高考滴定類試題的案例分析與解題思路

徐明利

(安徽省淮北市實(shí)驗(yàn)高級中學(xué),安徽 淮北 235000)

滴定法是一種常用的化學(xué)分析手段,中學(xué)教材中對酸、堿的中和滴定法做了較多的論述,但是在目前的考試中,往往會(huì)出現(xiàn)其他幾種形式的滴定,是對考生知識遷移能力的一種考核.近年來,通過研究高考考題類型與計(jì)算方面來看,滴定分析相關(guān)的題目比重較大,學(xué)生的失分也較多,滴定方法逐漸被教師與學(xué)生重視,是一項(xiàng)重要考核內(nèi)容[1].為進(jìn)一步加強(qiáng)對滴定法的理解,本文對該部分內(nèi)容進(jìn)行研究,為今后的考試提供參考,使學(xué)生更好地掌握知識.

1 高考中有關(guān)滴定問題的分布及特點(diǎn)

高考中有關(guān)滴定問題的分布及特點(diǎn),見表1.

表1 高考中有關(guān)滴定問題的分布及特點(diǎn)

2 滴定方法與例題解決

2.1 直接滴定

圖1 直接滴定法思維模式

例1稱取混合堿(氫氧化鈉和碳酸鈉混合堿或碳酸鈉和碳酸氫鈉混合堿)試樣1.2 g,用去離子水溶解后用0.5 mol/L的鹽酸滴定至酚酞褪色,讀取消耗的鹽酸體積,即V1,V1=30.0 mL;接著添加甲基橙,持續(xù)滴加鹽酸至顏色變?yōu)槌壬?結(jié)束滴定并讀取消耗的鹽酸體積,即V2,V2=5.0 mL.問樣品中的成分有哪些?計(jì)算其各自的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?

分析NaOH與NaHCO3不會(huì)同時(shí)存在,因?yàn)闀?huì)發(fā)生反應(yīng).當(dāng)酚酞變色時(shí)若有NaOH則已全部被中和,而Na2CO3只被滴定到NaHCO3.在此溶液中再加甲基橙指示劑,繼續(xù)滴定到終點(diǎn),則生成的NaHCO3進(jìn)一步被反應(yīng)完.設(shè)酚酞變色時(shí),消耗HCl溶液的體積為V1,此后,至甲基變色時(shí)又用去HCl溶液的體積為V2.根據(jù)V1-V2來計(jì)算NaOH含量,再根據(jù)V2計(jì)算Na2CO3含量.

已知V1=30.0 mL,V2=5.0 mL,當(dāng)?shù)味ɑ旌蠅A至酚酞變色的過程中發(fā)生的反應(yīng)為:

當(dāng)繼續(xù)滴定至甲基橙變色時(shí)此過程發(fā)生的反應(yīng)為:

因此混合堿中碳酸鈉的含量為22.1%,氫氧化鈉的含量為41.7%.

2.2 間接滴定

間接滴定法是指待測樣品無法直接與標(biāo)準(zhǔn)溶液發(fā)生反應(yīng),而能通過其他化學(xué)反應(yīng)被間接測定.圖2是具體的思維模式.

圖2 間接滴定法思維模式

2.3 返滴定

返回滴定法也叫“余量法”,還叫“返回滴定法”.在測定物與滴定液反應(yīng)緩慢、反應(yīng)物為固態(tài)或沒有適當(dāng)?shù)闹甘疚镔|(zhì)等情況下,按一定的比例添加滴定液,也不會(huì)馬上反應(yīng)而結(jié)束[2],在此情況下,將多余的滴定液精確地添加到被測物質(zhì)中,并與被測物質(zhì)充分發(fā)生反應(yīng),在此基礎(chǔ)上,將多余的滴定液用另外一種標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定,即所謂的“返滴定法”.圖3顯示了思維模式.

圖3 返滴定法思維模式

比如,使用 EDTA標(biāo)準(zhǔn)液來對鋁鹽進(jìn)行檢測,因?yàn)锳l3+與 EDTA的反應(yīng)比較緩慢,需加過量的EDTA并加熱煮沸才能反應(yīng)完成,將剩余EDTA用Zn2+標(biāo)準(zhǔn)液回滴,以此來確定鋁含量.

3 滴定方法解題應(yīng)用

通過對最近幾年全國各地高考題的分析,可以看出,對于化學(xué)計(jì)量的考查,通常情況下,采用的是氧化還原滴定、酸堿中和滴定、沉淀滴定以及配位滴定的方法,在一次或多次的測量中,一次或者多次地完成測量,從而獲得與之有關(guān)的數(shù)據(jù)[3].最為重要的是,要運(yùn)用化學(xué)計(jì)量關(guān)系來對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,從而獲得正確的解決方案.在解決問題的時(shí)候,學(xué)生要理清實(shí)驗(yàn)思維,以物質(zhì)的量為核心,用守恒法來確定各物質(zhì)之間的測量關(guān)系,之后用化學(xué)符號來定量地將這種關(guān)系進(jìn)行表達(dá),從而得到待測物質(zhì)的相關(guān)量.

3.1 氧化還原滴定題型中的應(yīng)用

在中學(xué)化學(xué)的解題過程中,氧化還原反應(yīng)是非常普遍的一種題型.在化學(xué)題目中,得到的電子的總數(shù)等于失去的電子的總數(shù),這就是守恒法的運(yùn)用形式和解題思路.運(yùn)用守恒原理,可以對許多化學(xué)題目進(jìn)行簡單的解答,使學(xué)生理順?biāo)季S,從而使解題精度得到進(jìn)一步的提升.

