化学综合实验 题型二 实验中常考滴定计算(解析版)Word（31页）

题型二 实验中常考滴定计算 一、一次滴定 二、二次滴定(返滴定法) 三、间接滴定(滴定产物) 近年来，氧化还原滴定高频率出现在各地高考试题中，作为综合性的定量实验内容，在题目中 以新物质、新材料为载体进行考查。试题以“酸碱中和滴定”实验原理和操作为基础，考查学生获 取化学信息并分析和解决化学问题的能力。由于教材中没有氧化还原滴定的知识内容，对于陌生的 氧化还原反应原理学生难以理解，对于运用氧化还原反应的本质进行计算更是难以下手。只有理解 典型氧化还原滴定的原理并运用其本质进行计算，才能在高考中做到胸有成竹。 一、掌握两种计算方法 1．守恒法：是中学化学计算中的一种常用方法，它包括质量守恒、电荷守恒、电子守恒。它们都是 抓住有关变化的始态和终态，淡化中间过程，利用某种不变量(如①某原子、离子或原子团不变；②溶液中 阴、阳离子所带电荷数相等；③氧化还原反应中得失电子数相等)建立关系式，从而达到简化过程、快速解 题的目的 2．关系式法：表示两种或多种物质之间“物质的量”关系的一种简化式子。在多步反应中，若第一 步反应的产物，是下一步反应的反应物，可以根据化学方程式，将该物质作为“中介”，找出已知物质和 所求物质之间量的关系 二、关系式法解题的一般步骤 1．第一步，写出各步反应的化学方程式 2．第二步，根据方程式找出作为“中介”的物质，并确定已知物质、中介物质、所求物质之间的 “量”的关系 3．第三步，确定已知物质与所求物质之间“量”的关系 4．第四步，根据已知物质与所求物质之间“量”的关系，列比例式进行计算 滴定操作不仅适用于酸碱中和反应，也可迁移应用于氧化还原反应，NaOH、Na2CO3混合溶液与盐酸 的反应及沉淀反应。 三、氧化还原滴定 1．滴定原理 以氧化剂(或还原剂)为滴定剂，直接滴定一些具有还原性(或氧化性)的物质。 2．滴定试剂 (1)常见的用于滴定的氧化剂有KMnO4、K2Cr2O7等； (2)常见的用于滴定的还原剂有亚铁盐、草酸、维生素C 等。 (3)指示剂：氧化还原滴定所用指示剂可归纳为三类： ①氧化还原指示剂； ②专用指示剂，如在碘量法滴定中，可溶性淀粉溶液遇碘变蓝； ③自身指示剂，如高锰酸钾标准溶液滴定草酸时，滴定终点为溶液由无色变为浅红色。 3．滴定终点颜色变化 滴定方式 还原剂滴定KMnO4 KMnO4滴定 还原剂 I2滴定还 原剂 还原剂滴 定I2 铁盐滴 定还原 剂 还原剂 滴定铁 盐 指示剂 KMnO4 KMnO4 淀粉 淀粉 KSCN KSCN 终点时颜色 变化 粉(浅) 红色→无色 无色→粉(浅) 红色 无色→蓝 色 蓝色→无 色 溶液变 红色 红色消 失 四、氧化还原滴定示例 1．高锰酸钾法 高锰酸钾KMnO4 在酸性条件下氧化性强、还原产物为Mn2+(肉色)，易判断滴定终点，当KMnO4 标准 液过量半滴，溶液由无色变为粉红色。半反应：MnO4 －+8H++5e－＝Mn2++4H2O 使用硫酸酸化高锰酸钾，不使用盐酸和硝酸。因为盐酸会与高锰酸钾反应，硝酸会氧化还原剂。因高 锰酸钾光照或加热易分解，在使用前用Na2C2O4标定。为加快反应速率可于滴定前加入几滴MnSO4作为催 化剂。 ①直接滴定法 还原性物质被氧化，如Fe2+→Fe3+(升1 价)、H2O2→O2(升2 价)、C2O4 2－→CO2(升2 价)等。电子转移总 数为：n(e－)＝ ，所以n(还原剂)＝ (N 表示还原剂升价 数)。 ②返滴定法 不能直接滴定的氧化性物质，如MnO2，在硫酸介质中，加入一定量过量的Na2C2O4标准溶液，作用完 毕后，用KMnO4 标准溶液滴定过量的C2O4 2 －。