内容正文:
专题八 水溶液中的离子反应与平衡
第40讲 酸碱中和滴定及拓展应用
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目
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CONTENTS
考点一
01
考点二
02
答题规范6
03
感悟高考真题
04
知能达标训练
05
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考点一 酸碱中和滴定
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标准液的体积
滴定终点
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酸式
碱式
锥形瓶
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酸式
碱式
紫
红
粉红
红
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不恢复
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酸碱中和滴定的操作与指示剂的选择
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酸碱中和滴定误差分析
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滴定曲线分析
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考点二 氧化还原滴定
02
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直接滴定型
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连续反应型
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返滴型
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答题规范6 滴定终点判定
03
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感悟高考真题
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知 能 达 标 训 练
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[课程标准] 1.了解酸碱中和滴定的原理和滴定终点的判断方法,知道指示剂选择的方法。2.掌握酸碱中和滴定的操作和数据处理误差分析的方法。3.掌握滴定法在定量测定中的应用。
1.理清实验原理
(1)酸碱中和滴定是利用酸碱中和反应,用已知浓度的酸(或碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。
(2)以标准盐酸溶液滴定待测的NaOH溶液,待测NaOH溶液的物质的量浓
度为c(NaOH)=_______________。
(3)酸碱中和滴定的关键
①准确测定_______________。
②准确判断__________。
2.熟记实验用品
(1)仪器
_____滴定管(如图A)、_____滴定管(如图B)、滴定管夹、铁架台、________。
(2)滴定管的使用
试剂性质
滴定管
原因
酸性、氧化性
_____滴定管
氧化性物质易腐蚀橡胶管
碱性
_____滴定管
碱性物质易腐蚀玻璃,致使玻璃活塞无法打开
(3)试剂的变色范围
指示剂
变色范围的pH
石蕊
<5.0红色
5.0~8.0___色
>8.0蓝色
甲基橙
<3.1___色
3.1~4.4橙色
>4.4黄色
酚酞
<8.2无色
8.2~10.0_____色
>10.0___色
3.掌握实验操作
(以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例)
(1)滴定前的准备
(2)滴定
(3)终点判断
等到滴入最后半滴标准液,指示剂变色,且在半分钟内________原来的颜色,视为滴定终点,并记录标准液的体积。
(4)数据处理
按上述操作重复2~3次,求出用去标准盐酸体积的平均值,根据c(NaOH)
=__________________计算。
(5)误差分析
依据原理c(标准)·V(标准)=c(待测)·V(待测),所以c(待测)=eq \f(c标准·V标准,V待测),因c(标准)与V(待测)已确定,因此只要分析出不正确的操作引起V(标准)的变化,即分析出结果。V(标准)变大,则c(待测)偏高;V(标准)变小,则c(待测)偏低。
正确的打“√”,错误的打“×”。
