高考滴定類試題的案例分析與解題思路

徐明利

(安徽省淮北市實驗高級中學,安徽 淮北 235000)

滴定法是一種常用的化學分析手段,中學教材中對酸、堿的中和滴定法做了較多的論述,但是在目前的考試中,往往會出現其他幾種形式的滴定,是對考生知識遷移能力的一種考核.近年來,通過研究高考考題類型與計算方面來看,滴定分析相關的題目比重較大,學生的失分也較多,滴定方法逐漸被教師與學生重視,是一項重要考核內容[1].為進一步加強對滴定法的理解,本文對該部分內容進行研究,為今后的考試提供參考,使學生更好地掌握知識.

1 高考中有關滴定問題的分布及特點

高考中有關滴定問題的分布及特點,見表1.

表1 高考中有關滴定問題的分布及特點

2 滴定方法與例題解決

2.1 直接滴定

圖1 直接滴定法思維模式

例1稱取混合堿(氫氧化鈉和碳酸鈉混合堿或碳酸鈉和碳酸氫鈉混合堿)試樣1.2 g,用去離子水溶解后用0.5 mol/L的鹽酸滴定至酚酞褪色,讀取消耗的鹽酸體積,即V1,V1=30.0 mL;接著添加甲基橙,持續滴加鹽酸至顏色變為橙色,結束滴定并讀取消耗的鹽酸體積,即V2,V2=5.0 mL.問樣品中的成分有哪些?計算其各自的質量分數?

分析NaOH與NaHCO3不會同時存在,因為會發生反應.當酚酞變色時若有NaOH則已全部被中和,而Na2CO3只被滴定到NaHCO3.在此溶液中再加甲基橙指示劑,繼續滴定到終點,則生成的NaHCO3進一步被反應完.設酚酞變色時,消耗HCl溶液的體積為V1,此后,至甲基變色時又用去HCl溶液的體積為V2.根據V1-V2來計算NaOH含量,再根據V2計算Na2CO3含量.

已知V1=30.0 mL,V2=5.0 mL,當滴定混合堿至酚酞變色的過程中發生的反應為:

當繼續滴定至甲基橙變色時此過程發生的反應為:

因此混合堿中碳酸鈉的含量為22.1%,氫氧化鈉的含量為41.7%.

2.2 間接滴定

間接滴定法是指待測樣品無法直接與標準溶液發生反應,而能通過其他化學反應被間接測定.圖2是具體的思維模式.

圖2 間接滴定法思維模式

2.3 返滴定

返回滴定法也叫“余量法”,還叫“返回滴定法”.在測定物與滴定液反應緩慢、反應物為固態或沒有適當的指示物質等情況下,按一定的比例添加滴定液,也不會馬上反應而結束[2],在此情況下,將多余的滴定液精確地添加到被測物質中,并與被測物質充分發生反應,在此基礎上,將多余的滴定液用另外一種標準溶液進行滴定,即所謂的“返滴定法”.圖3顯示了思維模式.

圖3 返滴定法思維模式

比如,使用 EDTA標準液來對鋁鹽進行檢測,因為Al3+與 EDTA的反應比較緩慢,需加過量的EDTA并加熱煮沸才能反應完成,將剩余EDTA用Zn2+標準液回滴,以此來確定鋁含量.

3 滴定方法解題應用

通過對最近幾年全國各地高考題的分析,可以看出,對于化學計量的考查,通常情況下,采用的是氧化還原滴定、酸堿中和滴定、沉淀滴定以及配位滴定的方法,在一次或多次的測量中,一次或者多次地完成測量,從而獲得與之有關的數據[3].最為重要的是,要運用化學計量關系來對數據進行處理,從而獲得正確的解決方案.在解決問題的時候,學生要理清實驗思維,以物質的量為核心,用守恒法來確定各物質之間的測量關系,之后用化學符號來定量地將這種關系進行表達,從而得到待測物質的相關量.

3.1 氧化還原滴定題型中的應用

在中學化學的解題過程中,氧化還原反應是非常普遍的一種題型.在化學題目中,得到的電子的總數等于失去的電子的總數,這就是守恒法的運用形式和解題思路.運用守恒原理,可以對許多化學題目進行簡單的解答,使學生理順思維,從而使解題精度得到進一步的提升.

