金敖然

(廣西壯族自治區(qū)南寧市第三中學(xué))

滴定實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)中重要的定量實(shí)驗(yàn),也是高考試題中考查學(xué)生計(jì)算能力、分析解題能力的重要載體.本文著重歸納有關(guān)滴定計(jì)算的各種類型,探討二輪專題復(fù)習(xí)中滴定計(jì)算試題的解題策略.

1 近幾年高考中有關(guān)滴定問(wèn)題的分布及特點(diǎn)

表1

滴定計(jì)算是考查學(xué)生計(jì)算能力的重要形式,近幾年來(lái)滴定的計(jì)算題型深受命題人的青睞,尤其在全國(guó)Ⅰ、Ⅱ卷中頻繁出現(xiàn),多與真實(shí)情境相結(jié)合,如葡萄酒中焦亞硫酸鈉的測(cè)定、食品防腐劑苯甲酸的測(cè)定、廢水中含氧量的測(cè)定、工業(yè)試劑三草酸合鐵酸鉀、硫代硫酸鈉含量的測(cè)定等.新課標(biāo)中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的滴定實(shí)驗(yàn)也反映了這一命題導(dǎo)向.那么我們?nèi)绾瓮黄频味ㄓ?jì)算這類題型呢? 學(xué)生可以嘗試通過(guò)歸納滴定類型,構(gòu)建解決問(wèn)題的思維模式,突破認(rèn)知障礙,突出解題思路,最后通過(guò)精準(zhǔn)的訓(xùn)練達(dá)到思維、方法內(nèi)化的目的.

2 常見(jiàn)滴定問(wèn)題中的滴定類型

2.1 直接滴定

如果標(biāo)準(zhǔn)溶液與待測(cè)物質(zhì)可以直接反應(yīng),通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)液的用量來(lái)計(jì)算出待測(cè)物質(zhì)的量,這種滴定叫作直接滴定.直接滴定法是滴定分析中最常用和最基本的方法,是一種方便、快捷的滴定方法.思維模型如圖1所示.

圖1

例1(2018年全國(guó)Ⅱ卷,節(jié)選)測(cè)定三草酸合鐵酸鉀中鐵的含量.

①稱量mg樣品于錐形瓶中,溶解后加稀H2SO4酸化,用cmol·L－1KMnO4溶液滴定至終點(diǎn).

②向上述溶液中加入過(guò)量鋅粉至反應(yīng)完全后,過(guò)濾、洗滌,將濾液及洗滌液全部收集到錐形瓶中.加稀H2SO4酸化,用cmol·L－1KMnO4溶液滴定至終點(diǎn),消耗KMnO4溶液VmL.該晶體中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為_(kāi)_______.

解析

根據(jù)題意,該實(shí)驗(yàn)分成兩步進(jìn)行,第一步將mg樣品溶于水,加入稀硫酸酸化抑制三草酸合鐵酸鉀的水解,再用cmol·L－1KMnO4溶液滴定至終點(diǎn),目的是氧化草酸根,避免干擾Fe2＋的測(cè)定.第二步向反應(yīng)后的溶液中加入過(guò)量鋅粉充分反應(yīng),目的是將Fe3＋全部還原成Fe2＋,過(guò)濾、洗滌,向洗液中加入稀H2SO4酸化,抑制Fe2＋的水解,再用cmol·L－1KMnO4溶液滴定至終點(diǎn),消耗KMnO4溶液VmL.由于KMnO4與Fe2＋直接發(fā)生氧化還原反應(yīng),屬于“直接滴定”.建立以下思維模型:

1)根據(jù)氧化還原規(guī)則,建立KMnO4與Fe2＋的比例關(guān)系KMnO4～5Fe2＋.

2)代入已知標(biāo)準(zhǔn)液KMnO4的物質(zhì)的量,求出未知.

例2(2018年全國(guó)Ⅰ卷,節(jié)選)Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑.在測(cè)定某葡萄酒中Na2S2O5殘留量時(shí),取50.00 mL 葡萄酒樣品,用0.01000 mol·L－1的碘標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn),消耗10.00 mL.該樣品中Na2S2O5的殘留量為_(kāi)_____g·L－1(以SO2計(jì)).