电子转移总数为：n(e －)＝ + ＝ ③间接滴定法 非氧化还原性物质，如Ca2+，首先将沉淀为CaC2O4，再用稀硫酸将所得沉淀溶解，用KMnO4标准溶 液滴定溶液中的H2C2O4 2．重铬酸钾法 重铬酸钾K2Cr2O7是一种常用的氧化剂，具有化学性质稳定，副反应少等优点。一般在酸性条件下滴 定，还原产物为Cr3+(绿色)，终点时无法辨别Cr2O7 2－的黄色，使用二苯胺磺酸钠作指示剂(高考不涉及)。 半反应：Cr2O7 2－+14H++6e－＝Cr3++7H2O。 滴定方式与高锰酸钾类似，但对于伴有副反应而无法直接滴定的测定可采用置换滴定法。如滴定 Na2S2O3溶液：先将一定量的K2Cr2O7标准溶液作基准物酸性条件下加过量KI 转化为一定量的I2，用淀粉作 指示剂再Na2S2O3样品溶液滴定。简单流程为：Cr2O7 2－→I2～S2O3 2−。该过程中每步电子转移数相等：n(e－) ＝ ，所以n(S2O3 2−)＝ (S2O3 2−转化为S4O6 2−升1 价) 3．碘量法 碘量法的基本原理是利用碘的氧化性或碘离子的还原性以淀粉溶液作为指示剂进行氧化还原滴定的方 法。I2是较弱的氧化剂；I−是中等强度的还原剂。碘量法可用直接测定和间接测定两种方式进行。为防止I2 挥发、增加I2的溶解性，在滴定前均加入过量KI。故半反应为：I3 －+ 2e = 3I－。 (1)直接碘量法 直接碘量法是直接用I2标准溶液滴定还原性物质，又叫做碘滴定法。I2氧化性较弱可以直接滴定的物 质为：S2O3 2−→1/2S4O6 2−( 升1 价) 、S2−→S( 升2 价) 、SO2→SO4 2−( 升2 价) 、SO3 2−→SO4 2−( 升2 价) 、 S2O5 2−→2SO4 2−(升4 价)。由于I2容易在碱性条件下歧化，直接碘量法一般在酸性、中性或弱碱性溶液中进 行。电子转移总数为：n(e－)＝ ，所以n(还原剂)＝ (N 表示还原剂升价数) (2)间接碘量法 对于氧化性物质，可在一定条件下，用过量I－还原，产生I2，然后用Na2S2O3标准溶液滴定释放出的 I2：I2+2S2O3 2−＝2I−+S4O6 2−。由于Na2S2O3在酸性条件下易歧化，故I2与Na2S2O3反应在中性、弱酸性溶液中 进行反应。Na2S2O3 标准溶液应用新煮沸冷却后的蒸馏水配制。间接碘量法简单流程为：氧化剂→I2～ S2O3 2−。该过程中每步电子转移数相等：n(e －) ＝ ，所以n( 氧化剂) ＝ (N 表示氧化剂降价数)。 五、沉淀滴定 概念 沉淀滴定是利用沉淀反应进行滴定、测量分析的方法。生成沉淀的反应有很多， 但符合条件的却很少，实际上应用最多的是银量法，即利用Ag＋与卤素离子的反 应来测定Cl－、Br－、I－的浓度 原理 沉淀滴定所用的指示剂本身就是一种沉淀剂，滴定剂与被滴定物反应的生成物的 溶解度要比滴定剂与指示剂反应的生成物的溶解度小，否则不能用这种指示剂 举例 用AgNO3溶液测定溶液中Cl－的含量时常以CrO 为指示剂，这是因为AgCl 比 Ag2CrO4更难溶 1．(2023•浙江省6 月选考，20 节选) Al2(OH) aClb] m的絮凝效果可用盐基度衡量，盐基度 ，当盐 基度为0.60~0.85 时，絮凝效果较好。 (4)测定产品的盐基度。 Cl-的定量测定：称取一定量样品，配成溶液，移取25.00mL。溶液于锥形瓶中，调pH=6.5~10.5，滴加 指示剂K2CrO4溶液。在不断摇动下，用0.1000mol·L-1AgNO3标准溶液滴定至浅红色(有Ag2CrO4沉淀)，30 秒内不褪色。平行测试3 次，平均消耗AgNO3标准溶液22.50mL。另测得上述样品溶液中 c(Al3+)=0.1000mol·L-1。 ①产品的盐基度为___________。 ②测定Cl-过程中溶液pH 过低或过高均会影响测定结果，原因是___________。 【答案】(4)①0.70 ②pH 过低，指示剂会与氢离子反应生成重铬酸银沉淀，会氧化氯离子，导致消耗 的硝酸银偏少，而pH 过高，氢氧根会与银离子反应，导致消耗的硝酸银偏多 【解析】(4)① 根据 Cl-~ AgNO3 ，样品溶液中氯离子物质的量浓度为 ， ，根据电荷守恒得到[Al2(OH) 4.2Cl1.8] m产品的盐基度为 ；②测定Cl-过程中溶液pH 过低或过高均会影响测定结果，原因是pH 过 低，指示剂会与氢离子反应生成重铬酸跟，会氧化氯离子，导致消耗的硝酸银偏少，而pH 过高，氢氧根 会与银离子反应，导致消耗的硝酸银偏多。 2．(2023•湖北省选择性考试，18)学习小组探究了铜的氧化过程及铜的氧化物的组成。回答下列问题： (1)铜与浓硝酸反应的装置如下图，仪器A 的名称为_______，装置B 的作用为_______。 (2)铜与过量H2O2反应的探究如下： 实验②中 Cu 溶解的离子方程式为_______；产生的气体为_______。比较实验①和②，从氧化还原角度说明 的作 用是_______。 (3)用足量NaOH 处理实验②新制的溶液得到沉淀X，元素分析表明X 为铜的氧化物，提纯干燥后的X 在惰性氛围下加热，mgX 完全分解为ng 黑色氧化物Y， 。X 的化学式为_______。 (4)取含X 粗品0.0500g(杂质不参加反应)与过量的酸性KI 完全反应后，调节溶液至弱酸性。以淀粉为 指示剂，用0.1000mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定，滴定终点时消耗Na2S2O3标准溶液15.00mL。(已知： 2Cu2++4I-=2CuI↓+I2，I2+2S2O3 2-=2I-+S4O6 2-)标志滴定终点的现象是_______，粗品中X 的相对含量为_______。 【答案】(1)①具支试管 ②防倒吸 (2)①Cu+H2O2+2H+= Cu2++2H2O ②O2 ③既不是氧化剂，又不是还原剂 (3)CuO2 (4)①溶液蓝色消失，且半分钟不恢复原来的颜色 ② 72% 【解析】(1)由图可知，仪器A 的名称为具支试管；铜和浓硝酸反应生成硝酸铜和二氧化氮，其中二氧 化氮易溶于水，需要防倒吸，则装置B 的作用为防倒吸；(2)根据实验现象，铜片溶解，溶液变蓝，可知在 酸性条件下铜和过氧化氢发生反应，生成硫酸铜，离子方程式为：Cu+H2O2+2H+= Cu2++2H2O；硫酸铜可以 催化过氧化氢分解生成氧气，则产生的气体为O2；在铜和过氧化氢的反应过程中，氢元素的化合价没有发 生变化，故从氧化还原角度说明H+的作用是：既不是氧化剂，又不是还原剂；(3)在该反应中铜的质量 m(Cu)=n× ，因为 ，则m(O)= ，则X 的化学式中铜原子和氧原子的物 质的量之比为： ，则X 为CuO2；(4)滴定结束的时候，单质碘消耗完，则标志滴定终 点的现象是：溶液蓝色消失，且半分钟不恢复原来的颜色；在CuO2中铜为+2 价，氧为-1 价，根据2Cu2+ +4I-=2CuI↓+I2 ，I2+2S2O3 2-=2I-+S4O6 2- ，可以得到关系式：CuO2~2I2~4S2O3 2- ，则n(CuO2)= ×0.1mol/ L×0.015L=0.000375mol，粗品中X 的相对含量为 。 3．(2023•海南卷，17)某小组开展“木耳中铁元素的检测”活动。检测方案的主要步骤有：粉碎、称 量、灰化、氧化、稀释、过滤、滴定等。回答问题： (1)实验方案中出现的图标 和 ，前者提示实验中会用到温度较高的设备，后者 要求实验者_______(填防护措施)。 (2)灰化：干燥样品应装入_______中(填标号)，置高温炉内，控制炉温850℃，在充足空气氛中燃烧成 灰渣。 a．不锈钢培养皿 b．玻璃烧杯 c．石英坩埚 (3)向灰渣中滴加32%的硝酸，直至没有气泡产生。灰化容器中出现的红棕色气体主要成分是_______ (填化学式)，因而本实验应在实验室的_______中进行(填设施名称)。若将漏斗直接置于容量瓶上过滤收集 滤液(如图所示)，存在安全风险，原因是_______。 (4)测定铁含量基本流程：将滤液在200mL 容量瓶中定容，移取25.00mL，驱尽NO3 -并将Fe3+全部还原 为Fe2+。用5mL 微量滴定管盛装K2Cr2O7标准溶液进行滴定。 ①选用微量滴定管的原因是_______。 ②三次平行测定的数据如下表。针对该滴定数据，应采取的措施是_______。 序号 1 2 3 标准溶液用量/mL 2.71 5 2.905 2.725 ③本实验中，使测定结果偏小的是_______(填标号)。 a．样品未完全干燥 b．微量滴定管未用标准溶液润洗 c．灰渣中有少量炭黑 【答案】(1)佩戴护目镜 (2)c (3) ① NO2 ② 通风橱 ③液体无法顺利流下 (4)①滴定更准确，节约试剂 ②舍去第二次数据 ③ a 【解析】(1) 标识提醒实验者需佩戴护目镜；(2)高温灼烧固体物质需在石英坩埚中进行，故 选c；(3)滴加32%的硝酸，灰化容器中出现的红棕色气体主要成分是NO2，由于NO2有毒，需在通风橱进 行；将漏斗直接置于容量瓶上过滤收集滤液，加入溶液时，容量瓶中形成压强差，可能导致溶液无法顺利 流下；(4)①木耳中铁含量较少，选用微量滴定管使实验微型化，滴定更准确，节约试剂；②三次平行滴定 中，第二组数据偏差较大，应舍去。③ a 项，铁元素的含量= ，样品未完全干燥，使 测定结果偏低，故选a； b 项，微量滴定管未用标准溶液润洗，标准溶液被稀释，使测定结果偏高，故不 选b； c 项， 灰渣中有少量炭黑，对测定结果无影响，故不选c。 4．(2022•辽宁省选择性考试)取氢醌法制备H2O2产品 ，加蒸馏水定容至 摇匀，取 于锥形瓶中，用0.0500mol·L－1酸性KMnO4标准溶液滴定。平行滴定三次，消耗标准溶液体积分 别为19.98mL、20.90mL、20.02mL。假设其他杂质不干扰结果，产品中H2O2质量分数为___________。 【答案】17% 【解析】滴定反应的离子方程式为2 MnO4 -+5H2O2+6H+=2 Mn2++5O2↑+8H2O，可得关系式：2 KMnO4~5H2O2。三组数据中20.90mL 偏差较大，舍去，故消耗酸性高锰酸钾标准溶液的平均体积为 20.00mL，H2O2的质量分数 。 5．(2022•重庆卷，15 节选)电子印制工业产生的某退锡废液含硝酸、锡化合物及少量Fe3+和Cu2+等， 对其处理的流程如图。 Sn 与Si 同族，25℃时相关的溶度积见表。 化学式 Sn(OH)4(或SnO2·2H2O) Fe(OH)3 Cu(OH)2 溶度积 1.0×10-56 4×10-38 2.5×10-20 (3)产品中锡含量的测定 称取产品1.500g，用大量盐酸溶解，在CO2保护下，先用Al 片将Sn4+还原为Sn2+，再用 0.1000mol•L-1KIO3标准溶液滴定，以淀粉作指示剂滴定过程中IO3 -被还原为I—，终点时消耗KIO3溶液 20.00mL。 ①终点时的现象为______，产生I2的离子反应方程式为_____。 ②产品中Sn 的质量分数为_____%。 