1.将液面在0 mL处的25 mL的酸式滴定管中的液体全部放出,液体的体积为25 mL( )
2.滴定终点就是酸碱恰好中和的点( )
3.滴定管和锥形瓶在滴定前都应该用待装溶液润洗( )
4.酸碱指示剂越多变色越明显,指示剂至少加入2~3 mL( )
答案 1.× 2.× 3.× 4.×
1.某同学想了解食用白醋(主要是醋酸的水溶液)的准确浓度,现从市场上买来一瓶某品牌食用白醋,用实验室标准NaOH溶液(浓度有0.100 0 mol·L-1和0.010 0 mol·L-1两种)对其进行滴定。下列说法正确的是( )
A.该实验应选用甲基橙作指示剂
B.用0.100 0 mol·L-1标准NaOH溶液滴定时误差更小
C.准确量取一定体积的白醋放入洗浄的锥形瓶中后,可以再加少量蒸馏水后开始滴定
D.滴定时,眼睛一直注视着刻度线,以防止液面下降到滴定管最大刻度以下
解析 该实验滴定终点生成醋酸钠,醋酸钠水解使溶液呈碱性,应选用酚酞作指示剂,故A错误;由于白醋中醋酸溶液浓度较小,用浓度较小的氢氧化钠溶液滴定误差较小,故B错误;准确量取一定体积的白醋放入洗净的锥形瓶中后,可以再加少量蒸馏水,不影响实验结果,故C正确;滴定时,眼睛要注视锥形瓶中溶液颜色的变化,故D错误。
答案 C
2.现用中和滴定来测定某NaOH溶液的浓度。
(1)滴定:用________式滴定管盛装c mol·L-1盐酸标准液。如图表示某次滴定时50 mL滴定管中前后液面的位置。此次滴定结束后的读数为________mL,滴定管中剩余液体的体积为__________________,可用________作指示剂。
(2)排出碱式滴定管中气泡的方法应采用下图________(填“甲”“乙”或“丙”)的操作,然后挤压玻璃球使尖嘴部分充满碱液。
(3)有关数据记录如下:
滴定序号
待测液体积/mL
所消耗盐酸标准液的体积/mL
滴定前
滴定后
消耗的体积
1
V
0.50
25.80
25.30
2
V
-
3
V
6.00
31.35
25.35
根据所给数据,写出计算NaOH溶液的物质的量浓度的表达式:_____________________ (不必化简)。
答案 (1)酸 24.90 大于25.10 mL 酚酞或甲基橙 (2)丙
(3)
eq \f(\f(25.30×10-3L×c mol·L-1,V×10-3L)+\f(25.35×10-3L×c mol·L-1,V×10-3L),2)
3.以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例,分析实验误差:
步骤
操作
c(NaOH)
洗涤
未用标准溶液润洗酸式滴定管
锥形瓶用待测溶液润洗
未用待测溶液润洗取用待测液的滴定管
锥形瓶洗净后瓶内还残留少量蒸馏水
取液
取碱液的滴定管尖嘴部分有气泡且取液结束前气泡消失
滴定
滴定完毕后立即读数,半分钟后颜色又变红
滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后消失
滴定过程中振荡时有液滴溅出
滴定过程中,向锥形瓶内加少量蒸馏水
读数
滴定前仰视读数或滴定后俯视读数
滴定前俯视读数或滴定后仰视读数
答案 偏高 偏高 偏低 无影响 偏低 偏低 偏高 偏低 无影响 偏低 偏高
4.(2024·珠海模拟)如图曲线a和b是盐酸与氢氧化钠溶液相互滴定的滴定曲线,下列叙述正确的是( )
A.盐酸的物质的量浓度为1 mol·L-1
B.P点时反应恰好完全,溶液呈中性
C.曲线a是盐酸滴定氢氧化钠溶液的滴定曲线
D.酚酞不能用作本实验的指示剂
解析 依据曲线的起点可判断盐酸和NaOH溶液的浓度均为0.1 mol·L-1,曲线a为NaOH溶液滴定盐酸的滴定曲线,曲线b为盐酸滴定NaOH溶液的滴定曲线,强酸与强碱的中和滴定既可用甲基橙也可用酚酞做指示剂。
答案 B
5.用0.100 0 mol·L-1的标准盐酸分别滴定20.00 mL的0.100 0 mol·L-1氨水和20.00 mL的0.100 0 mol·L-1氢氧化钠溶液的滴定曲线如图所示,横坐标为滴定百分数(滴定用量/总滴定用量),纵坐标为滴定过程中溶液pH,甲基红是一种酸碱指示剂,变色范围为4.4~6.2,下列有关滴定过程说法正确的是( )
A.滴定氨水,当滴定分数为50%时,各离子浓度间存在关系:c(NHeq \o\al(+,4))+c(H+)=c(OH-)
B.滴定分数为100%时,即为滴定过程中反应恰好完全的时刻
C.从滴定曲线可以判断,使用甲基橙作为滴定过程中的指示剂准确性更佳
D.滴定氨水,当滴定分数为150%时,所得溶液中离子浓度有大小关系c(Cl-)>c(H+)>c(NHeq \o\al(+,4))>c(OH-)
解析 溶液中存在的电荷守恒应为c(NHeq \o\al(+,4))+c(H+)=c(OH-)+c(Cl-),故A错误,滴定分数为100%时,酸与碱的物质的量相等,即为滴定过程中反应恰好完全的时刻,故B正确;从滴定曲线看甲基红变色范围更接近于滴定终点,使用甲基橙显示偏晚,故C错误;滴定分数为150%时,即加入盐酸30.00 mL,此时溶质是NH4Cl和HCl,物质的量之比为2∶1,故c(NHeq \o\al(+,4))>c(H+),故D错误。
