中和滴定的新拓展

【例1】土壤中有機物質含量的高低是判斷土壤肥力的重要指標，通常通過測定土壤中碳的含量來換算。方法如下：準確稱取一定量的風干土樣2g，加入10ml某濃度的K₂Cr₂O₇，使土壤中的碳氧化，反應的化學方程式為：

2K₂Cr2O₇+3C+8H₂SO₄=2K₂SO₄+2Cr₂(SO₄)₃+3CO₂↑+8H₂O，用濃度為0．2mol·L^-1的FeSO₄溶液滴定溶液中剩余的K₂Cr₂O₇，用去FeSO₄溶液體積為19．5ml，其反應的化學方程式為：

K₂Cr₂O₇+FeSO₄+H₂SO₄→K₂SO₄+Cr₂(SO₄)₃+Fe₂(SO₄)₃+H₂O(未配平)；

另取一份等量相同濃度的K₂Cr₂O₇溶液，用相同的0．2mol·L^-1的FeSO₄溶液滴定，消耗FeSO₄溶液體積為49．5ml。請計算土壤中碳的質量分數。

[解析](1)計算K₂Cr₂O₇的濃度，由電子守恒得：

[c(K₂Cr₂O₇)×0．01L]×6=[0．2mol·L^-1×0．0495L]×1，c(K₂Cr₂O₇)=0．165mol·L^-1；K₂Cr₂O₇總的物質的量為：n(K₂Cr₂O₇)=0．165 mol·L^-1×0．01L=1．65×10^-3mol。

(2)設土樣中碳的物質的量為x，則：

剩余的n(K₂Cr₂O₇)由電子守恒得：

n(K₂Cr₂O₇)×6=(0．2mol·L^-1×0．0195L)×1，n(K₂Cr₂O₇)=6．5×10^-4mol，則與碳反應的n(K₂Cr₂O₇)=1．65×10^-3mol-6．5×10^-4·mol=1．0×10^-3mol

[例2]某種胃藥片的制酸劑為碳酸鈣，其中所含的制酸劑質量的測定如下：

①需配制0．1mol·L^-1的鹽酸和0．1mol·L^-1的氫氧化鈉溶液；

②每次取一粒(藥片質量均相同)0．2g的此胃藥片，磨碎后加入20ml蒸餾水；

③以酚酞為指示劑，用0．1·mol·L^-1的氫氧化鈉溶液滴定，至用去Vml達滴定終點；

④加入25m10．1·mol·L^-1的鹽酸溶液。

(1)寫出實驗過程的步驟(寫編號順序)______________。

(2)圖所示的儀器中配制0．1mol·L^-1鹽酸溶液和0．1mol·L^-1氫氧化鈉溶液肯定不需要的儀器是(填序號)______________________________，配制上述溶液還需要的玻璃儀器是(填儀器名稱)____________________。

(3)配制上述溶液應選用的容量瓶的規格是(填字母)______。

A．50ml、50ml B．100ml、100ml

C．100ml、150ml D．250ml、250ml

(4)寫出有關的化學方程式__________________。

(5)胃藥中含碳酸鈣的質量是________________。

【解析】這是中和滴定與一定物質的量濃度溶液配制的兩個實驗的綜合，也是化學實驗與化學計算的綜合。

(1)這一問主要是為了考查學生對中和滴定實驗過程的理解和掌握情況而設置的。為了保證所得滴定結果的準確性，同一樣品溶液要重復滴定2次以上。所以操作步驟應為：①②④③②④③(或②①④③②④③)。但有好多學生沒有想到要重復滴定一次，回答成①②④③。

(2)第(2)問的回答也是要從中和滴定實驗操作過程去聯想回憶。答案為：A、C；玻璃棒、燒杯。

(3)要滴定2次以上，所以樣品溶液的總體積應超過50ml，應選B。

(4)CaCO₃+2HCl=CaCl₂+CO₂↑+H₂O

HCl+NaOH=NaCl+H₂O

(5)[2．5×10^-3-5×10^-5(V₁+V₂)]×100g

【例3】新裝修的居室內，甲醛濃度往往很大，嚴重污染空氣。10^-5mol／L的紫色KMnO₄溶液遇甲醛氣體即褪色。用該反應可測定室內空氣甲醛含量。

(1)試設計實驗，配制得到200ml 1×10^-4mol·L^-1的KMnO₄溶液。

(2)用2．5ml注射器準確量取2ml 1×10^-4mol·L^-1的KMnO₄溶液，注入六孔穴板1^#孔內，加入3滴6mol·L^-1H₂SO₄溶液，蓋好塞子，按圖連接好裝置。將此裝置置于待測地點，緩慢抽氣，每次抽氣50ml，直到紅色褪去，記錄抽氣次數。

寫出甲醛與酸性KMnO₄溶液反應的化學方程式。

(3)設抽氣次數為n，試計算甲醛在空氣中的含量(mg·m^-3)。

(4)若室內空氣中甲醛氣體最高允許濃度為20mg·m^-3，試分析討論室內空氣符合標準時n的取值范圍。

(5)在實驗過程中應注意什么?

