專題八 物質純度的測定

李子杰

高考動向

1. 結合具體實驗或工業流程對樣品中某種特定產品的含量（以質量百分數形式）進行分析計算；

2. 掌握一些特定物質（如亞硫酸鈉、亞鐵鹽、膽礬結晶水）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. 物質的質量百分數的測定。

樣品中某種特定物質含量的測定通常出現工業流程題和綜合實驗題中，既能考核學生對題目呈現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。質量百分數ω定義為混合物中某種待測成份的質量m（待測物）占該混合物樣品總質量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%，還要關注計算結果的有效數字。這種題型屬于定量實驗，結合近幾年全國高考新課標I卷和廣東高考理綜卷分析，在復習中需要關注一下幾個定量實驗：

1. 膽礬中結晶水含量的測定；

2. 部分變質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。亞硫酸鈉質量百分數計算如下： 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。則亞硫酸鈉的質量百分數=×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；

⑷恢復至室溫后，讀取量筒內液體體積；

⑸把體積折算成標況下體積，記作Vml；

則亞硫酸鈉的質量百分數：×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；

則亞硫酸鈉的質量百分數為：×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，結合各地高考試題分析，按照反應類型，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）結晶水含量x =■；

（3）在干燥器中冷卻是避免硫酸銅結合空氣中的水而導致誤差；

（4）恒重指的是連續兩次加熱，冷卻，稱重，質量差不超過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，將濾液轉移至200ml容量瓶，洗滌、并把洗滌液也轉移至容量瓶，定容，搖勻。精密量取20ml，加鄰二氮菲指示液數滴，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）鈰量法反應中沒有中間價態的產物生成，反應很簡單，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，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）洗滌并把洗滌液轉移至容量瓶，目的是保證待測物全部轉移至容量瓶，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在酸性環境中和重鉻酸鉀充分反應；

（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處理，再通過含有飽和OH-的陰離子交換柱，使Cl-和OH-發生交換。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的量n（Cl）= ，并求出FeClx中，x值： （列出計算過程）；

（2） 現有一含有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的物質的量分數為 。

【解析】（1） 依據題設信息，列出各實驗物質的當量關系：FeClx ～ xCl- ～ xOH- ～ xH+

因此建立待測物和標準物數量關系：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，建立物質之間的數據關系，進而計算。為中檔題，主要是考核考核的基礎能力。

【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。

（5）結晶水合草酸（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在人教版選修IV第二章第二節以對比試驗的方式呈現，屬于基礎題型，考生需要熟練掌握其反應原理：5C2O2- 4 + 2MnO- 4 + 16H+ = 2Mn2+ + 8H2O + 10CO2↑，根據原理建立待測物和標準物的當量關系：5C2O2- 4 ～ 2MnO- 4，依據信息建立數據關系：

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，考核學生對物質的量等基本計算公式的掌握和應用能力，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）廣泛應用于化工、印染、電鍍等行業。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，反應中Cr2O2- 7 被還原為Cr3+，樣品中CuCl的質量分數為 。

【解析】依據題意，該實驗中所發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+為中間產物，建立待測物CuCl和標準物K2Cr2O7的當量關系

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的質量百分數=■×100%。

點評：本題主要考查對物質制備原理的分析判斷、質量分數的計算；為較難等級。考生需要根據儲備知識和信息（本題原題屬于工業流程）進行原理分析，從而建立物質之間的當量關系，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，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。”這里的“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、醫藥、染料等工業中有廣泛用途，其結構式如圖所示。將甲醛水溶液與氨水混合蒸發可制得烏洛托品。若原料完全反應生成烏洛托品，則甲醛與氨的物質的量之比為

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現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，記錄數據。重復滴定2次。平均消耗鹽酸Vml。③ 計算Ba（OH）2·8H2O的質量分數為 （只列出算式，不做運算）

4.（2012·廣東理綜，33）苯甲酸廣泛應用于制藥和化工行業。某同學嘗試用甲苯的氧化反應制備苯甲酸。一定量的甲苯和KMnO4溶液在100℃反應一段時間后停止反應，并分離出苯甲酸和回收未反應的甲苯。稱取苯甲酸產品1.220g，配成100mL甲醇溶液，移取25.00ml溶液，滴定，消耗KOH的物質的量為2.40×10-3mol。產品中甲苯酸質量分數的計算表達式為 ，計算結果為 （保留兩位有效數字）。

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將菠菜樣品預處理后，熱水浸泡，過濾得到含有草酸及草酸鹽的溶液。②調節溶液的酸堿性，滴加足量CaCl2溶液，產生白色沉淀；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。回答下列問題：

（1）步驟①中“樣品預處理”的方法是 。A. 灼燒成灰 B. 研磨成汁

（2）步驟②中“調節溶液的酸堿性”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）經計算，該菠菜樣品中C2O2- 4 的總物質的量為 。

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

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

6. H2O2是醫藥、衛生行業上廣泛使用的消毒劑，也應用一些化妝品產品中，一些特定的醫藥產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，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。故依據性質描述，應該是硝酸。

2. C 解析：依據提示，甲醛和氨完全反應生成烏洛托品，可以用碳和氮元素原子守恒思想解題。觀察烏洛托品結構，其氮原子和碳原子個數比為4：6，故甲醛和氨物質的量之比是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（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，酸式滴定管規格是50ml，鹽酸用量不能超過50ml；其三是鹽酸和Ba（OH）2反應的當量關系。其實只要根據鹽酸濃度、酸式滴定管規格、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的質量百分數。

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中和反應的當量關系，苯甲酸是一元酸，按照物質的量1：1和KOH中和反應；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，苯甲酸質量分數為×100% = 24%。

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

解析：菠菜經灼燒碳元素轉化為CO2溢出，無法測定草酸鹽含量。C2O2- 4 水解生成HC2O- 4 和H2C2O4及OH-，故調節溶液顯堿性，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，不在產生沉淀，即CaCl2溶液滴加過量。在滴定實驗中依據C2O2- 4 和MnO- 7 當量關系直接列出關系式n（C2O2- 4 ）=V×10-3×0.0100×2.5×4=10-4Vmol。m（C2O2- 4 ）=10-4V×88g，其質量百分數=×100%。

6.（1）反應如下：5H2O2 + 2MnO- 4 +6H+ = 2Mn2++8H2O+5O2↑；（2）a. 2MnO- 4 +5C2O2- 4 +16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，b. 溶液中Mn2+產生后，Mn2+作反應的催化劑，加快反應，褪色較快。c. 酸式滴定管，溶液呈現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，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2MnO- 4 ～5C2O2- 4 當量關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5H2O2 ～2MnO- 7 當量關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重考核考生氧化還原配平的基本能力，在復習中應該加強。

（作者單位：廣州市第二中學）

責任編校 李平安