澳大利亚奥林匹克化学竞赛“中和滴定”试题二例

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文章编号:1005-6629(2010)03-0055-02 中图分类号:G632.479 文献标识码:B

中和滴定是中学化学四个基础定量实验之一,它在中学化学实验中的地位不言而喻。本文选择了2007年澳大利亚奥林匹克化学竞赛中关于中和滴定部分的试题。

客观题2. 用移液管量取20 mL x溶液于锥形瓶中,用滴定管中的y溶液滴定。整个实验过程中都用pH测量计监测混合液的pH,随着y溶液的滴加,混合液pH的变见图1。

下列选项中哪项最接近于x和y溶液。

解答:根据图表可知,原20 mL x溶液呈碱性,滴加5 mL y溶液后溶液呈中性,故原x溶液和所滴加y溶液相比较,x呈较弱碱性,y呈较强酸性,答案为B选项。

主观题16. 过渡金属的离子具有很多不同的化合价,并且不同价态会有不同的颜色。钒离子的颜色尤其多:用锌瓶盛装含钒的溶液经常被用于化学演示,因为这溶液的颜色会随着钒元素的化合价态改变而改变,分别变成黄色、蓝色、绿色、淡紫色等。

(a)完成下列表格

+2价钒离子(V2+)经常被用于氧化还原滴定含Fe3+的未知浓度溶液,使在酸性环境中的Fe3+转变成Fe2+。

(b)请写出两个半式反应以及总反应式,第一个半式已经给出:V2+V3++e-

Fiona,一个年轻的分析化学家,决定配制0.500 mol・L-1 +2价钒离子的硫酸盐溶液(VSO4),她用一瓶含结晶水的硫酸氧钒溶液(VOSO4・2H2O),但这溶液中溶解了夹杂少量水银催化剂的过量锌粒。由于天色将晚,Fiona决定先把溶液过滤并放置,以便第二天可以完成滴定。可是,事与愿违,Fiona发现她精心准备的淡紫色溶液,居然部分转变成了浅绿色。

(c)写出在空气中V2+发生的可能反应。

Fiona粗略地了解了一些原理后,决定用图2的装置进行滴定。这个装置便于制取和存储V2+,并且充满H2以隔绝空气。

Fiona懂得很少量的溶解氧也能影响滴定效果。为了求得Fe3+溶液浓度,她往Fe3+溶液中滴加饱和Na2CO3溶液,生成锈黄色沉淀,接着又滴加稀盐酸,产生了气泡。这些气泡用以赶跑溶液中很少量的溶解氧。

(d)写出化学反应中锈黄色沉淀和气体的可能物质。

取25.00 mL Fe3+溶液,用平均滴定法,即用V2+标准溶液滴定未知浓度的Fe3+溶液,所需标准液的体积平均为22.14 mL。

(e)计算配制250 mL标准溶液需要VOSO4・2H2O的质量。

(f)计算含Fe3+溶液的浓度。

滴定过程中的指示剂为KSCN,SCN-能结合溶液中Fe3+而使溶液显血红色。

(g)写出滴定终点溶液的颜色。

Fiona发现V2+和H+之间还可能存在如下反应:

2V2+(aq)+2H+(aq)2V3+(aq)+H2(aq)

幸好,这个反应在通常条件下非常缓慢。Fiona想起,液相反应通常需要两个反应阶段,第一个阶段是结合在一起,第二个阶段是生成新物质:(1)A+BA.B;(2)A.BC

(h)解释这个反应缓慢的原因。

为了改进滴定的精确度, V2+溶液用标准KMnO4溶液滴定。已知反应中,V2+转变成VO3-,MnO4-转变成Mn2+。

(i)写出V2+和MnO4-反应的方程式。

(j)滴定25.00 mL V2+溶液需要0.283 mol・L-1 KMnO4标准溶液25.34 mL,计算V2+溶液的真实浓度。

(k)用(j)题的答案,计算Fe3+溶液的真实浓度。

解答:

(b)根据题意可知V2+失电子被氧化,则Fe3+得电子被还原:

Fe3++e-Fe2+ V2++Fe3+V3++Fe2+

(c)由(b)题可知V2+具有较强的还原性,易被氧化,空气中的氧气部分溶解参与反应

V2+V3++e-(溶液变绿色的原因)

O2+4H++4e-2H2O(空气中的氧气参与反应)

总反应:4V2++O2+4H+4V3++2H2O

(d)由于所加试剂为Na2CO3溶液,根据反应可知Fe3+和CO32-发生双水解,生成Fe(OH)3沉淀, 也有可能2Fe3++3CO32-=Fe2(CO3)3。滴加盐酸之后,生成CO2气体。

沉淀:Fe(OH)3, 也有可能为Fe2(CO3)3

气体:CO2

(e)根据公式:m=M×n

Mw(VOSO4・2H2O)=50.94+7×16.00+32.06+4×1.01 =199.04 g・mol-1

n(VOSO4・2H2O)=c・V=0.25 L×0.5 mol・L-1=0.125 mol

m(VOSO4・2H2O)=24.9 g

(f)滴定过程中, 由于V2++Fe3+V3++Fe2+,则n(Fe2+)=n(V2+)

n(V2+)=c・V=0.02214 L×0.5 mol・L-1=0.01107 mol

n(Fe3+)=n(V2+)

n(Fe3+)=n/V=0.01107 mol/0.025 L=0.443 mol・L-1

(g)滴定前由于含Fe3+,结合SCN-后溶液呈血红色,滴定后Fe3+转变成Fe2+,同时生成V3+,由于V3+呈绿色,则滴定终点现象为:血红色(由于[FeSCN])2+ 绿色(由于V3+)

(h)根据反应的第一阶段V2+和H+结合在一起,但由于V2+和H+都带正电荷,彼此相互排斥,这就意味着第一阶段反应速率很慢。

(i)根据题意V2+被氧化成VO3-,MnO4-被还原成Mn2+,则反应方程式为:

5V2++3MnO4-+3H2O5VO3-+3Mn2++6H+

(j)滴定过程中, 3n(MnO4-)=5n(V2+)

n(MnO4-)=c・V=0.02534 L×0.283 mol・L-1=7.171×10-3 mol

n(V2+)=(5/3)×n(MnO4-)=1.195×10-2 mol

c(V2+)=n/V=1.195×10-2 mol/0.025 L=0.478 mol・L-1

(k)由于V2++Fe3+V3++Fe2+, 则n(Fe3+)=n(V2+)

n(V2+)=c・V=0.02214 L×0.478 mol・L-1=0.01059 mol

n(Fe3+)=n(V2+)

c(Fe3+)=n/V=0.01059 mol/0.025 L=0.423 mol・L-1

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