專題八 物質(zhì)純度的測定

李子杰

高考動向

1. 結(jié)合具體實驗或工業(yè)流程對樣品中某種特定產(chǎn)品的含量（以質(zhì)量百分數(shù)形式）進行分析計算；

2. 掌握一些特定物質(zhì)（如亞硫酸鈉、亞鐵鹽、膽礬結(jié)晶水）含量測定的實驗方法；

3. 了解生活中一些典型藥物（如補血劑、雙氧水等），并了解對某種成分進行測定的實驗技能。

考點分析

考點1. 物質(zhì)的質(zhì)量百分數(shù)的測定。

樣品中某種特定物質(zhì)含量的測定通常出現(xiàn)工業(yè)流程題和綜合實驗題中，既能考核學生對題目呈現(xiàn)信息的分析及運用能力，又能考核學生化學計算能力。所占分值較大，失分較多，需要做針對性的練習。質(zhì)量百分數(shù)ω定義為混合物中某種待測成份的質(zhì)量m（待測物）占該混合物樣品總質(zhì)量m（樣品）的百分比，可以描述為ω（待測物）=■×100%，計算過程中不要漏寫100%，還要關(guān)注計算結(jié)果的有效數(shù)字。這種題型屬于定量實驗，結(jié)合近幾年全國高考新課標I卷和廣東高考理綜卷分析，在復習中需要關(guān)注一下幾個定量實驗：

1. 膽礬中結(jié)晶水含量的測定；

2. 部分變質(zhì)亞硫酸鈉樣品中亞硫酸鈉含量的測定；

3. 以亞鐵鹽為主要成分的補血劑中亞鐵鹽含量的測定；

4. 用高錳酸鉀標準溶液滴定雙氧水樣品測定H2O2含量的實驗；

5. 菠菜中草酸鹽含量的測定。

考點2. 無水亞硫酸鈉試劑純度的測定。

亞硫酸鈉具有還原性，會被空氣中氧氣氧化成為硫酸鈉：2Na2SO3 + O2 = 2Na2SO4。亞硫酸鈉質(zhì)量百分數(shù)計算如下： ω（Na2SO3） = ×100%。實驗室可以用重量法，量氣法和滴定法等定量實驗方法進行定量測定。

① 重量法測定。

⑴ 稱量a g樣品，置于燒杯中；⑵ 加入經(jīng)煮沸冷卻的蒸餾水，攪拌使樣品溶解；⑶ 加入足量鹽酸，再加過量BaCl2溶液，靜置，沉淀；SO2- 3 +2H+ = SO2↑+H2O，SO2- 4 +Ba2+ =BaSO4↓；⑷ 過濾，用蒸餾水洗滌沉淀；⑸ 在干燥器中加熱干燥沉淀物，冷卻至室溫后，稱量；⑹. 重復（5）操作直到合格，最后得到b g固體。則亞硫酸鈉的質(zhì)量百分數(shù)=×100%。

② 量氣法測定。

⑴如圖1所示，檢查裝置氣密性；

⑵加入ag樣品、濃硫酸、飽和亞硫酸鈉溶液；

⑶緩慢向錐形瓶中加入濃硫酸，充分反應(yīng)；

⑷恢復至室溫后，讀取量筒內(nèi)液體體積；

⑸把體積折算成標況下體積，記作Vml；

則亞硫酸鈉的質(zhì)量百分數(shù)：×100%。

③ 滴定法測定。

⑴用電子天平稱量ag樣品，配置250ml溶液；

⑵用堿式滴定管量取25.00ml溶液于錐形瓶中；

⑶用c mol·L-1高錳酸鉀溶液滴定，記下高錳酸鉀溶液用量；

5SO2- 3 + 2MnSO- 7 + 6H+ = 5SO2- 4 + 2Mn2+ + 3H2O；

⑷重復幾次滴定，記作高錳酸鉀溶液平均用量Vml；

則亞硫酸鈉的質(zhì)量百分數(shù)為：×100%。

考點3. 藥物含量測定。

藥物中某種特定成分的測定通常采用滴定法，結(jié)合各地高考試題分析，按照反應(yīng)類型，常見滴定法有酸堿滴定法、氧化還原滴定法、沉淀滴定法等。而氧化還原滴定法比較典型，尤其是碘量法。