解析

根據(jù)題意可知碘標(biāo)準(zhǔn)液的物質(zhì)的量,標(biāo)準(zhǔn)液I2與待求物質(zhì)Na2S2O5可以直接反應(yīng),這樣的滴定屬于“直接滴定”,建立思維模型:

1)依據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒建立I2和Na2S2O5的關(guān)系式,每個(gè)參與反應(yīng)的I2得到2 個(gè)電子,而每個(gè)Na2S2O5反應(yīng)中可以失去4個(gè)電子,進(jìn)而得到關(guān)系式2I2～Na2S2O5.

2)代入已知標(biāo)準(zhǔn)液I2的物質(zhì)的量,求出未知.

3)計(jì)算求值:由于以SO2計(jì)樣品中Na2S2O5的殘留量,故需換算成SO2的量.樣品中Na2S2O5的殘留量為＝0.128g·L－1.

2.2 間接滴定

間接滴定指的是某些待測(cè)物質(zhì)不能與標(biāo)準(zhǔn)液直接反應(yīng),但是可以通過(guò)別的化學(xué)反應(yīng),間接測(cè)定待測(cè)物質(zhì)的物質(zhì)的量.例如利用KMnO4測(cè)定Ca2＋就屬于間接滴定法,Ca2＋不能通過(guò)氧化還原反應(yīng)或者中和反應(yīng)直接滴定,但可以先讓Ca2＋結(jié)合C2O2－4形成CaC2O4沉淀,過(guò)濾分離后用H2SO4酸化沉淀,再用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定H2C2O4,從而間接測(cè)定鈣的量.思維模型如圖2所示.

圖2

例3(2020年全國(guó)Ⅱ卷,節(jié)選)苯甲酸可用作食品防腐劑.實(shí)驗(yàn)室可通過(guò)甲苯氧化制苯甲酸,其反應(yīng)原理簡(jiǎn)示如下:

純度測(cè)定:稱取0.122g粗產(chǎn)品(苯甲酸粗品),配成乙醇溶液,于100 mL 容量瓶中定容.每次移取25.00mL溶液,用0.01000mol·L－1的KOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,三次滴定平均消耗21.50 mL 的KOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液.

本實(shí)驗(yàn)制備的苯甲酸的純度為_(kāi)________.

解析

建立思維模型:

1)首先找到已知條件,即某種物質(zhì)的質(zhì)量或者物質(zhì)的量.這里就是 KOH 的物質(zhì)的量.以C6H5COOK 為橋梁建立已知與未知的關(guān)系,根據(jù)方程式寫出關(guān)系式

2)代入已知KOH 的物質(zhì)的量,求出未知.

3)計(jì)算求值:利用關(guān)系式求出苯甲酸的物質(zhì)的量,就可以求出苯甲酸的純度.此時(shí)注意需要“恢復(fù)原態(tài)”,因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)配制100 mL 溶液,但每次測(cè)量值為25mL,即為總量的,所以計(jì)算純度時(shí),C6H5COOH的質(zhì)量還要擴(kuò)大4倍“恢復(fù)原態(tài)”,得出本實(shí)驗(yàn)制備的苯甲酸的純度為

例4(2018年全國(guó)Ⅱ卷,節(jié)選)硫代硫酸鈉晶體(Na2S2O3·5H2O,M＝248g·mol－1)可用作定影劑、還原劑.利用K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液定量測(cè)定硫代硫酸鈉的純度.測(cè)定步驟如下:

①溶液配制:稱取1.2000g某硫代硫酸鈉晶體樣品,配成100mL溶液.

②滴定:取0.00950mol·L－1的K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL,硫酸酸化后加入過(guò)量KI,發(fā)生反應(yīng):＋6I－＋14H＋＝3I2＋2Cr3＋＋7H2O.然后用硫代硫酸鈉樣品溶液滴定至淡黃綠色,發(fā)生反應(yīng):I2＋.平行滴定3次,樣品溶液的平均用量為24.80mL,則樣品純度為_(kāi)_______%(保留1位小數(shù)).

