高考滴定类试题的案例分析与解题思路

徐明利

(安徽省淮北市实验高级中学,安徽 淮北 235000)

滴定法是一种常用的化学分析手段,中学教材中对酸、碱的中和滴定法做了较多的论述,但是在目前的考试中,往往会出现其他几种形式的滴定,是对考生知识迁移能力的一种考核.近年来,通过研究高考考题类型与计算方面来看,滴定分析相关的题目比重较大,学生的失分也较多,滴定方法逐渐被教师与学生重视,是一项重要考核内容[1].为进一步加强对滴定法的理解,本文对该部分内容进行研究,为今后的考试提供参考,使学生更好地掌握知识.

1 高考中有关滴定问题的分布及特点

高考中有关滴定问题的分布及特点,见表1.

表1 高考中有关滴定问题的分布及特点

2 滴定方法与例题解决

2.1 直接滴定

图1 直接滴定法思维模式

例1称取混合碱(氢氧化钠和碳酸钠混合碱或碳酸钠和碳酸氢钠混合碱)试样1.2 g,用去离子水溶解后用0.5 mol/L的盐酸滴定至酚酞褪色,读取消耗的盐酸体积,即V1,V1=30.0 mL;接着添加甲基橙,持续滴加盐酸至颜色变为橙色,结束滴定并读取消耗的盐酸体积,即V2,V2=5.0 mL.问样品中的成分有哪些?计算其各自的质量分数?

分析NaOH与NaHCO3不会同时存在,因为会发生反应.当酚酞变色时若有NaOH则已全部被中和,而Na2CO3只被滴定到NaHCO3.在此溶液中再加甲基橙指示剂,继续滴定到终点,则生成的NaHCO3进一步被反应完.设酚酞变色时,消耗HCl溶液的体积为V1,此后,至甲基变色时又用去HCl溶液的体积为V2.根据V1-V2来计算NaOH含量,再根据V2计算Na2CO3含量.

已知V1=30.0 mL,V2=5.0 mL,当滴定混合碱至酚酞变色的过程中发生的反应为:

当继续滴定至甲基橙变色时此过程发生的反应为:

因此混合碱中碳酸钠的含量为22.1%,氢氧化钠的含量为41.7%.

2.2 间接滴定

间接滴定法是指待测样品无法直接与标准溶液发生反应,而能通过其他化学反应被间接测定.图2是具体的思维模式.

图2 间接滴定法思维模式

2.3 返滴定

返回滴定法也叫“余量法”,还叫“返回滴定法”.在测定物与滴定液反应缓慢、反应物为固态或没有适当的指示物质等情况下,按一定的比例添加滴定液,也不会马上反应而结束[2],在此情况下,将多余的滴定液精确地添加到被测物质中,并与被测物质充分发生反应,在此基础上,将多余的滴定液用另外一种标准溶液进行滴定,即所谓的“返滴定法”.图3显示了思维模式.

图3 返滴定法思维模式

比如,使用 EDTA标准液来对铝盐进行检测,因为Al3+与 EDTA的反应比较缓慢,需加过量的EDTA并加热煮沸才能反应完成,将剩余EDTA用Zn2+标准液回滴,以此来确定铝含量.

3 滴定方法解题应用

通过对最近几年全国各地高考题的分析,可以看出,对于化学计量的考查,通常情况下,采用的是氧化还原滴定、酸碱中和滴定、沉淀滴定以及配位滴定的方法,在一次或多次的测量中,一次或者多次地完成测量,从而获得与之有关的数据[3].最为重要的是,要运用化学计量关系来对数据进行处理,从而获得正确的解决方案.在解决问题的时候,学生要理清实验思维,以物质的量为核心,用守恒法来确定各物质之间的测量关系,之后用化学符号来定量地将这种关系进行表达,从而得到待测物质的相关量.

3.1 氧化还原滴定题型中的应用

在中学化学的解题过程中,氧化还原反应是非常普遍的一种题型.在化学题目中,得到的电子的总数等于失去的电子的总数,这就是守恒法的运用形式和解题思路.运用守恒原理,可以对许多化学题目进行简单的解答,使学生理顺思维,从而使解题精度得到进一步的提升.

