高考熱點滴定試題研究

王培波

(山東省日照實驗高級中學)

滴定是化學研究中的定量分析實驗,在近年的高考命題中備受重視,雖然中學化學主要學習中和滴定,但考題還拓展到氧化還原滴定、沉淀滴定等.本文匯總研究了全國各地高考命題中涉及滴定的考題,歸納出了5個方面的命題熱點.

1 中和滴定的實驗儀器

中和滴定常用儀器有酸式滴定管、堿式滴定管、滴定管夾(帶鐵架臺)、錐形瓶等.其中常考的是滴定管,如正確選擇滴定管(包括量程),滴定管的檢漏、洗滌和潤洗,滴定管的正確讀數方法等.

例1(2021 年廣東卷)測定濃硫酸試劑中H2SO4含量的主要操作包括:①量取一定量的濃硫酸,稀釋;②轉移定容得待測液;③移取20.00 mL待測液,用0.1000mol·L-1的NaOH 溶液滴定.上述操作中,不需要用到的儀器為( ).

解析①量取一定量的濃硫酸并稀釋所需儀器:量筒、燒杯、玻璃棒.②轉移定容得待測液所需儀器:玻璃棒、容量瓶、膠頭滴管.③移取20.00mL待測液,用0.1000mol·L-1的NaOH 溶液滴定所需儀器:移液管或酸式滴定管、堿式滴定管、錐形瓶.選項A為容量瓶,選項B為分液漏斗,選項C為錐形瓶,選項D為堿式滴定管.上述操作中,不需要用到的儀器為分液漏斗,故答案為B.

【小結】酸式滴定管可盛放酸性溶液、氧化性溶液,不能盛放堿性溶液,因為堿性物質易腐蝕玻璃,致使玻璃活塞無法打開.堿式滴定管可盛放堿性溶液,不能盛放酸性溶液、氧化性溶液,因為酸性和氧化性物質易腐蝕橡膠.

2 中和滴定的操作步驟

1)滴定前的準備:查漏、洗滌、潤洗、充液(趕氣泡)、調液面、讀數.

2)滴定:移液、滴加指示劑、滴定至終點、讀數.

3)計算.

例2(2022年山東卷)實驗室用基準Na2CO3配制標準溶液并標定鹽酸濃度,應選甲基橙為指示劑,并以鹽酸滴定Na2CO3標準溶液.下列說法錯誤的是( ).

A.可用量筒量取25.00mLNa2CO3標準溶液置于錐形瓶中

B.應選用配帶塑料塞的容量瓶配制Na2CO3標準溶液

C.應選用燒杯而非稱量紙稱量Na2CO3固體

D.達到滴定終點時溶液顯橙色

解析選甲基橙為指示劑,并以鹽酸滴定Na2CO3標準溶液,應將Na2CO3標準溶液置于錐形瓶中,將待測鹽酸置于酸式滴定管中,滴定終點時溶液由黃色變為橙色.量筒的精確度不高,不可用量筒量取Na2CO3標準溶液,應該用堿式滴定管或移液管量取,選項A 說法錯誤.Na2CO3溶液顯堿性,盛放Na2CO3溶液的容器不能用玻璃塞,以防堿性溶液腐蝕玻璃產生有黏性的硅酸鈉溶液而將瓶塞黏住,選項B說法正確.Na2CO3有吸水性且有一定的腐蝕性,故應選用燒杯而非稱量紙稱量Na2CO3固體,選項C 說法正確.Na2CO3溶液顯堿性,甲基橙滴入Na2CO3溶液中顯黃色,當滴入最后1滴鹽酸時,溶液由黃色突變為橙色且30s內不變色即為滴定終點,選項D 說法正確.答案為A.

【小結】“中和滴定”的注意事項:

1)錐形瓶不能用待測液潤洗,酸式滴定管不能盛放堿性溶液和氫氟酸,堿式滴定管不能盛放酸性和強氧化性溶液.

2)滴速要先快后慢,而且要一滴一滴地滴加,當接近終點時,應一滴一搖.

3)滴定過程中,錐形瓶口不能接觸滴定管下端尖嘴且眼睛要一直注視錐形瓶中溶液顏色的變化.

4)當最后1滴滴入使指示劑恰好變色且30s內不恢復原色,表示達到滴定終點.