例2三草酸合鐵酸鉀(K3[Fe(C2O4)3]·3H2O)是一種深綠色的晶體,可作為干法蒸煮圖紙的原料.測定K3[Fe(C2O4)3]·3H2O中鐵含量如下:

①在錐形瓶子中稱取試樣,即mg,去離子水溶解,加入H2SO4酸化,用cmol·L-1的KMnO4溶液一直滴到反應結束.結束時現象為:最后一滴高錳酸鉀溶液加入后,溶液呈淡紅色,顏色持續30秒不褪色.

例3 如圖4所示,C中盛有100 g原糧,E中盛有20.00 mL的1.13×10-3mol·L-1的KMnO4溶液(H2SO4酸化).請回答下列問題:

圖4 裝置圖

采集E內的吸收物,加入水,稀釋到250 mL,取25.00 mL在錐形瓶中,將其余的KMnO4溶液用5.0×10-4mol·L-1的Na2SO3標準溶液進行滴定,數據見表2.

回答以下問題:①滴定終點現象是什么?

②數據處理:消耗Na2SO3標準溶液多少毫升;則該原糧中磷化物(以PH3計)的含量為多少毫克每千克?

解答①依據滴定反應:

實驗無需選擇指示劑,錐形瓶中溶液顏色由紫變為無色,半分鐘內不變色,即為滴定終點.

②收集E中吸收液,加水稀釋至250 mL,取25.00 mL于錐形瓶中用濃度為5×10-4mol/L Na2SO3標準溶液滴定剩余的KMnO4溶液,消耗Na2SO3標準溶液11.00 mL;依據滴定反應:

得到定量關系為:

5PH3～8KMnO4

3.2 沉淀滴定的應用

如確定生理鹽水中的 NaCl含量:

在中性條件下,硝酸銀鹽與氯化鈉發生化學反應,形成了一種磚紅色的沉淀.化學方程式是:

該方法需要在一種中性或弱堿(pH為6.5～10.5)條件下進行滴定,因為在酸中,鉻酸銀會溶解,使滴定的結果變得很高,同時在強堿中,銀離子會形成深灰色的氧化銀,從而對滴定及終點的判斷造成很大的干擾.在滴定時,由于產生的氯化銀可以吸附氯離子,會提前產生鉻酸銀的沉淀物,所以在滴定的時候,一定要大力搖動液體,促使吸收的氯離子發生反應,從而形成氯化銀的沉淀物.

4 “滴定實驗”命題相關思路

4.1 基本思路

(1)一個中心:

把“物質的量”作為中心,把“量”放在第一位,遇問設摩.

(2)兩類方法:

①守恒方法:包括電子、原子、電荷等的獲取;

②關系式法.

4.2 高考考查內容

(1)考儀器:

酸性滴定管、堿性滴定管、吸管、錐形瓶.

(2)考步驟:

檢查滲漏、清洗、浸潤、注入(驅除氣泡)、調整液面、讀數、滴加指示劑、滴定結束.

(3)考如何選用測驗指標

①酸堿滴定:

指示劑的顏色變化范圍盡可能與反應結束時的酸堿度相符合,以甲基橙為指示劑進行強酸、弱堿滴定,以酚酞為指示劑進行強堿、弱酸滴定,以酚酞或甲基橙進行強酸、強堿滴定.

②淀粉:

與碘素元素的測定有關.

③如果反應自身變色比較顯著,可以不加入指示物質,例如,高錳酸鉀和草酸的反應.

(4)考滴定結束的判定

即:在將一滴xx溶液放入液體中時,液體將由xx顏色變成 xx顏色,在此過程中,液體的顏色將在30秒內保持不變.

(5)考運算(困難)

思路就像圖5所示一樣,按照方程→尋找關系(方程度量關系/得失電子守恒/原子守恒)公式來進行計算.

圖5 運算思路

特殊說明:在被測定的溶液被稀釋之前,能否進行定量?單位是否換算?等

(6)考誤差分析:

需要說明的是:這些誤差主要來自于滴定管中的液體(可以是標準液,也可以是待測液)的體積變化,要先對滴定管中的液體用量發生的變化進行分析,然后以此為基礎,對誤差進行分析.