【答案】(3)滴入最后一滴KIO3标准溶液，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不复原 2IO3 -+5Sn2+ +12H+=I2+5Sn4++6H2O 39.7% 【解析】(3)①由题意可知，碘酸钾先与二价锡离子反应生成碘，碘遇淀粉溶液变蓝色时，碘与过量的 二价锡离子反应生成碘离子，溶液由蓝色变为无色，则终点时的现象为滴入最后一滴碘酸钾标准溶液，溶 液由蓝色变为无色，且半分钟内不复原，反应生成碘的离子方程式为2IO3 -+5Sn2++12H+=I2+5Sn4++6H2O，故 答案为：滴入最后一滴KIO3标准溶液，溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不复原；2IO3 -+5Sn2+ +12H+=I2+5Sn4++6H2O；②由得失电子数目守恒可知，滴定消耗20.00mL0.1000mol•L-1碘酸钾溶液，则 1.500g 产品中锡元素的质量分数为 ×100%=39.7%。 1．(2024·辽宁省五校联考高三期末节选)(5)产品纯度测定：将 产品溶于足量稀硫酸配成 溶液。取 该溶液于锥形瓶中，用 标准液进行满定，经过三次滴定， 达到滴定终点时平均消耗标准液的体积为 。已知： ，则该产品中V2O5的质量分数是 %。 【答案】 (5) 【解析】(5)根据V 元素守恒和 建立反应关系式 ，mg 产品中V2O5的物质的量为0.02L×amol/L =0.1amol/L，则该产品中 V2O5的质量分数是 %。 2．(2024·江苏省苏州市高三期末节选)工业上利用高钛炉渣(主要成分为TiO2、CaTiO3及SiO2、Fe2O3 等)制备TiO2。 (3)产品中TiO2的纯度测定 准确称取0.20000 g 样品，加入适量浓硫酸，加热至样品完全溶解，冷却后用水稀释，冷却至室温后再 加入铝片将TiO2+还原为Ti3+，用0.1000mol·L-1 NH4Fe(SO4)2溶液滴定至终点，平行滴定3 次，平均消耗 NH4Fe(SO4)2溶液 。计算样品中TiO2的纯度为 (已知：TiO2可将Fe3+还原为Fe2+)。 【答案】(3)72.00% (3)根据原子守恒和得失电子守恒可得测定过程中的关系式为：TiO2~TiO2+~Ti3+~NH4Fe(SO4)2，则 n(TiO2)=n[NH4Fe(SO4)2]=0.1000mol/L×0.018L=1.8×10-3mol，m(TiO2)= 1.8×10-3mol×80g/mol=0.144g，样品中 TiO2的纯度为 ×100%=72.00%。 3．(2024·山西吕梁高三阶段性测试节选)(5)测定锗的含量：称取0.5500g 锗样品，加入双氧水溶解，再 加入盐酸生成 ，以淀粉为指示剂，用 的碘酸钾标准溶液滴定，消耗碘酸钾的体积为 24.80mL。已知：酸性条件下IO3 -，能将 氧化为 ，①在滴定过程中依次发生的离子方程式为： 、 ，②该样品中储的质量分数是 %(精确到0.01%)。 【答案】(5) 3Ge2++IO3 -+6H+=3Ge4++I-+3H2O IO3 -+5I-+6H+=3I2+3H2O 98.75% 【解析】(5)由“酸性条件下IO3 -能将Ge2+氧化为Ge4+可知，滴定过程中发生反应：3Ge2++IO +6H+=3Ge4++I-+3H2O，当发生IO3 -+5I-+6H+=3I2+3H2O 时，溶液变蓝色，达到滴定终点。由此可得关系式： 3Ge2+~IO3 -，则 n(Ge2+)= 3n(IO3 -)=3×24.80×10-3L×0.1000mol/L=7.44×10-3mol，故该样品中锗的质量分数是 ×100%=98.75%。 4．(2024· 江浙高中(县中)发展共同体高三联考节选) (4)测定产品CoCl2的纯度。准确称取0.600g 样品， 配成100mL 溶液，移取25.0