電解質溶液中粒子含量的定量分析例析

四川 劉 宇 彭瑞祿

化學是一門以實驗為基礎的自然學科，化學實驗關注實驗原理、實驗步驟涉及的相關計算。電解質溶液中某粒子含量(物質的量或物質的量濃度)的計算在近年各省、市高考、聯考試題中出現頻繁。為強化學生化學實驗素養、提升學生分析化學原理并進行定量計算的能力，我們在高三二輪復習中設置微專題《電解質溶液中粒子含量的定量分析》進行專項研究。

新課程標準指出：學生應“具有證據意識，能從定性與定量結合上收集證據”，能依據化學反應原理，選取相應的實驗數據，定量分析化學實驗中的相應化學計算。人教版《選修4》教材中提出了滴定實驗這一概念，并給出了酸堿中和滴定曲線。

課題組設置了微專題進行專項研究，從近年各省、市試題中歸類篩選出電解質溶液中涉及定量分析的試題，再細化分類，形成研究成果應用于課堂教學中，取得了一定的效果。

1.酸堿中和滴定，計算物質的量濃度

【例1】現用物質的量濃度為amol·L-1的標準NaOH溶液去滴定VmL鹽酸的物質的量濃度，請填寫下列空白：

(1)堿式滴定管用蒸餾水洗凈后，接下來應該進行的操作是_________________

(2)用標準NaOH溶液滴定時，應將標準NaOH溶液注入________(填“甲”或“乙”)中。

滴定前

甲

乙

滴定后

(3)右上圖是堿式滴定管中液面在滴定前后的讀數，c(HCl)=________mol·L-1。

【答案】(1)用標準NaOH溶液潤洗2～3次

(2)乙

【考點透析】酸堿中和滴定作為化學實驗題，考查一般設置有實驗儀器的識別(名稱、使用方法等)、化學實驗基本操作方法(滴定操作步驟)、實驗現象的描述(滴定終點的判斷等)、化學計算以及誤差分析等。

2.氧化還原滴定，書寫原理方程式

【例2】酸性KMnO4溶液能與草酸(H2C2O4)溶液反應，某探究小組用濃度為0.100 0 mol·L-1酸性KMnO4標準溶液滴定未知濃度的草酸。

(1)寫出滴定過程中發生反應的離子方程式：____________________。

(2)滴定過程中操作滴定管的圖示正確的是________。

A

B

C

(3)滴定到達終點的判定標準是_________________

(2)A

(3)當最后一滴酸性KMnO4溶液滴入時，溶液由無色變為淺紅色，且半分鐘內不褪色，即說明達到滴定終點

【能力提升】滴定法的種類多，但他們之間的差異在于化學反應原理的區別，只要明晰化學反應原理，了解待測液和標準液之間的關系，所有分析相同，僅在數據分析時調整計算原理即可。

3.沉淀滴定，濃度的計算及誤差分析

【例3】(2015·山東卷·31節選)利用簡潔酸堿滴定法可測定Ba2+的含量，實驗分兩步進行。

步驟Ⅰ.移取xmL一定濃度的Na2CrO4溶液于錐形瓶中，加入酸堿指示劑，用bmol·L-1鹽酸標準液滴定至終點，測得滴加鹽酸的體積為V0mL。

步驟Ⅱ.移取ymL BaCl2溶液于錐形瓶中，加入xmL與步驟Ⅰ相同濃度的Na2CrO4溶液，待Ba2+完全沉淀后，再加入酸堿指示劑，用bmol·L-1鹽酸標準液滴定至終點，測得滴加鹽酸的體積為V1mL。

滴加鹽酸標準液時應用酸式滴定管，“0”刻度位于滴定管的________(填“上方”或“下方”)。BaCl2溶液的濃度為________mol·L-1，若步驟Ⅱ中滴加鹽酸時有少量待測液濺出，Ba2+濃度測量值將________(填“偏大”或“偏小”)。

【技巧點撥】滴定到達終點的判斷依據可以固化，即加入最后一滴指示劑時，溶液由原色變化為新色，且半分鐘內不恢復原色。其中需要特別關注的是原溶液的顏色，同時清晰反應會使加入的指示劑的顏色發生變化，到達終點(或者多加入一滴指示劑)，溶液的顏色會發生明顯變化。

4.轉化滴定，確定物質的化學式

【例4】草酸鐵晶體Fe2(C2O4)3·xH2O通過相關處理后可溶于水，且能作凈水劑，在110℃時可完全失去結晶水。為測定該晶體中鐵的含量和結晶水的含量，某實驗小組做了如下實驗：

步驟1：稱量4.66 g草酸鐵晶體進行處理后，配制成250 mL一定物質的量濃度的溶液。

重復步驟2、步驟3的操作2次，分別滴定消耗0.020 0 mol·L-1KMnO4溶液為V2、V3mL。

記錄數據如表：

請回答下列問題：

(1)該實驗步驟1和步驟3中使用的儀器除托盤天平、鐵架臺、滴定管夾、燒杯、玻璃棒外，一定需用下列儀器中的________(填序號)。

A.酸式滴定管 B.堿式滴定管 C.量筒(10 mL)

D.錐形瓶 E.膠頭滴管 F.漏斗

G.250 mL容量瓶

(2)加入鋅粉的目的是_________________

(3)步驟3滴定時是否選擇指示劑________(是或否)；說明理由：_________________寫出步

驟3中發生反應的離子方程式：_________________

(4)在步驟2中，若加入的KMnO4溶液的量不夠，則測得的鐵含量________(填“偏低”“偏高”或“不變”)；實驗測得該晶體中結晶水的個數x為________。

【答案】(1)ADEG

(2)將Fe3+還原為Fe2+

(4)偏高 5

【數據處理】對于計算類的實驗，均會存在誤差，為了將誤差降低到最低，我們采用多次(一般3次以上)實驗計算平均值，但如果有一次的實驗數據偏差過大，應該先棄去偏差較大的一組數據再計計算平均值。

5.反滴定，計算量濃度及誤差分析

試回答：

(1)滴定過程中用到的玻璃儀器除了酸式滴定管、堿式滴定管外還缺少_________________

(2)滴定操作時，左手控制滴定管，右手________，眼睛要注視_________________

(4)水中溶解氧的計算式是________(以g/L為單位)。

(5)測定時，滴定管經蒸餾水洗滌后即加滴定劑Na2S2O3溶液，導致測定結果________(填“偏高”“偏低”或“無影響”)。

【答案】(1)錐形瓶、燒杯

(2)不斷振蕩錐形瓶 錐形瓶內溶液顏色的變化

(3)藍 無

(5)偏高

【思路點撥】反滴定是指溶液中的粒子不能直接進行測定，可先將溶液中的被檢粒子轉化成其他粒子，再通過滴定的方法進行定量測定。那么進行化學計算時可通過關系式法確定多個粒子之間的物質的量的關系，再進一步完成計算。

電解質溶液中粒子濃度的定量計算涉及中和滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定、轉化滴定和反滴定等，不同的滴定方法涉及不同的化學反應原理，學生在解決此類問題時需要通過試題描述快速轉化出實驗原理和對應化學方程式關系，借助元素化學知識、氧化還原反應原理知識可準確解答。

在目前研究的基礎上，課題組將繼續現有的研究思路和方向，繼續收集、歸類整理近期各省市的相關試題，同時關注本微專題可能涉及的其他考向，完善微專題知識體系，并將研究成果落實在教學實施過程中，提升和發展學生的核心素養。