例2三草酸合铁酸钾(K3[Fe(C2O4)3]·3H2O)是一种深绿色的晶体,可作为干法蒸煮图纸的原料.测定K3[Fe(C2O4)3]·3H2O中铁含量如下:

①在锥形瓶子中称取试样,即mg,去离子水溶解,加入H2SO4酸化,用cmol·L-1的KMnO4溶液一直滴到反应结束.结束时现象为:最后一滴高锰酸钾溶液加入后,溶液呈淡红色,颜色持续30秒不褪色.

例3 如图4所示,C中盛有100 g原粮,E中盛有20.00 mL的1.13×10-3mol·L-1的KMnO4溶液(H2SO4酸化).请回答下列问题:

图4 装置图

采集E内的吸收物,加入水,稀释到250 mL,取25.00 mL在锥形瓶中,将其余的KMnO4溶液用5.0×10-4mol·L-1的Na2SO3标准溶液进行滴定,数据见表2.

回答以下问题:①滴定终点现象是什么?

②数据处理:消耗Na2SO3标准溶液多少毫升;则该原粮中磷化物(以PH3计)的含量为多少毫克每千克?

解答①依据滴定反应:

实验无需选择指示剂,锥形瓶中溶液颜色由紫变为无色,半分钟内不变色,即为滴定终点.

②收集E中吸收液,加水稀释至250 mL,取25.00 mL于锥形瓶中用浓度为5×10-4mol/L Na2SO3标准溶液滴定剩余的KMnO4溶液,消耗Na2SO3标准溶液11.00 mL;依据滴定反应:

得到定量关系为:

5PH3～8KMnO4

3.2 沉淀滴定的应用

如确定生理盐水中的 NaCl含量:

在中性条件下,硝酸银盐与氯化钠发生化学反应,形成了一种砖红色的沉淀.化学方程式是:

该方法需要在一种中性或弱碱(pH为6.5～10.5)条件下进行滴定,因为在酸中,铬酸银会溶解,使滴定的结果变得很高,同时在强碱中,银离子会形成深灰色的氧化银,从而对滴定及终点的判断造成很大的干扰.在滴定时,由于产生的氯化银可以吸附氯离子,会提前产生铬酸银的沉淀物,所以在滴定的时候,一定要大力摇动液体,促使吸收的氯离子发生反应,从而形成氯化银的沉淀物.

4 “滴定实验”命题相关思路

4.1 基本思路

(1)一个中心:

把“物质的量”作为中心,把“量”放在第一位,遇问设摩.

(2)两类方法:

①守恒方法:包括电子、原子、电荷等的获取;

②关系式法.

4.2 高考考查内容

(1)考仪器:

酸性滴定管、碱性滴定管、吸管、锥形瓶.

(2)考步骤:

检查渗漏、清洗、浸润、注入(驱除气泡)、调整液面、读数、滴加指示剂、滴定结束.

(3)考如何选用测验指标

①酸碱滴定:

指示剂的颜色变化范围尽可能与反应结束时的酸碱度相符合,以甲基橙为指示剂进行强酸、弱碱滴定,以酚酞为指示剂进行强碱、弱酸滴定,以酚酞或甲基橙进行强酸、强碱滴定.

②淀粉:

与碘素元素的测定有关.

③如果反应自身变色比较显著,可以不加入指示物质,例如,高锰酸钾和草酸的反应.

(4)考滴定结束的判定

即:在将一滴xx溶液放入液体中时,液体将由xx颜色变成 xx颜色,在此过程中,液体的颜色将在30秒内保持不变.

(5)考运算(困难)

思路就像图5所示一样,按照方程→寻找关系(方程度量关系/得失电子守恒/原子守恒)公式来进行计算.

图5 运算思路

特殊说明:在被测定的溶液被稀释之前,能否进行定量?单位是否换算?等

(6)考误差分析:

需要说明的是:这些误差主要来自于滴定管中的液体(可以是标准液,也可以是待测液)的体积变化,要先对滴定管中的液体用量发生的变化进行分析,然后以此为基础,对误差进行分析.