答案 B
图示强酸与强碱滴定过程中pH曲线
以0.100 0 mol·L-1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.100 0 mol·L-1盐酸为例。
1.原理
以氧化剂或还原剂为滴定剂,直接滴定一些具有还原性或氧化性的物质,或者间接滴定一些本身并没有还原性或氧化性,但能与某些还原剂或氧化剂反应的物质。
2.试剂
常见用于滴定的氧化剂有KMnO4、K2Cr2O7等;常见用于滴定的还原剂有亚铁盐、草酸、维生素C等。
3.指示剂
氧化还原滴定的指示剂有三类:
(1)氧化还原指示剂。
(2)专用指示剂,如在碘量法滴定中,可溶性淀粉溶液遇碘标准溶液变蓝。
(3)自身指示剂,如高锰酸钾标准溶液滴定草酸时,滴定终点为溶液由无色变为浅红色。
4.实例
(1)酸性KMnO4溶液滴定H2C2O4溶液
原理:2MnOeq \o\al(-,4)+6H++5H2C2O4===10CO2↑+2Mn2++8H2O。
指示剂:酸性KMnO4溶液本身呈紫红色,不用另外选择指示剂。当滴入最后半滴酸性KMnO4溶液后,溶液由无色变浅红色,且半分钟内不褪色,说明到达滴定终点。
(2)Na2S2O3溶液滴定碘液
原理:2Na2S2O3+I2===Na2S4O6+2NaI。
指示剂:用淀粉作指示剂,当滴入最后半滴Na2S2O3溶液后,溶液的蓝色褪去,且半分钟内不恢复原色,说明到达滴定终点。
1.准确称取m g CuI样品,加入足量的Fe2(SO4)3溶液,发生反应为2CuI+4Fe3+===2Cu2++4Fe2++I2,待样品完全反应后,用a mol/L酸性KMnO4溶液滴定Fe(Ⅱ),消耗标准液的体积平均值为V mL。样品中CuI的质量分数的计算表达式为__________________________。如果滴定前,滴定管未用标准液润洗,CuI的质量分数________(填“偏低”“偏高”或“无影响”)。
解析 根据2CuI+4Fe3+===2Cu2++4Fe2++I2,可得:CuI~2Fe2+~eq \f(2,5)MnOeq \o\al(-,4),则n(CuI)=eq \f(5,2)aV×10-3 mol,m(CuI)=eq \f(5,2)aV×10-3 mol×191 g/mol,则CuI质量分数:eq \f(5aV×10-3 mol×191 g/mol,2m)×100%;滴定前,酸式滴定管没用标准液润洗,导致消耗酸性高锰酸钾标准液体积偏大,则测得CuI质量分数偏高。
答案 eq \f(5×191Va×10-3,2m)×100% 偏高
2.称取0.500 g CuCl成品置于过量FeCl3(aq)中,待固体完全溶解后,用0.200 0 mol·L-1的Ce(SO4)2标准液滴定至终点,消耗Ce(SO4)2标准液24.60 mL。相关反应如下:Fe3++CuCl===Fe2++Cu2++Cl-;Ce4++Fe2+===Fe3++Ce3+。则CuCl的质量分数是________(保留四位有效数字),若滴定操作耗时过长可能会使测定的CuCl质量分数________(填“偏大”或“偏小”)。
解析 根据Fe3++CuCl===Fe2++Cu2++Cl-、Ce4++Fe2+===Ce3++Fe3+可知Ce4+~CuCl,所以n(CuCl)=n(Ce4+)=n[Ce(SO4)2]=0.200 0 mol·L-1×24.60×10-3L=4.92×10-3mol,m(CuCl)=n×M=4.92×10-3 mol×99.5 g·mol-1=0.489 54 g,产品中氯化亚铜的质量分数为eq \f(0.489 54 g,0.500 g)×100%≈97.91%,若滴定操作耗时过长,CuCl可能被氧气氧化,使测定的CuCl质量分数偏小。
答案 97.91% 偏小
3.烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一,为了监测其含量,选用如下采样和检测方法。
将V L气样通入适量酸化的H2O2溶液中,使NOx完全被氧化为NOeq \o\al(-,3),加水稀释至100.00 mL。量取 20.00 mL该溶液,加入V1 mL c1 mol·L-1 FeSO4标准溶液(过量),充分反应后,用c2 mol·L-1 K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2+,终点时消耗V2 mL。
回答下列问题:
(1)滴定过程中发生下列反应:
3Fe2++NOeq \o\al(-,3)+4H+===NO↑+3Fe3++2H2O
Cr2Oeq \o\al(2-,7)+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O
则气样中NOx折合成NO2的含量为________mg·m-3。