⑴直接碘量法：是用碘滴定液直接滴定還原性物質(zhì)的方法。在滴定中I2被還原為I-，該法只能在酸性、中性或弱堿性溶液中進行，一般用淀粉指示劑指示終點，淀粉遇碘變藍色，反應(yīng)靈敏。

⑵剩余碘量法：是在還原性樣品溶液中，先加入定量過量的碘滴定液，待I2與待測組分反應(yīng)完全后，再用硫代硫酸鈉滴定液滴定剩余的碘，進而求出待測組分含量，滴定時用淀粉作指示劑。

⑶置換碘量法：如硫代硫酸鈉滴定液的標定即采用該法，以重鉻酸鉀為基準物，加入碘化鉀置換出定量的碘，碘再用硫代硫酸鈉滴定液滴定。

藥物中某種物質(zhì)含量測定，考試頻率不高，且在命題中會給出充分的信息，考生只需根據(jù)信息進行加工，進行簡單的計算。因此在復習中初步了解一些常見藥物中成分測定的方法和原理即可。

考點突破

1. 膽礬中結(jié)晶水含量的測定。

①取膽礬，研磨，稱量坩堝為a g，加入膽礬稱量為b g，②邊攪拌邊加熱至固體變成白色粉末，且無水蒸氣溢出，③將坩堝置于干燥器中冷卻，稱重，④重復②③至恒重cg。

（1）基本原理：CuSO4·xH2O = CuSO4 + xH2O

160 + 18x 160

（b—a）g （c—a）g

（2）結(jié)晶水含量x =■；

（3）在干燥器中冷卻是避免硫酸銅結(jié)合空氣中的水而導致誤差；

（4）恒重指的是連續(xù)兩次加熱，冷卻，稱重，質(zhì)量差不超過0.1g。

2. 硫酸亞鐵片的含量測定。

取本品10片于250ml錐形瓶中，加稀硫酸60ml與新沸過的冷水適量，振搖使硫酸亞鐵溶解，搖勻，用干燥濾紙迅速過濾，將濾液轉(zhuǎn)移至200ml容量瓶，洗滌、并把洗滌液也轉(zhuǎn)移至容量瓶，定容，搖勻。精密量取20ml，加鄰二氮菲指示液數(shù)滴，立即用0.1mol/L硫酸高鈰滴定液滴定至終點，記下硫酸高鈰滴定液體積，重復幾次，計算硫酸高鈰滴定液平均用量Vml。

（1）基本原理：Ce4+ + Fe2+ = Ce3+ + Fe3+

（2）每片中FeSO4·7H2O的含量：

■g/片= 27.8V mg/片；

（3）鈰量法反應(yīng)中沒有中間價態(tài)的產(chǎn)物生成，反應(yīng)很簡單，精確度高，不像高錳酸鉀滴定法和重鉻酸鉀滴定法那樣，存在副反應(yīng)，此題會提供充分信息，屬于考綱中信息加工類題型。

（4）用新沸過的冷水溶解是降低水中溶解的少量O2氧化Fe2+。

（5）洗滌并把洗滌液轉(zhuǎn)移至容量瓶，目的是保證待測物全部轉(zhuǎn)移至容量瓶，降低誤差。

3. 樣品中硫代硫酸鈉含量的測定。

取在120℃干燥至恒重的基準重鉻酸鉀0.15g，精密稱定，置碘瓶中，加水50ml溶解，加碘化鉀足量，輕輕搖動使其溶解，加稀硫酸40ml，搖勻，密塞，在暗處放置10分鐘。取樣品m g，溶解，配置250ml樣品溶液，用本液滴定至近終點時，加淀粉指示液3ml，繼續(xù)滴定至藍色消失而顯亮綠色（Cr3+顏色），消耗樣品溶液Vml。

