位置如图2所示,则消耗碘的标准溶液体积为 mL。产品的纯度为(设Na2S2O3·5H2O相对分子质量为M) 。
  【解析】(1)终点前,S2O32-过量,I2被还原为I-,无色淀粉溶液遇I-不变蓝;终点时,I2过量,淀粉遇单质碘变蓝且半分钟内不褪色;(2)读图可知,酸式滴定管中碘的标准溶液起始、终点体积分别为0 mL、18.10 mL,二者之差为消耗碘的标准溶液体积,即18.10 mL;由n=c·V、2S2O32- I2 = S4O62- 2I-、m=n·M可知,Na2S2O3·5H2O产品纯度的计算表达式为:×100%。
  【答案】(1)由无色变为蓝色且半分钟内不褪色
  (2)18.10 ×100%
  点评:本题以Na2S2O3晶体的制备、产品纯度的测定为载体,考查考生对无机化合物重要性质及应用等基本知识的掌握,设置滴定管的读数、滴定终点的判断、常见物质的检验、酸碱中和滴定、物质的量及其在化学方程式计算中的应用等问题,考查考生基本的实验操作技能以及分析、解决问题的能力。
  4. 误差分析。
  滴定类实验误差分析的关键是标准溶液的体积有没有受到1个变量的影响?受到什么样的影响?若滴定时消耗标准溶液的体积变小,则标准溶液中溶质的物质的量变小,根据化学方程式或离子方程式计算所得待测液中溶质的物质的量变小,导致测定结果偏低;若滴定时消耗标准溶液的体积变大,则标准溶液中溶质的物质的量变大,根据化学方程式或离子方程式计算所得待测液中溶质的物质的量变大,使测定结果偏高。
  【例4】(2014·重庆,9(3)(4)(5))中华人民共和国国家标准(GB2760-2011)规定葡萄酒中SO2最大使用量为0.25 g·L-1。某兴趣小组用图3装置(夹持装置略)收集某葡萄酒中SO2,并对含量进行测定。
  B中加入300.00 mL葡萄酒和适量盐酸,加热使SO2全部逸出并与C中H2O2完全反应。
  (1)除去C中过量的H2O2,然后用0.0900 mol·L-1 NaOH标准溶液进行滴定,滴定前排气泡时,应选择图4中的 ;若滴定终点时溶液的pH=8.8,则选择的指示剂为 ;若用50 mL滴定管进行实验,当滴定管中的液面在“10”处,则管内液体的体积(填序号) (①=10mL,②=40mL,③<10mL,④>40mL)。
  (2)滴定至终点时,消耗NaOH溶液25.00 mL,该葡萄酒中SO2含量为 g·L-1。
  (3)该测定结果比实际值偏高,分析原因并利用现有装置提出改进措施
  。
  【解析】(1)碱性的NaOH标准溶液盛于碱式滴定管,不能使用酸式滴定管;先将橡胶管略微弯向上,再挤压玻璃球,使管内溶液流出,才能排除气泡;甲基橙变色的pH范围为3.1-4.4,酚酞变色的pH范围为8.2~10.0,石蕊变色的pH范围为5.0~8.0,因此只有酚酞符合要求;从上到下,滴定管的刻度逐渐增大,且“50”以下无刻度,则50 mL滴定管液面“10”以下、活塞以上液体体积大于40mL;(2)由n = c·V、2NaOH H2SO4 = Na2SO4 2H2O、SO2 H2O2 = H2SO4、m=n·M等可知,葡萄酒中SO2含量的计算表达式为 g·L-1,计算结果为0.24 g·L-1,小于0.25 g·L-1,符合中华人民共和国国家标准(GB2760-2011);(3)酸和加热都能使SO2的溶解平衡向生成SO2气体方向移动,但盐酸具有挥发性,能使C中酸的量增多,导致消耗NaOH 标准溶液的体积偏大,测定结果比实际值偏高;用不易挥发的强酸代替盐酸,如磷酸、硫酸,或用蒸馏水代替葡萄酒进行对比实验,记录所得数据,扣除盐酸挥发的影响,可以改进实验方案。
  【答案】(1)③ 酚酞 ④(2)0.24(3)原因:盐酸的挥发 改进措施:用不挥发的强酸例如硫酸代替盐酸,或用蒸馏水代替葡萄酒进行对比实验,扣除盐酸挥发的影响   点评:本题以葡萄酒中SO2含量的测定实验为背景,考查滴定管的使用、SO2的还原性、酸碱中和滴定、物质的量及其在化学方程式计算中的应用、误差分析及改进实验方案等,考查考生基本的实验操作技能、初步评价和设计实验的能力以及分析问题、解决问题的能力,考查考生的创新能力和思维方法。
  决胜高考
  1.(2015·广东,12)准确移取20.00mL某待测HCl溶液于锥形瓶中,用0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定,下列说法正确的是
  A. 滴定管用蒸馏水洗涤后,装入NaOH溶液进行滴定
  B. 随着NaOH溶液滴入,锥形瓶中溶液pH由小变大
  C. 用酚酞作指示剂,当锥形瓶中溶液由红色变无色时停止滴定
  D. 滴定达终点时,发现滴定管尖嘴部分有悬滴,则测定结果偏小
  2. 下列实验操作正确的是
  A. 用玻璃棒蘸取CH3COOH溶液点在水湿润的pH试纸上,测定该溶液的pH
  B. 中和滴定时,滴定管用所盛装的反应液润洗2~3次
  C. 用图5(甲)配制0.10 mol·L-1NaOH溶液
