刻畫反應流程圖 快速建立關系式 突破滴定計算題

江蘇

(作者單位：蘇州高新區第一中學)

一、高考情況分析

當下高考化學試題在高考評價體系框架的引領下，以真實情境為考查載體，科學設置考查內容，保證“四翼”要求，滿足高校對高素質人才選拔的需要。化學計算的本質是對化學問題的數學處理過程，即對物質的組成、結構、性質及其變化規律的量化過程，以真實的定量分析實驗為基礎，根據實驗測定的數據，通過計算確定物質的組成或揭示反應的規律，在高考題中備受青睞。近五年有關滴定分析法的考查情況如表1所示。

表1 近五年高考中有關滴定分析的考查

二、常見滴定分析法

通過分析發現，化學計算的考查通常以滴定分析為主，以真實的滴定情境為載體，通過化學計算確定物質的組成或揭示反應的基本規律，基于化學計算的學科應用功能設計試題，考查學生運用實驗數據和結果進行化學計算的能力，培養學生從定量視角分析和解決化學實驗問題的思維方式。常見滴定類型及對應的反應原理如表2所示。

表2 常見滴定分析類型及反應原理

三、滴定分析考查落點

滴定類試題的考查角度主要有滴定曲線分析、指示劑選擇、滴定終點判斷、數據處理及誤差分析等，具體分析如表3所示。

表3 滴定分析考查剖析

四、解題思維模型分析

化學計算的關鍵即找到已知量與未知量之間的關系，建立關系式進行解答。針對滴定類試題命題思路和意圖，歸納總結了解答此類試題的思維模型如圖1所示。

圖1 化學計算思維模型

“一次性審題”就是一次性完成審題，審時要“邊讀題邊刻畫反應流程圖”，并在線上標注反應過程、數據等關鍵信息，目的在于能準確、簡潔、清晰地敘述出題意，縮短做題時間。

五、典型例題分析

1.酸堿中和滴定

【例1】(2017·北京卷·27節選)SCR和NSR技術可有效降低柴油發動機在空氣過量條件下的NOx排放。尿素溶液濃度影響NO2的轉化，測定溶液中尿素[CO(NH2)2，M=60 g·mol-1]含量的方法如下：取ag尿素溶液，將所含氮完全轉化為NH3，所得NH3用過量的v1mLc1mol·L-1H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2mLc2mol·L-1NaOH溶液恰好中和，則尿素溶液中溶質的質量分數是________。

【反應流程分析】快速瀏覽試題可知，該題屬于酸堿滴定計算，目標是計算尿素溶液中溶質的質量分數。對本題滴定分析如圖2所示。

圖2

【解析】由反應流程圖可知，2NH3～H2SO4，2NaOH～H2SO4

H2SO4總量：n(H2SO4)=c1v1×10-3mol

n(NH3)=2n(H2SO4)=(2c1v1×10-3-c2v2×10-3) mol

根據N原子守恒

2.氧化還原滴定

【例2】(2019·江蘇卷·18)聚合硫酸鐵[Fe2(OH)6-2n(SO4)n]m廣泛用于水的凈化。以FeSO4·7H2O為原料，經溶解、氧化、水解聚合等步驟，可制備聚合硫酸鐵。

(1)將一定量的FeSO4·7H2O溶于稀硫酸，在約70℃下邊攪拌邊緩慢加入一定量的H2O2溶液，繼續反應一段時間，得到紅棕色黏稠液體。H2O2氧化Fe2+的離子方程式為____________________；水解聚合反應會導致溶液的pH________。

①上述實驗中若不除去過量的Sn2+，樣品中鐵的質量分數的測定結果將________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。

②計算該樣品中鐵的質量分數(寫出計算過程)。

(2)①偏大 ②具體計算過程見解析

【反應流程分析】本題可模仿無機工藝流程題來畫反應流程圖，如圖3所示。

Fe3+、Cr3+

圖3

(2)①加入還原劑SnCl2，由Sn2+變為Sn4+，若不除去具有還原性的Sn2+，Sn2+與K2Cr2O7反應，則會消耗更多的K2Cr2O7，使測定的鐵的含量偏高。

樣品中鐵元素的質量：

m(Fe)=6.600×10-3mol×56 g·mol-1=0.369 6 g

樣品中鐵元素的質量分數：

3.配位滴定

(1)制備堿式硫酸鋁溶液時，維持反應溫度和反應時間不變，提高x值的方法有___________。

(2)堿式硫酸鋁溶液吸收SO2過程中，溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。

(3)通過測定堿式硫酸鋁溶液中相關離子的濃度確定x的值，測定方法如下：

①取堿式硫酸鋁溶液25.00 mL，加入鹽酸酸化的過量BaCl2溶液充分反應，靜置后過濾、洗滌，干燥至恒重，得固體2.330 0 g。

②取堿式硫酸鋁溶液2.50 mL，稀釋至25 mL，加入0.100 0 mol·L-1EDTA標準溶液25.00 mL，調節溶液pH約為4.2，煮沸，冷卻后用0.080 00 mol·L-1CuSO4標準溶液滴定過量的EDTA至終點，消耗CuSO4標準溶液20.00 mL(已知Al3+、Cu2+與EDTA反應的化學計量比均為1∶1)。