（1）基本原理：Cr2O2- 7 +14H+ + 6I- = 3I2 + 2Cr3+ + 7H2O；I2 + 2S2O2- 3 = 2I-+ S4O2- 6

（2）硫代硫酸鈉含量為：×100%；

（3）在暗處放置10分鐘后目的使KI在酸性環(huán)境中和重鉻酸鉀充分反應(yīng)；

（4）本實驗中硫代硫酸鈉待測溶液需用堿式滴定管。

【例1】（2012·全國高考第26題）鐵是應(yīng)用最廣泛的金屬，鐵的鹵化物、氧化物以及高價鐵的含氧酸鹽均為重要化合物。

（1） 要確定鐵的某氯化物FeClx的化學式，可用離子交換和滴定的方法。實驗中稱取0.54 g的FeClx樣品，溶解后先進行陽離子交換預(yù)處理，再通過含有飽和OH-的陰離子交換柱，使Cl-和OH-發(fā)生交換。交換完成后，流出溶液的OH-用0.40 mol/L的鹽酸滴定，滴至終點時消耗鹽酸25.0 mL。

計算該樣品中氯的物質(zhì)的量n（Cl）= ，并求出FeClx中，x值： （列出計算過程）；

（2） 現(xiàn)有一含有FeCl2和FeCl3的混合物樣品，采用上述方法測得n（Fe） ∶ n（C1）=1 ∶ 2.1，則該洋品中FeCl3的物質(zhì)的量分數(shù)為 。

【解析】（1） 依據(jù)題設(shè)信息，列出各實驗物質(zhì)的當量關(guān)系：FeClx ～ xCl- ～ xOH- ～ xH+

因此建立待測物和標準物數(shù)量關(guān)系：n（Cl-）= n（H+）= 25.0×10-3×0.40mol=0.010mol

■= 0.010，解x=3

（2） 該問有多種計算方法，比較直接的方法可以用定義直接列式計算

×100% = 10%。

點評：該題屬于典型的信息加工題，考生要充分利用題呈信息，建立物質(zhì)之間的數(shù)據(jù)關(guān)系，進而計算。為中檔題，主要是考核考核的基礎(chǔ)能力。

【例2】（2013·全國高考新課標I卷第36題）草酸（乙二酸）可作還原劑和沉淀劑，用于金屬除銹、織物漂白和稀土生產(chǎn)。

（5）結(jié)晶水合草酸（H2C2O4·2H2O）成品的純度用高錳酸鉀法測定。稱量草酸成品0.250g溶于水中，用0.0500mol·L-1的酸性KMnO4溶液滴定，至粉紅色不消褪，消耗KMnO4溶液15.00mL，反應(yīng)的離子方程式為 ；計算列式計算該成品的純度 。

【解析】草酸和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)在人教版選修IV第二章第二節(jié)以對比試驗的方式呈現(xiàn)，屬于基礎(chǔ)題型，考生需要熟練掌握其反應(yīng)原理：5C2O2- 4 + 2MnO- 4 + 16H+ = 2Mn2+ + 8H2O + 10CO2↑，根據(jù)原理建立待測物和標準物的當量關(guān)系：5C2O2- 4 ～ 2MnO- 4，依據(jù)信息建立數(shù)據(jù)關(guān)系：

n（H2C2O4·2H2O）=15.00×0.001×0.0500×2.5mol=0.001875mol；m（H2C2O4·2H2O）=0.001875×126g=0.23625g；草酸晶體含量為：

×100% = 94.5%；

點評：此題屬于基本計算題型，考核學生對物質(zhì)的量等基本計算公式的掌握和應(yīng)用能力，難度不大，同時也考核了考生對教材中一些重要實驗的掌握程度，建議復習中重視教材。

【例3】（2015·全國高考新課標I卷第36題）氯化亞銅（CuCl）廣泛應(yīng)用于化工、印染、電鍍等行業(yè)。CuCl難溶于醇和水，可溶于氯離子濃度較大的體系，在潮濕空氣中易水解氧化。

（6）準確稱取所制備的氯化亞銅樣品m g，將其置于適量FeCl3溶液中，待樣品完全溶解后，加入適量稀硫酸，用a mol/L的K2Cr2O7溶液滴定到終點，消耗K2Cr2O7溶液b mL，反應(yīng)中Cr2O2- 7 被還原為Cr3+，樣品中CuCl的質(zhì)量分數(shù)為 。