(2)若FeSO4标准溶液部分变质,会使测定结果________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
解析 (1)根据关系式:Cr2Oeq \o\al(2-,7)~6Fe2+,求得K2Cr2O7标准溶液消耗n(Fe2+)=6c2V2×10-3 mol;则NOeq \o\al(-,3)消耗n(Fe2+)=(c1V1-6c2V2)×10-3 mol,根据关系式3Fe2+~NOeq \o\al(-,3)得n(NOeq \o\al(-,3))=eq \f(1,3)(c1V1-6c2V2)×10-3 mol,n(NOx)=n(NO2)=n(NOeq \o\al(-,3))=eq \f(1,3)(c1V1-6c2V2)×10-3 mol,V L气样中含m(NO2)=eq \f(1,3)(c1V1-6c2V2)×46×eq \f(100,20) mg,所以气样中NO2的含量为eq \f(\f(1,3)c1V1-6c2V2×46×\f(100,20),V×10-3) mg·m-3=eq \f(23×c1V1-6c2V2,3V)×104 mg·m-3。
答案 (1)eq \f(23×c1V1-6c2V2,3V)×104 (2)偏高
当滴入最后半滴×××标准溶液,溶液变成×××色,且半分钟内颜色不恢复。
说明:解答此类题目注意3个关键点。
1最后半滴:必须说明滴入“最后半滴”溶液。
2颜色变化:必须说明滴入“最后半滴”溶液后,溶液“颜色的变化”。
3半分钟:必须说明溶液颜色变化后“半分钟内不再恢复原来颜色”。
(1)用a mol·L-1的HCl滴定未知浓度的NaOH溶液,用酚酞作指示剂,达到滴定终点的现象是__________________________________________;若用甲基橙作指示剂,滴定终点现象是___________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)用标准碘溶液滴定溶有SO2的水溶液,以测定水中SO2的含量,应选用________作指示剂,达到滴定终点的现象是_______________________________
___________________________________________________________________。
(3)用标准酸性KMnO4溶液滴定溶有SO2的水溶液,以测定水中SO2的含量,是否需要选用指示剂________(填“是”或“否”),达到滴定终点的现象是_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)用氧化还原滴定法测定TiO2的质量分数:一定条件下,将TiO2溶解并还原为Ti3+,再以KSCN溶液作指示剂,用NH4Fe(SO4)2标准溶液滴定Ti3+至全部生成Ti4+。滴定Ti3+时发生反应的离子方程式为_________________________,达到滴定终点时的现象是_______________________________________________
____________________________________________________________________。
答案 (1)滴入最后半滴标准液,溶液由红色变为无色,且半分钟内不恢复红色 当滴入最后半滴标准液,溶液由黄色变为橙色,且半分钟内不恢复黄色
(2)淀粉溶液 当滴入最后半滴标准液,溶液由无色变为蓝色,且半分钟内不褪色
(3)否 当滴入最后半滴酸性KMnO4溶液,溶液由无色变为紫红色,且半分钟内不褪色
(4)Ti3++Fe3+===Ti4++Fe2+ 当滴入最后半滴NH4Fe(SO4)2标准溶液后,溶液变成红色,且半分钟内不褪色
阅读下列材料,完成1~3题。
一定条件下,乙酸酐[( CH3CO)2O]醇解反应[(CH3CO)2O+ROH―→ CH3COOR+CH3COOH]可进行完全,利用此反应定量测定有机醇( ROH)中的羟基含量,实验过程中酯的水解可忽略。实验步骤如下:
①配制一定浓度的乙酸酐苯溶液。
②量取一定体积乙酸酐苯溶液置于锥形瓶中,加入m g ROH样品,充分反应后,加适量水使剩余乙酸酐完全水解:(CH3CO)2O+H2O―→2CH3COOH。
③加指示剂并用c mol·L-1NaOH甲醇标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液V1 mL。
④在相同条件下,量取相同体积的乙酸酐苯溶液,只加适量水使乙酸酐完全水解;加指示剂并用c mol·L-1NaOH甲醇标准溶液滴定至终点,消耗标准溶液V2 mL。
1.(2023·山东卷)对于上述实验,下列做法正确的是( )
A.进行容量瓶检漏时,倒置一次即可
B.滴入半滴标准溶液,锥形瓶中溶液变色,即可判定达滴定终点
C.滴定读数时,应单手持滴定管上端并保持其自然垂直
D.滴定读数时,应双手一上一下持滴定管
