氧化還原滴定的教學改進

楊揚

摘 要：在以往的氧化還原滴定的教學基礎(chǔ)上，將原理及方法和定量關(guān)系的建立相結(jié)合，讓學生能更好地掌握解決此類問題的思路和方法，能從原理上解釋相關(guān)的問題，并學會能通過氧化還原過程中的得失電子守恒關(guān)系一步寫出滴定過程中的定量關(guān)系并進行結(jié)果計算的新方法，培養(yǎng)學生的知識遷移和綜合運用的能力。

關(guān)鍵詞：氧化還原滴定 電子守恒 原理應用

氧化還原滴定逐漸成為高考中的常見考點。解決這一類問題要求學生在充分理解和掌握酸堿中和滴定原理的基礎(chǔ)上，進一步拓展運用。但由于氧化還原滴定的知識點較為陌生，計算方法也更為復雜，因此成為了學生的一大難點。在以往的教學過程中，對于此類問題并沒有系統(tǒng)的介紹，僅僅通過練習中遇到的題目讓學生對這一問題有所了解，就題論題，效果并不理想。想要更好地解決氧化還原滴定的相關(guān)問題，首先需要了解常見的氧化還原滴定的方法，其次需要掌握滴定結(jié)果的計算技巧?；诖?，我們可以將二者相結(jié)合，對氧化還原滴定進行系統(tǒng)的講解，讓學生在充分了解氧化還原滴定原理的同時，掌握滴定結(jié)果計算的技巧[1]。也能夠?qū)嶒炋骄颗c創(chuàng)新意識這一化學的核心素養(yǎng)融入其中，培養(yǎng)學生對實驗信息的加工處理并得出相關(guān)結(jié)論的能力?，F(xiàn)將改進后的內(nèi)容整理如下。

一、氧化還原滴定的原理

常見的氧化還原滴定方法包括KMnO4法、碘量法、鈰量法以及K2Cr2O7法[2]。四種方法均以所用到的氧化劑來命名。其中KMnO4法和碘量法是較為常用的兩種方法，也是常見的考點，而鈰量法以及K2Cr2O7法在中學階段并不常見，故在此不做介紹。

首先，應讓學生建立起知識遷移的概念，引導學生與所學知識相聯(lián)系。與酸堿中和反應相比，氧化還原的反應歷程更為復雜，因此對滴定操作的控制以及滴定條件的選擇應有更高的要求，但基本的思路以及操作均與酸堿中和滴定相同，同樣需要合適的指示劑確定反應終點，亦可以同樣的思路進行誤差分析。讓學生明確應從相似點，不同點，特殊性三個方面去理解和掌握氧化還原滴定的過程。同時，也是很重要的一點，從一開始就應讓學生找到氧化還原滴定中定量關(guān)系確立的關(guān)鍵。酸堿中和滴定中，由酸提供的氫離子=由堿提供的氫氧根離子；氧化還原滴定中，則為所有氧化劑的得電子數(shù)=所有還原劑的失電子數(shù)。在結(jié)果計算中始終貫穿這一思想，才能更快更準確地解決氧化還原滴定的問題。