【解析】依據(jù)題意，該實驗中所發(fā)生的離子方程式依次如下

CuCl + Fe3+ = Fe2+ + Cu2+ + Cl- ；Cr2O2- 7 +14H+ + 6Fe2+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O

以Fe2+為中間產(chǎn)物，建立待測物CuCl和標準物K2Cr2O7的當量關(guān)系

Cr2O2- 7 ～ 6Fe2+ ～ 6CuCl

故n（CuCl）=b×0.001×a×6=0.006ab mol；m（CuCl）=0.006 ab mol ×99.5g/mol = 0.597ab g。

CuCl的質(zhì)量百分數(shù)=■×100%。

點評：本題主要考查對物質(zhì)制備原理的分析判斷、質(zhì)量分數(shù)的計算；為較難等級?？忌枰鶕?jù)儲備知識和信息（本題原題屬于工業(yè)流程）進行原理分析，從而建立物質(zhì)之間的當量關(guān)系，并進行計算，密切注意單位換算等問題。本問也間接考核了氧化還原反應(yīng)，尤其是配平等綜合能力。

決勝高考

1.（2015·全國新課標I卷，7）我國清代《本草綱目拾遺》中記敘無機藥物335種，其中“強水”條目下寫道：“性最烈，能蝕五金……其水甚強，五金八石皆能穿第，惟玻璃可盛?！边@里的“強水”是指

A. 氨水 B. 硝酸 C. 醋 D. 鹵水

2.（2015·全國新課標I卷，9）烏洛托品在合成、醫(yī)藥、染料等工業(yè)中有廣泛用途，其結(jié)構(gòu)式如圖所示。將甲醛水溶液與氨水混合蒸發(fā)可制得烏洛托品。若原料完全反應(yīng)生成烏洛托品，則甲醛與氨的物質(zhì)的量之比為

A. 1 ∶ 1 B. 2 ∶ 3 C. 3 ∶ 2 D. 2 ∶ 1

3.（2011·廣東理綜，33）某同學進行試驗探究時，欲配制1.0mol·L-1Ba（OH）2溶液，但只找到在空氣中暴露已久的Ba（OH）2·8H2O試劑（化學式量：315）。在室溫下配制溶液時發(fā)現(xiàn)所取試劑在水中僅部分溶解，燒杯中存在大量未溶物。將試劑初步提純后，準確測定其中Ba（OH）2·8H2O的含量。實驗如下：①配制250ml 約0.1mol·L-1Ba（OH）2·8H2O溶液：準確稱取w克試樣，置于燒杯中，加適量蒸餾水， ，將溶液轉(zhuǎn)入 ，洗滌，定容，搖勻。②滴定：準確量取25.00ml所配制 Ba（OH）2 溶液于錐形瓶中，滴加指示劑，將 （填“0.020”、“0.05”、“0.1980”或“1.5”）mol·L-1鹽酸裝入50ml酸式滴定管，滴定至終點，記錄數(shù)據(jù)。重復滴定2次。平均消耗鹽酸Vml。③ 計算Ba（OH）2·8H2O的質(zhì)量分數(shù)為 （只列出算式，不做運算）

4.（2012·廣東理綜，33）苯甲酸廣泛應(yīng)用于制藥和化工行業(yè)。某同學嘗試用甲苯的氧化反應(yīng)制備苯甲酸。一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反應(yīng)一段時間后停止反應(yīng)，并分離出苯甲酸和回收未反應(yīng)的甲苯。稱取苯甲酸產(chǎn)品1.220g，配成100mL甲醇溶液，移取25.00ml溶液，滴定，消耗KOH的物質(zhì)的量為2.40×10-3mol。產(chǎn)品中甲苯酸質(zhì)量分數(shù)的計算表達式為 ，計算結(jié)果為 （保留兩位有效數(shù)字）。

