滴定分析待測物質含量計算的教學方法探討

趙景波

【摘要】本文針對分析化學中滴定分析的計算，學生不易靈活應用和熟練掌握的困窘，通過長期的教學實踐，總結出滴定分析中的計算方法教學新思路，以“寫反應、找關系、統單位、準計算、取位數”路徑展開教學，收到了良好的效果。

【關鍵詞】滴定分析 計算 方法 應用

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）05-0253-02

化學分析包括滴定分析和重量分析，分析方法選定正確，操作準確最后結果要通過計算得出，重量分析計算較為簡單，易于掌握，滴定分析也稱容量分析包括四大滴定（酸堿滴定、配位滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定），有些計算較為復雜，不易熟用，學生只會運用已有的公式，如變換題目就無從下手，筆者通過多年的教學和職工培訓探索出了一種易于掌握，無需死記計算的教學方法，歸納起來15個字，就是“寫反應、找關系、統單位、準計算、取位數”。

1.知識要點

在滴定分析計算中有兩形式，一是計算的含量，二是計算標定溶液濃度。被測定物質的含量測定結果表示通常用質量分數WA=■， ms為樣品的質量，通過分析天平稱量得出。樣品中被測組分的質量mA=nAMA，MA為被測定物質的摩爾質量是常量，nA為被測物質的量，可通過與標準溶液的物質的量nT求得。待標的標準溶液的濃度用物質的量濃度cA表示，cA=nA/VA求得，VA為滴定的體積，通過滴定管讀出，nA可通過與基準物質的物質的量n求得。滴定分析化學反應計量點是通過指示劑得出的，化學反應計量點是滴定劑與被測組分按照滴定反應方程式所示計量關系定量地完全反應時的點。只要能求出nT，然后通過nT與被測組分的nA之間的關系就可求出nA（這也是計算過程中的關鍵所在）。即可得出所求的被測物質含量WA和待標溶液的濃度cA。理清了這些關系，對待滴定分析計算就不會有死記公式機械應用，而是能靈活應用。

2.教學方法

2.1寫反應

寫出滴定完全反應的化學方程式是計算的前提，如果方程式寫不出，或不完整，那后面幾步都無從做起，首先要審題，分步分析，反應物生成物都要列出，直接滴定法反應物和生成物較為明朗，而返滴定法、間接滴定法和置換滴定法則較為復雜。配平十分關鍵，特別是氧化還原的配平要掌握其配平的原則，做到化學反應物質守恒。

2.2找關系

找關系即找出被測物質與滴定劑物質的量關系，這步是整個計算過程最重要的一步，也是學生最難掌握的，這個環節做好后面都迎刃而解了。通過化學反應方程式找出關系通常有兩種方法，一是依據是“等物質的量規則”。即在滴定分析中，根據滴定反應選取適當的基本單元，滴定到達化學計量點時，待測組分的物質的量（nA）就等于所消耗標準滴定溶液的物質的量（nT）。

即：nA=nT

應用等物質的量反應規則進行滴定分析計算， 關鍵在于選擇基本單元。滴定分析中， 被測組分與標準溶液之間是嚴格按照化學計量關系進行反應的。滴定分析中，通常以實際反應的最小單元為基本單元。對于質子轉移的酸堿反應，通常以轉移一個質子的特定組合作為反應物的基本單元，如1/2H2SO4、 1/2Na2CO3。對于電子轉移的氧化還原反應，通常以轉移一個電子的特定組合作為反應物的基本單元，如1/5KMnO4。基本單元的概念及怎樣確定，學生理解有些困難，與中學所學的化學反應方程式有些差異，而且不直觀，通過十余年的教學感覺不太理想。筆者在教學中采用第二種方法，根據化學反應方程式中被測物質與標準溶液的系數確定比例關系而得出被測物質的物質的量關系。

tT+aA=P

由 nA：nT=a：t

得 nA =a/t nT

直接滴定法容易確定，間接滴定采用間接式確定也很容易確定。

如：在酸性溶液中， 用KMnO4標準滴定溶液滴定Na2C2O4的反應為：

2MnO■■+5C2O■■+16H■→2Mn■+10CO■？邙+8H■O

由n ■：n■=2：5

得n■=2/5n■

如：用基準物K2Cr2O7 （M=294 g/mol）標定0.1mol/LFe2+溶液：

Cr■O■■+ 6 Fe■ → Fe■+ Cr■，

由n■：n■+=1：6

得 n■+= 6n■

2.3 統單位

統一計算過程中的量的單位，在滴定操作中，標準溶液的濃度通常用物質量的濃度mol/L，物質的量n=c·V，操作中滴定管及移液管讀出的數字為mL，計算中應轉換為L，1mL=1×10-3L，質量單位用g。