【解析】：甲醛是一種有毒氣體，其易被氧化劑氧化，常用與KMnO₄反應來測定，反應為：

5CH₂O+4KMnO₄+6H₂SO₄=5CO₂+11H₂O+2K₂SO₄+4MnSO₄，據此可進行定量計算，來測定空氣中cH：0的含量。

答案：(1)準確稱取1．58gKMnO₄，用少量水溶解，轉入1000ml容量瓶中，定容1000ml。取此溶液2ml稀釋100倍，即得到1×10^-4mol·L^-1的KMnO₄溶液。

(4)n≥15，即符合標準。

(5)抽氣時應慢慢地抽拉活塞，否則反應不完全，測定結果偏低。KMnO₄應隨配隨甩。

點評：家庭環境日益為人們所關注，本題考查學生用所學知識解決日常生活中問題的能力，特別是由定性提高為定量測量，同時引導人們關心生活，關注社會。

【例4】過量(理論量的150％)H₂C₂O₄和Fe(Ⅱ)鹽溶液反應得到黃色沉淀，經過濾、洗滌、干燥后稱取0．264g黃色固體溶于稀硫酸加熱到約70℃，用0．02mol／LKMnO₄溶液滴定到終點，消耗44．1ml。使滴定后溶液流經盛有鋅汞齊的管，把溶液中的Fe³⁺離子完全還原為亞鐵離子，再用上述KMnO₄滴定達終點，消耗14．68ml。寫出黃色物質的化學式。

若往第一次滴定后溶液中加鋅粉和稀硫酸以還原鐵離子為亞鐵離子，為檢驗鐵離子是否已完全被還原，可用NH₄SCN?，F有兩種操作：(1)往溶液中滴加NH₄SCH溶液；(2)用玻璃棒醮取1滴溶液和點滴板穴中NH₄SCN溶液反應。你認為應該按(1)還是(2)操作?簡述理由。

【解析】按題意，亞鐵鹽跟過量草酸反應生的黃色物質可設為“FeC₂O₄·nH₂O”，把FeC₂O₄·nH₂O溶于稀硫酸中，加熱到70℃時，溶解后生成等物質的量的Fe²+和H₂C₂O₄，所以，在酸性條件下第一次滴定時，被KMnO₄氧化的是等物質的量的Fe²和H₂C₂O₄，第二次滴定時只有Fe²⁺離子被氧化。根據電子得失關系可得出以下計算關系：

求得Fe²⁺：1．468×10^-3(mol)～0．82(g)；

C₂O₄²⁺：1．471×10^-3(mol)～1．294(g)

H₂O質量：2．644g-1．294g-0．82g=0．53g～0．0293mol。

所以，黃色物質的化學式為：FeC₂O₄·2H₂O。

應按(2)操作，因為Fe(SCN)₃在溶液中顯血紅色，血紅色溶液中很難根據高錳酸鉀是否過量所引起的顏色來判斷滴定反應的終點。

啟示：中和滴定實驗中包含著許多可以進行延伸的知識內容和能力測試內容，學習中要注意從以下幾個方面去延伸，以擴展自己的知識面，提高分析和解決這類問題的能力。

如從滴定實驗中指示劑使用角度入手，可以有雙指示劑法分階段判斷反應終點、也有以反應本身作指示劑判斷反應終點(如，在用標準的高錳酸鉀溶液滴定某種亞鐵鹽溶液時，由于高錳酸鉀顯較深的紫紅色，可根據過量的高錳酸鉀所引起的溶液的顏色變化來判斷反應終點)等等。

從滴定實驗中所涉及的反應原理分析，還可以推廣到氧化還原反應、綜合反應、沉淀反應中，所以化學研究和實際生產中常用的滴定實驗還有氧化還原滴定(如例2中)、綜合滴定、沉淀滴定等等。

從滴定方法角度可延伸到實際研究中涉及到的一些滴定實驗的方法和技巧。如化學研究中經常用到間接滴定法(如實驗室直接測定NH₄⁺離子濃度常用以下方法來間接地測定：先在待測溶液中加入足量的甲醛溶液，發生如下反應：

4NH₄⁺+6HCHO→(CH₂)₆N₄+4H⁺+6H₂O)；

再用標準強堿溶液滴定所得溶液，可測定出反應所生成的H⁺濃度，進而就可計算出原試樣中銨根離子的濃度。也有用反滴定法(如測定NH₄⁺的濃度也可以用下列方法：先在待測溶液中加入過量的一定體積的標準堿溶液，加熱使生成NH₃揮發除去，再用標準酸溶液來滴定加熱后溶液中剩余的過量堿，從而計算出NH₄⁺的濃度)。