5.（2010·廣州一模）某研究小組測定菠菜中草酸及草酸鹽含量（以C2O2- 4 計），實驗步驟如下：①將菠菜樣品預(yù)處理后，熱水浸泡，過濾得到含有草酸及草酸鹽的溶液。②調(diào)節(jié)溶液的酸堿性，滴加足量CaCl2溶液，產(chǎn)生白色沉淀；加入足量醋酸，使CaCO3溶解；過濾得到CaC2O4固體。③用稀HCl溶解CaC2O4，并加水配制成100mL溶液。每次準確移取25.00mL該溶液，用0.010mol·L-1 KMnO4標準溶液滴定，平均消耗標準溶液VmL?；卮鹣铝袉栴}：

（1）步驟①中“樣品預(yù)處理”的方法是 。A. 灼燒成灰 B. 研磨成汁

（2）步驟②中“調(diào)節(jié)溶液的酸堿性”至 。A. 弱堿性 B. 弱酸性 C. 中性

驗證CaCl2溶液已“足量”的操作和現(xiàn)象是：

。

（3）步驟③中用到的玻璃儀器除燒杯、錐形瓶、膠頭滴管、玻璃棒外，還有 。

（4）經(jīng)計算，該菠菜樣品中C2O2- 4 的總物質(zhì)的量為 。

若樣品的質(zhì)量為m g，則菠菜中草酸及草酸鹽（以C2O2- 4 計）的質(zhì)量分數(shù)為 。

已知：2MnO- 7+5C2O2- 4 +16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，C2O2- 4 的摩爾質(zhì)量為88g·mol-1

6. H2O2是醫(yī)藥、衛(wèi)生行業(yè)上廣泛使用的消毒劑，也應(yīng)用一些化妝品產(chǎn)品中，一些特定的醫(yī)藥產(chǎn)品中對雙氧水含量有嚴格的要求。

（1）高錳酸鉀標準溶液滴定雙氧水樣品H2O2含量，它在酸性溶液中能被KMnO4定量氧化，完成下列離子方程式：

H2O2 + MnO- 4 + H+= Mn2++ H2O+ （ ）↑

（2）實驗室用高錳酸鉀溶液滴定雙氧水含量實驗如下

①稱取1.7g左右的KMnO4放入燒杯中，加水500ml溶解后，轉(zhuǎn)入棕色試劑瓶中。放置7～10天，過濾。把試劑瓶洗凈，將濾液倒回瓶內(nèi)，待標定。②稱取0.335g干燥Na2C2O4三份，分別置于250mL錐形瓶中，各加入40ml蒸餾水和10mL 3mol·L-1 H2SO4，水浴上加熱約75～85℃。趁熱用待標定的KMnO4溶液進行滴定，平均用量為20.00mL。③量取5.00mL密度為1.02g/mL雙氧水樣品，配制250mL溶液。吸取25mL上述稀釋液三份，分別置于三個250mL錐形瓶中，各加入5mL 3 mol·L-1 H2SO4，用KMnO4標準溶液滴定，平均用量為6.00mL。

a. 寫出KMnO4溶液滴定草酸鈉溶液的離子方程式

。

b. 用待標定KMnO4溶液滴定標準草酸鈉溶液實驗操作，開始時，滴定速度宜慢，滴定速度可適當加快，近終點時，紫紅色褪去很慢，應(yīng)減慢滴定速度，同時充分搖動溶液。分析滴定速度可適當加快的原因是

