澳大利亞奧林匹克化學競賽“中和滴定”試題二例

文章編號:1005-6629(2010)03-0055-02 中圖分類號:G632.479 文獻標識碼:B

中和滴定是中學化學四個基礎定量實驗之一，它在中學化學實驗中的地位不言而喻。本文選擇了2007年澳大利亞奧林匹克化學競賽中關于中和滴定部分的試題。

客觀題2. 用移液管量取20 mL x溶液于錐形瓶中，用滴定管中的y溶液滴定。整個實驗過程中都用pH測量計監測混合液的pH，隨著y溶液的滴加，混合液pH的變見圖1。

下列選項中哪項最接近于x和y溶液。

解答:根據圖表可知，原20 mL x溶液呈堿性，滴加5 mL y溶液后溶液呈中性，故原x溶液和所滴加y溶液相比較，x呈較弱堿性，y呈較強酸性，答案為B選項。

主觀題16. 過渡金屬的離子具有很多不同的化合價，并且不同價態會有不同的顏色。釩離子的顏色尤其多:用鋅瓶盛裝含釩的溶液經常被用于化學演示，因為這溶液的顏色會隨著釩元素的化合價態改變而改變，分別變成黃色、藍色、綠色、淡紫色等。

(a)完成下列表格

+2價釩離子(V2+)經常被用于氧化還原滴定含Fe3+的未知濃度溶液，使在酸性環境中的Fe3+轉變成Fe2+。

(b)請寫出兩個半式反應以及總反應式，第一個半式已經給出:V2+→V3++e-

Fiona，一個年輕的分析化學家，決定配制0.500 mol·L-1 +2價釩離子的硫酸鹽溶液(VSO4)，她用一瓶含結晶水的硫酸氧釩溶液(VOSO4·2H2O)，但這溶液中溶解了夾雜少量水銀催化劑的過量鋅粒。由于天色將晚，Fiona決定先把溶液過濾并放置，以便第二天可以完成滴定。可是，事與愿違，Fiona發現她精心準備的淡紫色溶液，居然部分轉變成了淺綠色。

(c)寫出在空氣中V2+發生的可能反應。

Fiona粗略地了解了一些原理后，決定用圖2的裝置進行滴定。這個裝置便于制取和存儲V2+，并且充滿H2以隔絕空氣。

Fiona懂得很少量的溶解氧也能影響滴定效果。為了求得Fe3+溶液濃度，她往Fe3+溶液中滴加飽和Na2CO3溶液，生成銹黃色沉淀，接著又滴加稀鹽酸，產生了氣泡。這些氣泡用以趕跑溶液中很少量的溶解氧。

(d)寫出化學反應中銹黃色沉淀和氣體的可能物質。

取25.00 mL Fe3+溶液，用平均滴定法，即用V2+標準溶液滴定未知濃度的Fe3+溶液，所需標準液的體積平均為22.14 mL。

(e)計算配制250 mL標準溶液需要VOSO4·2H2O的質量。

(f)計算含Fe3+溶液的濃度。

滴定過程中的指示劑為KSCN，SCN-能結合溶液中Fe3+而使溶液顯血紅色。

(g)寫出滴定終點溶液的顏色。

Fiona發現V2+和H+之間還可能存在如下反應:

2V2+(aq)+2H+(aq)→2V3+(aq)+H2(aq)

幸好，這個反應在通常條件下非常緩慢。Fiona想起，液相反應通常需要兩個反應階段，第一個階段是結合在一起，第二個階段是生成新物質:(1)A+BA.B;(2)A.B→C

(h)解釋這個反應緩慢的原因。

為了改進滴定的精確度， V2+溶液用標準KMnO4溶液滴定。已知反應中，V2+轉變成VO3-，MnO4-轉變成Mn2+。

(i)寫出V2+和MnO4-反應的方程式。

(j)滴定25.00 mL V2+溶液需要0.283 mol·L-1 KMnO4標準溶液25.34 mL，計算V2+溶液的真實濃度。

(k)用(j)題的答案，計算Fe3+溶液的真實濃度。

解答:

(b)根據題意可知V2+失電子被氧化，則Fe3+得電子被還原:

Fe3++e-→Fe2+ V2++Fe3+→V3++Fe2+

(c)由(b)題可知V2+具有較強的還原性，易被氧化，空氣中的氧氣部分溶解參與反應

V2+→V3++e-(溶液變綠色的原因)

O2+4H++4e-→2H2O(空氣中的氧氣參與反應)

總反應:4V2++O2+4H+→4V3++2H2O

(d)由于所加試劑為Na2CO3溶液，根據反應可知Fe3+和CO32-發生雙水解，生成Fe(OH)3沉淀， 也有可能2Fe3++3CO32-=Fe2(CO3)3。滴加鹽酸之后，生成CO2氣體。

沉淀:Fe(OH)3， 也有可能為Fe2(CO3)3

氣體:CO2

(e)根據公式:m=M×n

Mw(VOSO4·2H2O)=50.94+7×16.00+32.06+4×1.01 =199.04 g·mol-1

n(VOSO4·2H2O)=c·V=0.25 L×0.5 mol·L-1=0.125 mol

m(VOSO4·2H2O)=24.9 g

(f)滴定過程中， 由于V2++Fe3+→V3++Fe2+，則n(Fe2+)=n(V2+)

n(V2+)=c·V=0.02214 L×0.5 mol·L-1=0.01107 mol

n(Fe3+)=n(V2+)

n(Fe3+)=n/V=0.01107 mol/0.025 L=0.443 mol·L-1

(g)滴定前由于含Fe3+，結合SCN-后溶液呈血紅色，滴定后Fe3+轉變成Fe2+，同時生成V3+，由于V3+呈綠色，則滴定終點現象為:血紅色(由于[FeSCN])2+ → 綠色(由于V3+)

(h)根據反應的第一階段V2+和H+結合在一起，但由于V2+和H+都帶正電荷，彼此相互排斥，這就意味著第一階段反應速率很慢。

(i)根據題意V2+被氧化成VO3-，MnO4-被還原成Mn2+，則反應方程式為:

5V2++3MnO4-+3H2O→5VO3-+3Mn2++6H+

(j)滴定過程中， 3n(MnO4-)=5n(V2+)

n(MnO4-)=c·V=0.02534 L×0.283 mol·L-1=7.171×10-3 mol

n(V2+)=(5/3)×n(MnO4-)=1.195×10-2 mol

c(V2+)=n/V=1.195×10-2 mol/0.025 L=0.478 mol·L-1

(k)由于V2++Fe3+→V3++Fe2+， 則n(Fe3+)=n(V2+)

n(V2+)=c·V=0.02214 L×0.478 mol·L-1=0.01059 mol

n(Fe3+)=n(V2+)

c(Fe3+)=n/V=0.01059 mol/0.025 L=0.423 mol·L-1