3 中和滴定的指示劑的選擇

1)強酸強堿相互滴定,可選用甲基橙、甲基紅或酚酞.2)若反應生成強酸弱堿鹽,溶液呈酸性,則選用酸性變色范圍的指示劑(如甲基橙);若反應生成強堿弱酸鹽,溶液呈堿性,則選用堿性變色范圍的指示劑(如酚酞).3)石蕊溶液因顏色變化不明顯,且變色范圍過寬,一般不做指示劑.

例3(2022年浙江卷,節選)氨基鈉(NaNH2)是重要的化學試劑,實驗室可用如圖1所示裝置制備(夾持、攪拌、尾氣處理裝置已省略).

圖1

簡要步驟如下:Ⅰ.在瓶A 中加入100 mL 液氨和0.05gFe(NO3)3·9H2O,通入氨氣排盡密閉體系中的空氣,攪拌.Ⅱ.加入5g鈉粒,反應,得NaNH2粒狀沉積物.Ⅲ.除去液氨,得產品NaNH2.

已知:NaNH2幾乎不溶于液氨,易與水、氧氣等反應.反應方程式為

產品分析:假設NaOH 是產品NaNH2的唯一雜質,可采用如下方法測定產品NaNH2純度.從下列選項中選擇最佳操作并排序_________.

準確稱取產品NaNH2xg→( )→( )→( )→計算.

a.準確加入過量的水

b.準確加入過量的HCl標準溶液

c.準確加入過量的NH4Cl標準溶液

d.滴加甲基紅指示劑(變色的pH 范圍4.4～6.2)

e.滴加石蕊指示劑(變色的pH 范圍4.5～8.3)

f.滴加酚酞指示劑(變色的pH 范圍8.2～10.0)

g.用NaOH 標準溶液滴定

h.用NH4Cl標準溶液滴定

i.用HCl標準溶液滴定

解析在硝酸鐵催化下,鈉與液氨的反應生成NaNH2和氫氣,該反應是放熱反應,為保證液氨處于微沸狀態,需要用冷卻液控制一定的溫度.NaNH2易與水和氧氣發生反應,所以裝置B 中Hg可防止氧氣、水進入密閉體系,導氣口N 與尾氣處理裝置連接再處理氨氣等,據此結合實驗原理分析解答.題干信息中提到假設產品NaNH2的唯一雜質為NaOH,因為產品溶于水生成NaOH 和NH3,所以可設計利用HCl標準溶液進行滴定,因在滴定終點時,溶液中含NaCl和NH4Cl,所以需選用酸性條件下的酸堿指示劑判斷滴定終點,過量的HCl再利用NaOH標準液返滴定,最終利用所測數據計算得出產品中NaNH2的純度,故涉及的操作步驟為準確稱取產品xg→加入過量的HCl標準溶液→滴加甲基紅指示劑→用氫氧化鈉標準溶液進行滴定,根據實驗所測數據,計算產品純度,故答案為b、d、g.

【小結】甲基紅是一種有機化合物,熔點在178～182℃,為有光澤的紫色結晶或紅棕色粉末,溶于乙醇和乙酸,幾乎不溶于水.甲基紅變色的pH 范圍是4.4～6.2,即pH 在4.4～6.2時,呈橙色;pH＜4.4時,呈紅色,因為是靠近酸性強的一邊時的顏色,故又稱之為酸色,pH＞6.2時,呈黃色,因為是靠近堿性強的一邊時的顏色,故又稱之為堿色.

4 中和滴定的滴定曲線

例4(2021年遼寧卷)用0.1000mol·L-1鹽酸滴定20.00mL Na2A 溶液,溶液中H2A、HA-、A2-的分布分數δ隨pH 變化曲線及滴定曲線如圖2 所示.下列說法正確的是( ).[如A2-分布分數:

圖2

A.H2A 的Ka1為10-10.25

B.c點:c(HA-)＞c(A2-)＞c(H2A)

C.第一次突變,可選酚酞做指示劑

D.c(Na2A)＝0.2000mol·L-1

解析用0.1000 mol·L-1鹽酸滴定20.00 mL Na2A 溶液,pH 較大時A2-的分布分數δ最大,隨著pH 的減小,A2-的分布分數δ逐漸減小,HA-的分布分數δ逐漸增大,恰好生成NaHA 之后,HA-的分布分數δ逐漸減小,H2A 的分布分數δ逐漸增大,表示H2A、HA-、A2-的分布分數δ的曲線如圖3所示.