例2三草酸合鐵酸鉀(K3[Fe(C2O4)3]·3H2O)是一種深綠色的晶體,可作為干法蒸煮圖紙的原料.測定K3[Fe(C2O4)3]·3H2O中鐵含量如下:

①在錐形瓶子中稱取試樣,即mg,去離子水溶解,加入H2SO4酸化,用cmol·L-1的KMnO4溶液一直滴到反應(yīng)結(jié)束.結(jié)束時(shí)現(xiàn)象為:最后一滴高錳酸鉀溶液加入后,溶液呈淡紅色,顏色持續(xù)30秒不褪色.

例3 如圖4所示,C中盛有100 g原糧,E中盛有20.00 mL的1.13×10-3mol·L-1的KMnO4溶液(H2SO4酸化).請回答下列問題:

圖4 裝置圖

采集E內(nèi)的吸收物,加入水,稀釋到250 mL,取25.00 mL在錐形瓶中,將其余的KMnO4溶液用5.0×10-4mol·L-1的Na2SO3標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定,數(shù)據(jù)見表2.

回答以下問題:①滴定終點(diǎn)現(xiàn)象是什么?

②數(shù)據(jù)處理:消耗Na2SO3標(biāo)準(zhǔn)溶液多少毫升;則該原糧中磷化物(以PH3計(jì))的含量為多少毫克每千克?

解答①依據(jù)滴定反應(yīng):

實(shí)驗(yàn)無需選擇指示劑,錐形瓶中溶液顏色由紫變?yōu)闊o色,半分鐘內(nèi)不變色,即為滴定終點(diǎn).

②收集E中吸收液,加水稀釋至250 mL,取25.00 mL于錐形瓶中用濃度為5×10-4mol/L Na2SO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定剩余的KMnO4溶液,消耗Na2SO3標(biāo)準(zhǔn)溶液11.00 mL;依據(jù)滴定反應(yīng):

得到定量關(guān)系為:

5PH3～8KMnO4

3.2 沉淀滴定的應(yīng)用

如確定生理鹽水中的 NaCl含量:

在中性條件下,硝酸銀鹽與氯化鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成了一種磚紅色的沉淀.化學(xué)方程式是:

該方法需要在一種中性或弱堿(pH為6.5～10.5)條件下進(jìn)行滴定,因?yàn)樵谒嶂?鉻酸銀會(huì)溶解,使滴定的結(jié)果變得很高,同時(shí)在強(qiáng)堿中,銀離子會(huì)形成深灰色的氧化銀,從而對滴定及終點(diǎn)的判斷造成很大的干擾.在滴定時(shí),由于產(chǎn)生的氯化銀可以吸附氯離子,會(huì)提前產(chǎn)生鉻酸銀的沉淀物,所以在滴定的時(shí)候,一定要大力搖動(dòng)液體,促使吸收的氯離子發(fā)生反應(yīng),從而形成氯化銀的沉淀物.

4 “滴定實(shí)驗(yàn)”命題相關(guān)思路

4.1 基本思路

(1)一個(gè)中心:

把“物質(zhì)的量”作為中心,把“量”放在第一位,遇問設(shè)摩.

(2)兩類方法:

①守恒方法:包括電子、原子、電荷等的獲取;

②關(guān)系式法.

4.2 高考考查內(nèi)容

(1)考儀器:

酸性滴定管、堿性滴定管、吸管、錐形瓶.

(2)考步驟:

檢查滲漏、清洗、浸潤、注入(驅(qū)除氣泡)、調(diào)整液面、讀數(shù)、滴加指示劑、滴定結(jié)束.

(3)考如何選用測驗(yàn)指標(biāo)

①酸堿滴定:

指示劑的顏色變化范圍盡可能與反應(yīng)結(jié)束時(shí)的酸堿度相符合,以甲基橙為指示劑進(jìn)行強(qiáng)酸、弱堿滴定,以酚酞為指示劑進(jìn)行強(qiáng)堿、弱酸滴定,以酚酞或甲基橙進(jìn)行強(qiáng)酸、強(qiáng)堿滴定.

②淀粉:

與碘素元素的測定有關(guān).

③如果反應(yīng)自身變色比較顯著,可以不加入指示物質(zhì),例如,高錳酸鉀和草酸的反應(yīng).

(4)考滴定結(jié)束的判定

即:在將一滴xx溶液放入液體中時(shí),液體將由xx顏色變成 xx顏色,在此過程中,液體的顏色將在30秒內(nèi)保持不變.

(5)考運(yùn)算(困難)

思路就像圖5所示一樣,按照方程→尋找關(guān)系(方程度量關(guān)系/得失電子守恒/原子守恒)公式來進(jìn)行計(jì)算.

圖5 運(yùn)算思路

特殊說明:在被測定的溶液被稀釋之前,能否進(jìn)行定量?單位是否換算?等

(6)考誤差分析:

需要說明的是:這些誤差主要來自于滴定管中的液體(可以是標(biāo)準(zhǔn)液,也可以是待測液)的體積變化,要先對滴定管中的液體用量發(fā)生的變化進(jìn)行分析,然后以此為基礎(chǔ),對誤差進(jìn)行分析.