解析

K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液的量為已知條件,但是K2Cr2O7并沒(méi)有和待測(cè)物質(zhì)Na2S2O3直接發(fā)生反應(yīng),而是通過(guò)過(guò)量的KI溶液進(jìn)行測(cè)定,這屬于“間接滴定”.建立思維模型:

2.3 返滴定

返滴定又稱剩余量滴定,俗稱回滴.其原理是如果待測(cè)物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)液反應(yīng)比較慢,則需要加入過(guò)量標(biāo)準(zhǔn)液以加快反應(yīng)的速率,此時(shí)過(guò)量的標(biāo)準(zhǔn)液無(wú)法計(jì)算待測(cè)物質(zhì)的量,則待反應(yīng)完全后用另一種標(biāo)準(zhǔn)液滴定過(guò)量的標(biāo)準(zhǔn)液,這種滴定方式稱為返滴定法.例如,用EDTA 標(biāo)準(zhǔn)液測(cè)定鋁鹽,由于Al3＋與EDTA 發(fā)生配合反應(yīng)較慢,需要加入過(guò)量較高濃度的EDTA 以加快反應(yīng),再用Zn2＋標(biāo)準(zhǔn)液返滴定剩余的EDTA,進(jìn)而測(cè)定出鋁的量.思維模型如圖3所示.

圖3

例5(2019年全國(guó)Ⅱ卷,節(jié)選)成品中S2－的含量可以用“碘量法”測(cè)得.稱取mg樣品,置于碘量瓶中,移取25.00mL0.1000mol·L－1的I2-KI溶液于其中,并加入乙酸溶液,密閉,置暗處反應(yīng)5min,有單質(zhì)硫析出.以淀粉為指示劑,過(guò)量的I2用0.1000 mol·L－1Na2S2O3溶液滴定,反應(yīng)式為.測(cè)定時(shí)消耗Na2S2O3溶液體積VmL.樣品中S2－的含量為_(kāi)_______(寫出表達(dá)式).

解析

利用“碘量法”進(jìn)行S2－含量的測(cè)定,選用了過(guò)量的I2-KI 標(biāo)準(zhǔn)液滴定樣品,再用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)液滴定剩余的I2,進(jìn)而測(cè)定樣品中S2－的含量,這種滴定方法屬于“返滴定”.建立思維模型:

3 有關(guān)滴定計(jì)算問(wèn)題的備考及解題建議

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是中學(xué)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一,培養(yǎng)學(xué)生建立認(rèn)知模型,并應(yīng)用模型來(lái)解決化學(xué)現(xiàn)象、化學(xué)問(wèn)題.思維模型的建立使學(xué)生的思維過(guò)程具體化、模式化,能突出重點(diǎn),有化繁為簡(jiǎn)的作用.本文歸納了滴定計(jì)算的3種類型,總結(jié)了解決此類問(wèn)題的思維模型和解題思路及方法.對(duì)于這類高考中的高頻考點(diǎn)的穩(wěn)定題型,學(xué)生如果能建構(gòu)解題思維模型,有助于找到有效信息,快速精準(zhǔn)地入題、破題、解題.同時(shí)也提升了學(xué)生篩選信息、整合信息的能力以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力.

無(wú)論是理科綜合考試還是新高考,學(xué)生都會(huì)面對(duì)題量大、信息多、時(shí)間緊張這些問(wèn)題.很多學(xué)生遇到計(jì)算題就“退避三舍”.因此,對(duì)于計(jì)算類試題如何果斷破題、快速解題顯得尤為必要.學(xué)生可以通過(guò)上文歸納的滴定類型入手,學(xué)習(xí)建立解題模型,構(gòu)建規(guī)范系統(tǒng)的計(jì)算過(guò)程,這無(wú)疑可以消除學(xué)生對(duì)計(jì)算的恐懼,增加信心,提升得分率,在高考中占據(jù)上風(fēng).

(完)