圖3

H2A 存在二步電離平衡,即H2A?HA-＋H＋,HA-?A2-＋H＋,結合a點數值可知c(A2-)＝c(HA-),則 H2A 的二級電離常數Ka2＝,選項A 錯誤.由圖像可知,在pH＝8時,c(A2-)為0,說明此時A2-全部轉化為HA-,c點pH＝7,此時鹽酸的體積比20mL略多,生成的溶液中c(HA-)＞c(H2A)＞c(A2-),選項B 錯誤.酚酞變色的pH 范圍為8.2～10,終點時溶液呈堿性,由b點到d點,是pH 的第一次突變,此時pH 的變化區間是8.32～6.38,在酚酞的變色范圍之內,選項C正確.根據圖像e點可知,當加入鹽酸40mL時,全部生成H2A,由反應Na2A＋2HCl＝H2A＋2NaCl可知,n(HCl)＝2n(Na2A),則c(Na2A)＝選項D 錯誤.答案為C.

【小結】分布曲線是指以pH 為橫坐標、分布系數(即組分的平衡濃度占總濃度的分數)為縱坐標的關系曲線,解答時要注意根據酸的元數構建解題模型,一般分布曲線中有一個交匯點的,利用交匯點的數值可以計算該酸的電離常數.同理,當曲線上有兩個交匯點的時候,利用交匯點的數值可以計算該酸的兩級電離常數,舉例如表1所示.

表1

5 中和滴定的數據處理與誤差分析

處理數據時要正確“取舍”數據,計算“平均”體積,根據反應式確定標準液與待測液濃度和體積的關系,從而列出公式進行計算.

分析誤差時要寫出計算式,分析操作對V標的影響,由計算式得出對最終測定結果的影響,切忌死記硬背結論.此外,讀數時的視線問題要學會畫圖分析.

例5(2021年湖南卷,節選)碳酸鈉俗稱純堿,是一種重要的化工原料.以碳酸氫銨和氯化鈉為原料制備碳酸鈉,并測定產品中少量碳酸氫鈉的含量,過程如下.

步驟Ⅰ.Na2CO3的制備(如圖4).

圖4

步驟Ⅱ.產品中NaHCO3含量測定.

①稱取產品2.500g,用蒸餾水溶解,定容于250mL容量瓶中;

②移取25.00mL上述溶液于錐形瓶,加入2滴指示劑M,用0.1000mol·L-1鹽酸標準溶液滴定,溶液由紅色變至近無色(第一滴定終點),消耗鹽酸V1mL;

③在上述錐形瓶中再加入2滴指示劑N,繼續用0.1000mol·L-1鹽酸標準溶液滴定至終點(第二滴定終點),又消耗鹽酸V2mL;

④平行測定3次,V1平均值為22.45,V2平均值為23.51.

(3)指示劑N 為________,描述第二滴定終點前后顏色變化:_______.

(4)產品中NaHCO3的質量分數為_________(保留3位有效數字).

(5)第一滴定終點時,某同學俯視讀數,其他操作均正確,則NaHCO3質量分數的計算結果________(填“偏大”“偏小”或“無影響”).

解析步驟Ⅱ為利用酸堿中和滴定原理測定產品中NaHCO3的含量,第一次滴定發生的反應為Na2CO3＋HCl＝NaHCO3＋NaCl,因為Na2CO3、NaHCO3溶于水顯堿性,且堿性較強,所以可借助酚酞指示劑的變化來判斷滴定終點,結合顏色變化可推出指示劑M 為酚酞試劑;第二次滴定時溶液中的溶質為NaCl,同時還存在反應生成的CO2,溶液呈現弱酸性,因為酚酞的變色范圍為8～10,所以不適合利用酚酞指示劑判斷滴定終點,可選擇甲基橙試液,發生的反應為NaHCO3＋HCl＝NaCl＋H2O＋CO2↑,再根據關系式求出總NaHCO3的物質的量,計算出NaHCO3的質量,最終得出產品中NaHCO3的質量分數.(3)根據上述分析可知,第二次滴定時,使用的指示劑N 為甲基橙試液,滴定到終點前溶液的溶質為NaHCO3和NaCl,滴定達到終點后溶液的溶質為NaCl,所以溶液的顏色由黃色變為橙色,且30s不褪色.(4)第一次滴定發生的反應是

(5)若該同學第一次滴定時,在其他操作均正確的情況下,俯視讀數,則會使標準液鹽酸的體積偏小,即測得V1偏小,所以原產品中NaHCO3的物質的量會偏大,最終導致其質量分數會偏大.

(完)