1.KMnO4法

1.1原理

利用KMnO4的強氧化能力建立的滴定分析方法。在強酸性環(huán)境下，存在如下關(guān)系：

MnO4-+5e-+8H+=Mn2++4H2O

1.2特點

①這里的強酸性環(huán)境是由稀硫酸酸化所得，不能用硝酸或鹽酸進行酸化，因為硝酸本身具有強氧化性，會與被滴物反應；而鹽酸則會被KMnO4氧化，造成誤差。

②KMnO4溶液本身具有顏色，因此可直接作為指示劑確定滴定終點。過量半滴，溶液變?yōu)闇\紅色，且在半分鐘內(nèi)不褪色。

③KMnO4見光易分解，用棕色的酸式滴定管盛裝。

1.3滴定類型

1.3.1直接滴定

KMnO4溶液做標準溶液直接滴定具有還原性的物質(zhì)。以此最簡單的方式為例，明確可不通過書寫化學方程式，直接得出關(guān)系式的方法：

5Fe2+～MnO4-故有：n（Fe2+）=5n（MnO4-）

1.3.2間接滴定

通過直接滴定法的認識，間接滴定應不難理解，學生應能仿照之前的例子，同樣寫出定量關(guān)系式：

5Ca2+～5CaC2O4～5H2C2O4～2MnO4-故有：n（Ca2+）=5/2n（MnO4-）

高錳酸鉀與草酸的反應是高錳酸鉀法中最重要的一個反應，學生對這一反應并不陌生，并且了解該反應的特點：開始進行很慢，隨著Mn2+的生成，對反應起催化作用，速率隨之加快。由此出發(fā)，則可以探討滴定操作過程中，當?shù)稳氲谝坏蜬MnO4溶液時，溶液數(shù)分鐘內(nèi)不褪色，隨著滴定的進行，褪色速度逐漸加快，原因是什么？通過這一問題的思考，來關(guān)注到氧化還原滴定操作中的特殊性。

1.3.3返滴定法

返滴定法是最為常用的滴定方法，這一方法是用氧化劑來測定具有氧化性的物質(zhì)。在這里，對于滴定結(jié)果的準確計算常常是學生的難點，而計算關(guān)鍵就在于找出標準液-被滴物-待測物之間的定量關(guān)系。現(xiàn)提供以下兩種思路：

方法一：5H2C2O4（余）～2MnO4-MnO2～[H2C2O4（總）-H2C2O4（余）]

故：n（MnO2）=n（H2C2O4）-5/2n（MnO4-）

對于簡單的氧化還原滴定過程，此思路尚可為學生接受，但對于更為復雜的滴定過程，這種方法則略顯繁瑣，需要連續(xù)找到一系列參加反應的物質(zhì)之間的關(guān)系。因此為了簡化步驟，提出第二種得到定量關(guān)系的方法，即只考慮整個過程的始態(tài)和終態(tài)，找到總的得失電子守恒關(guān)系，這樣不僅能縮短解題時間，也能使解題思路變得簡便清晰，更能夠使學生充分地理解氧化還原反應的本質(zhì)[3]。

方法二：整個過程中，氧化劑為KMnO4和MnO2，還原劑為H2C2O4，根據(jù)總的得失電子守恒，直接得出下列關(guān)系：

MnO2+2e-—Mn2+

H2C2O4-2e-—2CO2↑

MnO4-+5e-—Mn2+

可得：2n（MnO2）+5n（MnO4-）=2n（H2C2O4）。與方法一所得到的結(jié)果一致。

在整個過程中，僅需關(guān)注有哪些氧化劑和還原劑，從整體出發(fā)的思路更為簡捷，并且對于問題本質(zhì)的探討也更加的深入。

【解題實例】

例：（2016年天津理綜·節(jié)選）水中溶氧量（DO）是衡量水體自凈能力的一個指標，通常用每升水中溶解氧分子的質(zhì)量表示，單位mg/L，我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》規(guī)定，生活飲用水源的DO不能低于5mg/L。某化學小組同學設(shè)計了下列裝置（夾持裝置略），測定某河水的DO。

1、測定原理：

堿性條件下，O2將Mn2+氧化為MnO（OH）2：①2Mn2++O2+4OH-=2MnO（OH）2↓，

酸性條件下，MnO（OH）2將I-氧化為I2：②MnO（OH）2+I-+H+→Mn2++I2+H2O（未配平）

用Na2S2O3標準溶液滴定生成的I2，③2S2O32-+I2=S4O62-+2I-

2、測定步驟

a.安裝裝置，檢驗氣密性，充N2排盡空氣后，停止充N2。

b.向燒瓶中加入200ml水樣

c.向燒瓶中依次迅速加入1mlMnSO4無氧溶液（過量）2ml堿性KI無氧溶液（過量），開啟攪拌器，至反應①完全。

d.攪拌并向燒瓶中加入2ml硫酸無氧溶液至反應②完全，溶液為中性或弱酸性。

e.從燒瓶中取出40.00ml溶液，以淀粉作指示劑，用0.01000mol/LNa2S2O3溶液進行滴定，記錄數(shù)據(jù)。

f.……

g.處理數(shù)據(jù)（忽略氧氣從水樣中的溢出量和加入試劑后水樣體積的變化）。

（6）若某次滴定消耗Na2S2O3溶液為4.50ml，水樣的

DO=mg/L（保留一位小數(shù)）。

解析：這是一個間接碘量法測定水中溶氧量的實驗過程，在解題過程中可以通過得失電子的守恒關(guān)系，列出定量關(guān)系式進行計算。有兩種思路可供選擇。

方法一：根據(jù)三步反應的關(guān)聯(lián)性，列出如下關(guān)系式：

2S2O32-～I2～MnO（OH）2～1/2O2故有：4n（O2）=n（S2O32-）

方法二：從整個反應過程的始態(tài)和終態(tài)考慮，氧化劑為O2，還原劑為Na2S2O3，I-和Mn2+在反應結(jié)束后仍為I-和Mn2+，故不予考慮。因此，可直接得到下式：

