找準計量關系，構建滴定計算解題思維模型

羅歡綿

滴定法是化學中常用的定量分析方法,通過滴定可以測定某物質或某元素的含量,故該方法常被廣泛應用于食品工業、醫藥制造、環境檢測等行業中．通過分析近幾年高考題可以發現,滴定計算是化學試題的?？伎键c之一．該類題目常以解決實際問題為背景,情境新、綜合性強,既考查學生對化學基礎知識的掌握情況,又考查學生的問題意識、計算能力以及證據推理、模型認知等核心素養,充分體現了以能力立意的命題思想．近3年高考全國卷化學試題關于滴定計算的題目統計如表1所示.

表1

為了提高學生對該類題目的分析能力,本文將結合典型例題進行解析,逐步引導學生找準滴定過程中重要物質之間的計量關系,從而構建出關于滴定計算的常見解題思維模型．

1 “單向一步滴定”思維模型的構建與應用

“單向一步滴定”是將已知準確濃度的標準液滴加到被測物中,直到標準液和被測物按照一定的化學計量關系定量反應為止,然后測出標準液消耗的體積,再根據標準液的消耗量便可按照一定的化學計量關系計算出待測物的含量．在該過程中,往往只需要單向一步滴定就可完成實驗目的．具體思維模型如圖1所示．

圖1

圖2

取ag所得精制磷酸,加適量水稀釋,以百里香酚酞作指示劑,用bmol·L-1NaOH溶液滴定至終點時生成Na2HPO4,消耗NaOH溶液cmL．精制磷酸中H3PO4的質量分數是________．

n(NaOH)∶n(H3PO4)=2∶1．

接著,計算出NaOH的消耗量

n(NaOH)=c(NaOH)·V(NaOH)=
bmol·L-1×c×10-3L=bc×10-3mol．

然后,根據已推知的化學計量關系計算出H3PO4的物質的量

最后,按照題目要求計算出精制磷酸中H3PO4的質量分數

2 “單向多步滴定”思維模型的構建與應用

在該過程中,往往需要進行單向多步連續反應才能實現滴定目的．一般情況下,上一步反應的產物是下一步反應的反應物．解題時,首先根據題意分析各步反應中關鍵物質的化學計量關系;接著,將某中間產物作為中介物,確定被測物、中介物、已知物之間的化學計量關系;然后,將題目中已知用量代入,根據已推知的化學計量關系計算被測物的含量;最后,按題目要求進行相關物理量的轉化計算．具體思維模型如圖3所示．

圖3

圖4

n(CuCl)∶n(FeCl2)∶n(K2Cr2O7)=6∶6∶1．

然后,將題目中已知用量

n(K2Cr2O7)=c(K2Cr2O7)·V(K2Cr2O7)=
amol·L-1×b×10-3L=ab×10-3mol

代入關系式,根據已推知的化學計量關系計算被測物CuCl的物質的量

n(CuCl)=6n(K2Cr2O7)=6ab×10-3mol．

最后,按題目要求可算出樣品中CuCl的質量分數

Ⅰ. 取樣、氧的固定.

用溶解氧瓶采集水樣．記錄大氣壓及水體溫度．將水樣與Mn(OH)2堿性懸濁液(含有KI)混合,反應生成MnO(OH)2,實現氧的固定．

Ⅱ. 酸化、滴定.

回答下列問題: 取100.00mL水樣經固氧、酸化后,用amol·L-1Na2S2O3溶液滴定,以淀粉溶液作指示劑,若消耗Na2S2O3溶液的體積為bmL,則水樣中溶解氧的含量為________mg·L-1．

O2～2Mn(OH)2～2MnO(OH)2,

第2步反應“酸化”有關系式

MnO(OH)2～2I-～Mn2+～I2,

第3步反應“滴定”有關系式

接著,將中間產物MnO(OH)2和I2作為中介物,確定被測物O2、中介物MnO(OH)2和I2、已知物Na2S2O3之間的化學計量關系為

n(O2)∶n[MnO(OH)2]∶n(I2)∶n(Na2S2O3)=
1∶2∶2∶4．

然后,將題目中已知用量

n(Na2S2O3)=c(Na2S2O3)·V(Na2S2O3)=
amol·L-1×b×10-3L=ab×10-3mol

代入關系式,根據已推知的化學計量關系計算被測物O2的物質的量

最后,按題目要求進行相關物理量的轉化計算,即可得100.00mL水樣中溶解氧的質量

所以水樣中溶解氧的含量為

3 “剩余量返滴定”思維模型的構建與應用

在該過程中,被測物會先和某一過量滴定劑進行反應,滴定劑的剩余量會通過后續加入的另一已知準確濃度的標準液進行返滴定．在解決該類題型時,首先根據題意分析各步反應中關鍵物質的化學計量關系;其次,找出被返滴定的過量滴定劑,由已知標準液的用量計算滴定劑的剩余量;接著,由滴定劑的總量減去剩余量,即可得出一開始與被測物反應的滴定劑消耗量;然后,根據已推知的化學計量關系計算被測物的含量;最后,按題目要求進行相關物理量的轉化計算．具體思維模型如圖5所示．

圖5

n(Na2S2O3)=c(Na2S2O3)·V(Na2S2O3)=
0.100 0mol·L-1×V×10-3L=0.100 0 V×10-3mol,

可計算出,在第1步反應后I2的剩余量

接著,由I2的總量減去剩余量,即可得出一開始與S2-反應的I2消耗量

然后,根據已推知的化學計量關系計算S2-的含量

最后,按題目要求可算出S2-的質量分數

關于滴定計算的題目常集真實性、綜合性、新穎性為一體,對學生的能力提出了較高的要求．該類題目的解題關鍵在于要求學生能夠快速、準確找出滴定過程中各種重要物質之間的計量關系,?？蓮囊韵聨讉€方面作為分析的切入點:

1)依據物質性質及反應條件等題目信息判斷出反應物和生成物;

2)依據原子守恒、電子得失守恒、電荷守恒找到反應物與生成物之間的轉化關系;

3)依據物理量定義及計量關系進行相應計算．

在各種思維模型的構建與應用過程中,要抓重點，不斷積累模型構建的經驗,真正實現知識學習和能力培養的雙重突破．