2.4準計算

準確計算，計算可根據被測物質與標準溶液物質的量的關系，所求的含量的表示要求列出關系式逐項展開，代入數據按照有效數字運算規則細心計算即可。整個計算應一氣呵成，無須分步，這樣才能條理清晰。

2.5取位數

計算的結果取幾位有效數字，關系到結果的可靠性，不可隨意性，有它的科學性。在滴定操作中分析天平為萬分之一天平，讀數為克小數點后四位，通常稱量范圍在0.2～1克之間，滴定管計數正常也為四位即讀到0.01mL（除非讀到10mL以下為三位，但滴定誤差超過范圍，不采用），稱液管讀數也為四位，摩爾質量也為四位。因此，按照有效數字乘除法運算規則計算結果以有效數字最少的那個數據為依據，即結果取四位數，這就是為什么被測物的質量分數為四位數標定出的標準溶液濃度為四位數的原因。，如鐵含量為52.92%，氫氧化鈉標準溶液濃度為0.1024mol/L。像52.9%，52.926%，0.102mol/L，0.10248mol/L等等都不可靠。

3.教學實例

3.1稱取不純CaCO3 0.5500g溶于25.00 mL HCl（0.5020mol/L）溶液中，煮沸除去CO2，過量HCl液用0.5030 mol/L NaOH返滴定耗去4.20 mL，試計算試樣中CaCO3的百分含量。（MCaCO3=100.09）

解：寫方程：

CaCO3+2HCl == CaCl2+CO2+H2O

HCl+NaOH == NaCl+H2O

找關系：

nCaCO■：nHC1=1：2

nCaCO■= 1/2 nHCl

準計算：

CaCO3%=■×100=■×100

=■×100

=■×100

=■×100

=■×100

=■×100

=94.97

3.2用移液管移取H2O2樣品1.00mL，置于250mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻后，移取25.00mL置于錐形瓶中，用0.02000 mol/L KMnO4標準溶液5.00mL滴定至微紅色、1分鐘內不褪色，計算試樣中H2O2的質量濃度（g/mL）。（MH2O2=34.0 g/mol）

解：寫方程：

2MnO4-+5H2O2+6H+== 2Mn2++5O2+8H2O

找關系：

n H2O2：n MnO4-=5：2

n H2O2=5/2n MnO4-

準計算：

WH2O2（g/ml）=■×■

=■×■=0.085

3.3 一般測水中溶解氧的方法是：用溶解氧瓶裝滿水樣后，依次加入1毫升硫酸錳及2毫升堿性碘化鉀，加塞混勻，再加入1.5毫升濃硫酸，蓋好瓶蓋，待沉淀完全溶解并混勻后取出100毫升溶液于三角瓶中，迅速用0.01250mol/L硫代硫酸鈉標準溶液滴定到溶液呈微黃色，再加入1毫升淀粉作指示劑，繼續滴定至藍色剛好退去。耗去溶液7.25毫升，求其中溶解氧的含量（以mg/L計）（忽略樣品處理時加入試劑對體積的影響）。

解：寫方程：

MnSO4+2NaOH=Mn（OH）2+Na2SO4

2Mn（OH）2+O2=2MnO（OH）2

MnO（OH）2+Mn（OH）2=MnMnO3+2H2O

MnMnO3+6H++2I-=2Mn2++I2+3H2O

I2+2S2O■■=2I-+S4O■■

找關系：

1O2～2MnO（OH）2～2MnMnO3～2 I2～4S2O■■1O2 ～4S2O■■

nO2= 1/4 nNa2S2O3

準計算：

O2=1/4（0.01250×7.25） ×32.0×1000/100=7.25（mg/L）

4.總結

教學活動，是教師的教與學生的學的統一活動，活動是在過程中實現的，而過程則是通過活動得以展開的。教師本質是傳授知識，傳授知識更應找出學生易于接受的方法，這就要求教師要不斷摸索教學方法。本文所述的滴定分析計算的教學方法應用，在近幾年的高職教學和在職化驗工培訓中取得了顯著的效果，學員普遍反映計算不再難了，不需死記硬背便可自己掌握了，在考試和職業技能鑒定中考核中計算題錯誤率大大降低。

參考文獻：

[1]劉珍.化驗員讀本（第四版）[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2]武漢大學主編.分析化學（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3]高職高專化學教材編寫組編.分析化學（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2000.