  D. 用图5(乙)记录滴定终点读数为12.20 mL
  3. (2015·山东,31(3))已知:2CrO42- 2H =Cr2O72- H2O、Ba2 CrO42-=BaCrO4↓,利用简洁酸碱滴定法可测定Ba2 的含量,实验分两步进行。
  步骤I:移取x mL一定浓度的Na2CrO4溶液与锥形瓶中,加入酸碱指示剂,用b mol·L-1盐酸标准液滴定至终点,测得滴加盐酸体积为V0 mL。
  步骤II:移取y mLBaCl2溶液于锥形瓶中,加入x mL与步骤I相同浓度的Na2CrO4溶液,待Ba2 完全沉淀后,再加入酸碱指示剂,用b mol·L-1盐酸标准液滴定至终点,测得滴加盐酸的体积为V1 mL。
  滴加盐酸标准液时应用酸式滴定管,“0”刻度位于滴定管的 (填“上方”或“下方”)。BaCl2溶液的浓度为 mol·L-1,若步骤II中滴加盐酸时有少量待测液溅出,Ba2 浓度测量值将 (填“偏大”或“偏小”)。
  4. (2015·全国课标II,28(3))二氧化氯(ClO2,黄绿色易溶于水的气体)是高效、低毒的消毒剂,实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料,通过以下过程制备ClO2,用下图装置可以测定混合气中ClO2的含量:
  I. 在锥形瓶中加入足量的碘化钾,用50 mL水溶解后,再加入 3 mL 稀硫酸;
  II. 在玻璃液封装置中加入水,使液面没过玻璃液封管的管口;
  III. 将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收;
  IV. 将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中;
  V. 用0.1000 mol·L-1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液(I2 2 S2O32- = 2 I- S4O62-),指示剂显示终点时共用去20.00 mL硫代硫酸钠溶液。在此过程中:
  ①锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为
  。
  ②玻璃液封装置的作用是 。
  ③V中加入的指示剂通常为 ,滴定至终点的现象是 。
  ④测得混合气中ClO2的质量为 g。
  5.(2015·四川,9(2)(3))(NH4)2SO4是常见的化肥和化工原料,受热易分解。某兴趣小组拟探究其分解产物。
  [查阅资料](NH4)2SO4在260℃和400℃时分解产物不同。
  [实验探究]该小组拟选用下图所示装置进行实验(夹持和加热装置略)
  实验1:连接装置A-B-C-D,检查气密性,按图示加入试剂(装置B盛0.5000mol·L-1盐酸70.00 mL)。通入N2排尽空气后,于260℃加热装置A一段时间,停止加热,冷却,停止通入N2。品红溶液不褪色,取下装置B,加入指示剂,用0.2000 mol·L-1 NaOH溶液滴定剩余盐酸,终点时消耗NaOH溶液25.00 mL。经检验滴定后的溶液中无SO42-。
  (1)滴定前,下列操作的正确顺序是_________(填字母编号)。
  a. 盛装0.2000 mol·L-1NaOH溶液
  b. 用0.2000 mol·L-1NaOH溶液润洗
  c. 读数、记录
  d. 查漏、清洗
  e. 排尽滴定管尖嘴的气泡并调整液面
  (2)装置B内溶液吸收气体的物质的量是 mol。
  6.(2015·全国课标I,36(6))准确称取所制备的氯化亚铜样品mg,将其置于过量的FeCl3溶液中,待样品完全溶解后,加入适量稀硫酸,用a mol·L-1的K2Cr2O7溶液滴定到终点,消耗K2Cr2O7溶液b mL,反应中Cr2O72-被还原为Cr3 ,样品中CuCl的质量分数为 。
  7.(2015·江苏,18(4))软锰矿(主要成分MnO2,杂质金属元素Fe、Al、Mg等)的水悬浊液与烟气中SO2反应可制备MnSO4·H2O,准确称取0.1710gMnSO4·H2O样品置于锥形瓶中,加入适量H3PO4和NH4NO3溶液,加热使Mn2 全部氧化成Mn3 ,用c(Fe2 )=0.0500mol·L-1的标准溶液滴定至终点(滴定过程中Mn3 被还原为Mn2 ),消耗Fe2 溶液20.00mL。计算MnSO4·H2O样品的纯度(请给出计算过程)。
  答案点拨
  1. B
  2. B
  3. 上方 偏大
  4. ①2ClO2 10I- 8H =2Cl- 5I2 4H2O ②吸收残余的二氧化氯气体(避免碘的逸出)③淀粉溶液 溶液由蓝色变为无色,且半分钟内溶液颜色不再改)④0.02700
  作者单位:(雷范军,佛山高明区纪念中学;乐善堂,华南师范大学化学与环境学院;)
  责任编校 李平安
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