計算(1-x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中的x值(寫出計算過程)。

【答案】(1)適當增加CaCO3的量或加快攪拌速率

(2)減小

(3)具體過程見解析

【反應流程分析】該題要注意取樣時溶液的倍數關系。

取25.00 mL

x=0.41

取2.50 mL

圖4

【解析】25.00 mL溶液中：

2.50 mL溶液中：

n(Al3+)=n(EDTA)-n(Cu2+)=

0.100 0 mol·L-1×25.00 mL×10-3L·mL-1-0.080 00 mol·L-1×20.00 mL×10-3L·mL-1=

9.000×10-4mol

25.00 mL溶液中：n(Al3+)=9.000×10-3mol

1 mol (1-x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中：

求得x=0.41

4.沉淀滴定

【例4】(2017·天津卷·9)用沉淀滴定法快速測定NaI等碘化物溶液中c(I-)，實驗過程包括準備標準溶液和滴定待測溶液。

Ⅰ.準備標準溶液

a.準確稱取AgNO3基準物4.246 8 g(0.025 0 mol)后，配制成250 mL標準溶液，放在棕色試劑瓶中避光保存，備用。

b.配制并標定100 mL 0.100 0 mol·L-1NH4SCN標準溶液，放在棕色試劑瓶中避光保存，備用。

Ⅱ.滴定的主要步驟

a.取待測NaI溶液25.00 mL于錐形瓶中。

b.加入25.00 mL 0.100 0 mol·L-1AgNO3溶液(過量)，使I-完全轉化為AgI沉淀。

c.加入NH4Fe(SO4)2溶液作指示劑。

d.用0.100 0 mol·L-1NH4SCN溶液滴定過量的Ag+，使其恰好完全轉化為AgSCN沉淀后，體系出現淡紅色，停止滴定。

e.重復上述操作兩次。三次測定數據如表4：

表4

f.數據處理。

回答下列問題：

(1)將稱得的AgNO3配制成標準溶液，所使用的儀器除燒杯和玻璃棒外還有___________。

(2)AgNO3標準溶液放在棕色試劑瓶中避光保存的原因是___________。

(3)滴定應在pH<0.5的條件下進行，其原因是____________________。

(4)b和c兩步操作是否可以顛倒________，說明理由___________。

(5)所消耗的NH4SCN標準溶液平均體積為________mL，測得c(I-)=________mol·L-1。

(6)在滴定管中裝入NH4SCN標準溶液的前一步，應進行的操作為___________。

(7)判斷下列操作對c(I-)測定結果的影響(填“偏高”“偏低”或“無影響”)

①若在配制AgNO3標準溶液時，燒杯中的溶液有少量濺出，則測定結果________。

②若在滴定終點讀取滴定管刻度時，俯視標準液液面，則測定結果________。

【答案】(1)250 mL(棕色)容量瓶、膠頭滴管

(2)避免AgNO3見光分解

(3)防止因Fe3+的水解而影響滴定終點的判斷(或抑制Fe3+的水解)

(4)否(或不能) 若顛倒，Fe3+與I-反應，指示劑耗盡，無法判斷滴定終點

(5)10.00 0.060 0

(6)用NH4SCN標準溶液進行潤洗

(7)偏高 偏高

【反應流程分析】

圖5

【解析】具體分析(5)、(6)、(7)

(5)根據所提供的三組數據可以看出第一組數據誤差較大，應舍去，第二、三兩組數據取平均值即可，所以消耗的NH4SCN標準溶液平均體積為10.00 mL，加入的AgNO3物質的量：n(AgNO3)=0.100 0 mol·L-1×25.00 mL。

n(AgNO3)=0.100 0 mol·L-1×10.00 mL。

則與NaI反應的AgNO3物質的量：

n(AgNO3)=0.100 0 mol·L-1×15.00 mL。

則c(I-)=0.060 0 mol·L-1。

(6)在滴定管中裝入NH4SCN標準溶液前應用NH4SCN標準溶液進行潤洗。

(7)①若在配制AgNO3標準溶液時，燒杯中的溶液有少量濺出，造成溶質減少，所配制的AgNO3標準溶液濃度偏低，測定結果偏高。

②若在滴定終點讀取滴定管刻度時，俯視標準液液面，造成讀數偏小，則測定結果偏高。