。

c. 在測定雙氧水含量的滴定實驗中，量取雙氧水的儀器是 滴定終點的現(xiàn)象是 。

d. 高錳酸鉀溶液濃度是 ，雙氧水的濃度為

。

答案點撥

1. B 解析：硝酸具有強烈的氧化性和腐蝕性，能溶解除Pt、Au之外的常見金屬，但硝酸不能溶解玻璃。故依據(jù)性質(zhì)描述，應(yīng)該是硝酸。

2. C 解析：依據(jù)提示，甲醛和氨完全反應(yīng)生成烏洛托品，可以用碳和氮元素原子守恒思想解題。觀察烏洛托品結(jié)構(gòu)，其氮原子和碳原子個數(shù)比為4：6，故甲醛和氨物質(zhì)的量之比是3：2。

3. ①溶解、過濾；250ml的容量瓶中；

②0.1980， × 100%

解析：命題者主要設(shè)置了三處障礙，其一是Ba（OH）2 溶液配制了250mL，但實驗時只取用了25.00mL，存在倍數(shù)（10倍）換算；其二是標準溶液鹽酸濃度（0.020mol·L-1、0.05mol·L-1、0.1980mol·L-1、1.5mol·L-1）的選擇，酸式滴定管規(guī)格是50ml，鹽酸用量不能超過50ml；其三是鹽酸和Ba（OH）2反應(yīng)的當量關(guān)系。其實只要根據(jù)鹽酸濃度、酸式滴定管規(guī)格、Ba（OH）2溶液的取用量及濃度（約0.1mol·L-1），即可知曉鹽酸最佳濃度為0.1980mol·L-1（在強酸和強堿中和滴定時，若H+濃度和OH-濃度接近，滴定精確度越高，也可以判斷出鹽酸的最佳濃度為0.1980mol·L-1）。進而由2HCl + Ba（OH）2·8H2O=BaCl2 +10H2O得出樣品中Ba（OH）2·8H2O的物質(zhì)的量為0.1980mol·L-1×V×10-3L×0.5×10 mol，并得出樣品中Ba（OH）2·8H2O的質(zhì)量百分數(shù)。

4. ×100%，24%。

解析：該題并不難，存在三個障礙，其一是甲醇干擾，苯甲酸在水中溶解度較小，難以配制室溫下“一定濃度”的苯甲酸水溶液，而甲醇是作為溶劑；其二是苯甲酸和KOH中和反應(yīng)的當量關(guān)系，苯甲酸是一元酸，按照物質(zhì)的量1：1和KOH中和反應(yīng)；其三是計算公式表達。因此n（C6H5COOH） = 2.40×10-3mol，m（C6H5COOH） =2.40×10-3mol×122g·mol-1，苯甲酸質(zhì)量分數(shù)為×100% = 24%。

5.（1）B；（2）A靜置，待上層溶液澄清后繼續(xù)滴加CaCl2溶液，不出現(xiàn)渾濁；（3）酸式滴定管、容量瓶；（4）10-3V mol，×100%。

解析：菠菜經(jīng)灼燒碳元素轉(zhuǎn)化為CO2溢出，無法測定草酸鹽含量。C2O2- 4 水解生成HC2O- 4 和H2C2O4及OH-，故調(diào)節(jié)溶液顯堿性，抑制C2O2- 4 水解，使其和Ca2+生成沉淀。當靜置，上層清液滴加CaCl2溶液，不在產(chǎn)生沉淀，即CaCl2溶液滴加過量。在滴定實驗中依據(jù)C2O2- 4 和MnO- 7 當量關(guān)系直接列出關(guān)系式n（C2O2- 4 ）=V×10-3×0.0100×2.5×4=10-4Vmol。m（C2O2- 4 ）=10-4V×88g，其質(zhì)量百分數(shù)=×100%。

6.（1）反應(yīng)如下：5H2O2 + 2MnO- 4 +6H+ = 2Mn2++8H2O+5O2↑；（2）a. 2MnO- 4 +5C2O2- 4 +16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，b. 溶液中Mn2+產(chǎn)生后，Mn2+作反應(yīng)的催化劑，加快反應(yīng)，褪色較快。c. 酸式滴定管，溶液呈現(xiàn)微紅色并在半分鐘不褪色，d. 0.05mol/L 5.0%。

解析：市售高錳酸鉀常含有少量雜質(zhì)，如硫酸鹽等，不能用精確稱量的高錳酸鉀來直接配制準確濃度的溶液。故本題中先用標準Na2C2O4溶液滴定高錳酸鉀溶液，根據(jù)2MnO- 4 ～5C2O2- 4 當量關(guān)系確定高錳酸鉀溶液濃度c（KMnO4）= =0.050mol/L，進而用高錳酸鉀溶液滴定雙氧水，依據(jù)5H2O2 ～2MnO- 7 當量關(guān)系計算雙氧水含量為×100%=5.0% 。由于Mn2+具有催化功能，加快MnO- 7 和C2O2- 4 反應(yīng)速率，故在滴定時滴定速率要適當加快。兩個離子方程式書寫側(cè)重考核考生氧化還原配平的基本能力，在復習中應(yīng)該加強。

（作者單位：廣州市第二中學）

責任編校 李平安