O2+4e-—負二價O

S2O32--e-—1/2S4O62-

可得：

4n（O2）=n（S2O32-），與方法一結(jié)果一致。

顯然，方法二由于從整體進行考慮，故更為簡便，也更為清晰，從中可以明確地體會到氧化還原反應的本質(zhì)，對于培養(yǎng)學生的化學思維十分有幫助。

2.碘量法

對于碘量法，學生可以進行自主學習，自行進行歸納，討論。相比于此前的教學方法，這樣更能夠培養(yǎng)學生從已知推出未知的自主學習能力和舉一反三意識。

2.1原理

利用I2的氧化性和I-的還原性建立的滴定分析方法。

2.2滴定類型

2.2.1直接碘量法

I2作為標準液直接滴定強還原劑，如S2O32-。但此種方法適用范圍較小。

2.2.2間接碘量法

Na2S2O3做標準液滴定反應生成的I2，即與高錳酸鉀法中的間接滴定相同，都是來測定具有氧化性的物質(zhì)的含量。這一方法中的核心思路為：

待測物+I-（過量）I2；2S2O32-+I2=S4O62-+2I-

兩種方法均用淀粉溶液做指示劑。但終點現(xiàn)象并不相同，可由學生自行得出。直接碘量法：溶液油無色變?yōu)樗{色且半分鐘內(nèi)不褪色；間接碘量法：溶液由藍色變?yōu)闊o色且半分鐘內(nèi)不復色。對碘量法終點現(xiàn)象的判斷是學生的易錯點，但無需死記硬背，掌握好分別是哪種物質(zhì)作為標準液是關(guān)鍵。

對于碘量法滴定環(huán)境的選擇上，亦可由學生自行歸納總結(jié)得出。其中所涉及到的試劑S2O32-、I2、I-及淀粉溶液相關(guān)的性質(zhì)在此前的學習中均有所涉及，在此能夠讓學生體會到知識的綜合整理及應用，并得出以下結(jié)論：

3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O

4I-+O2+4H+=2I2+2H2O

S2O32-+2H+=SO2↑+S↓+H2O

酸性太強淀粉水解

故：滴定環(huán)境不能為強酸性或強堿性。

二、小結(jié)

相比于以往的教學方法，將氧化還原滴定的基本方法和原理與實驗結(jié)果的計算思路相結(jié)合的方式更為科學合理，有助于學生從本質(zhì)上了解氧化還原滴定的基本原理，并且能夠?qū)⑺釅A中和滴定以及相關(guān)的元素化合物的知識遷移運用至此，打破知識的界限將其整合在一起，解決諸如終點現(xiàn)象的判斷，簡單的誤差分析之類的原理性問題，同時培養(yǎng)學生的知識遷移和整合的能力。更為重要的，是能夠?qū)W會建立起氧化還原滴定過程中的定量關(guān)系的新方法，熟練地運用氧化還原反應中重要的守恒關(guān)系——得失電子守恒來列出關(guān)系式，從而省去了寫出方程式，再通過配平去建立聯(lián)系的繁瑣步驟，大大提高解題效率，有助于學生很好地解決氧化還原滴定中的計算難點，也更有利于培養(yǎng)學生的化學思維。

在對氧化還原滴定這一實驗方法進行整合介紹的過程中，也充分體現(xiàn)了化學學科素養(yǎng)中所要求的實驗探究和創(chuàng)新精神，學生能夠從中學習到相關(guān)的實驗操作，對實驗方案的選擇，以及對實驗信息的加工處理和對實驗結(jié)果的分析，這也是在以往的教學中所未涉及到的。

參考文獻

[1] 張瑞.淺析高考題中氧化還原滴定[J].中學化學，2015（4）：36-38.

[2] 許曉文，楊萬龍，李一峻，沈含熙.定量化學分析（第二版）[M].天津：南開大學出版社，2006.

[3] 黎朝.氧化還原滴定計算新思路[J].大學化學，2013，28（6）：66-70.