解析 容量瓶检漏时,需先倒置看是否漏水,不漏水,再将容量瓶正放,旋转活塞180度,再倒置一次看是否漏水,因此进行容量瓶检漏时,需倒置两次,A错误;滴入半滴标准溶液,锥形瓶中溶液变色,且半分钟内溶液颜色不变化,才可判定达到滴定终点,B错误;滴定读数时,应单手持滴定管上端并保持其自然垂直,故C正确,D错误。
答案 C
2.(2023·山东卷)ROH样品中羟基含量(质量分数)计算正确的是( )
A.eq \f(cV2-V1×17,1 000m)×100%
B.eq \f(cV1-V2×17,1 000m)×100%
C.eq \f(0.5cV2-V1×17,1 000m)×100%
D.eq \f(c0.5V2-V1×17,1 000m)×100%
解析 用c mol·L-1NaOH甲醇标准溶液进行滴定,根据反应CH3COOH+NaOH===CH3COONa+H2O,结合步骤④可得关系式:乙酸酐[(CH3CO)2O]~2CH3COOH~2NaOH,则n(乙酸酐)=0.5cV2×10-3mol,根据反应(CH3CO)2O+ROH―→CH3COOR+CH3COOH,结合步骤②,设样品中ROH为x mol,则x+2×(0.5cV2×10-3-x)=cV1×10-3,解得x=c(V2-V1)×10-3,又因ROH样品的质量为m g,则ROH样品中羟基的质量分数为eq \f(cV2-V1×17,1 000m)×100%,A正确。
答案 A
3.(2023·山东卷)根据上述实验原理,下列说法正确的是( )
A.可以用乙酸代替乙酸酐进行上述实验
B.若因甲醇挥发造成标准溶液浓度发生变化,将导致测定结果偏小
C.步骤③滴定时,不慎将锥形瓶内溶液溅出,将导致测定结果偏小
D.步骤④中,若加水量不足,将导致测定结果偏大
解析 由于乙酸酐能发生醇解反应生成羧酸和酯,生成的羧酸可用NaOH甲醇标准溶液进行滴定,因此不能用乙酸替代乙酸酐进行上述实验,A错误;NaOH甲醇标准溶液中甲醇挥发会造成标准溶液浓度增大,所消耗体积偏小,将导致测定结果偏小,B正确;步骤③滴定时,不慎将锥形瓶内溶液溅出,将使测定的V1减小,导致测定结果偏高,C错误;步骤④中,若加水量不足,则乙酸酐不能完全转化为乙酸,使测得的V2减小,导致测定结果偏小,D错误。
答案 B
4.(2023·浙江6月卷节选)某研究小组用铝土矿为原料制备絮凝剂聚合氯化铝([Al2(OH)aClb]m,a=1~5)。已知:[Al2(OH)aClb]m的絮凝效果可用盐基度衡量,盐基度=eq \f(a,a+b),当盐基度为0.60~0.85时,絮凝效果较好。
絮凝剂聚合氯化铝中Cl-的定量测定:称取一定量样品,配成溶液,移取25.00 mL溶液于锥形瓶中,调pH=6.5~10.5,滴加指示剂K2CrO4溶液。在不断摇动下,用0.100 0 mol·L-1AgNO3标准溶液滴定至浅红色(有Ag2CrO4沉淀),30秒内不褪色。平行测试3次,平均消耗AgNO3标准溶液22.50 mL。另测得上述样品溶液中ceq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(Al3+))=0.100 0 mol·L-1。
(1)产品的盐基度为________。
(2)测定Cl-过程中溶液pH过低或过高均会影响测定结果,原因是____________________________________________________________________。
解析 (1)根据Cl-~AgNO3,样品溶液中氯离子物质的量浓度为eq \f(0.100 0 mol·L-1×22.50 mL,25.00 mL)=0.09 mol·L-1,n(Al3+)∶n(Cl-)=10∶9,根据电荷守恒得到[Al2(OH)4.2Cl1.8]m产品的盐基度为eq \f(4.2,4.2+1.8)=0.7。
答案 (1)0.7 (2)pH过低,指示剂会与氢离子反应生成重铬酸银,会氧化氯离子,导致消耗的硝酸银偏少,而pH过高,氢氧根会与银离子反应,导致消耗的硝酸银偏多
5.(2023·海南高考节选)木耳中铁含量测定的基本流程:将滤液在200 mL容量瓶中定容,移取25.00 mL,驱尽NOeq \o\al(-,3)并将Fe3+全部还原为Fe2+。用5 mL微量滴定管盛装K2Cr2O7标准溶液进行滴定。
(1)选用微量滴定管的原因是_______________________________________
___________________________________________________________________。
(2)三次平行测定的数据如下表。针对该滴定数据,应采取的措施是__________________。
序号
1
2
3
标准溶液用量/mL
2.715
2.905
2.725
(3)本实验中,使测定结果偏小的是__________(填标号)。
a.样品未完全干燥
b.微量滴定管未用标准溶液润洗
c.灰渣中有少量炭黑
解析 (1)木耳中铁含量较少,选用微量滴定管使实验微型化,滴定更准确,节约试剂;
(2)三次平行滴定中,第二组数据偏差较大,应舍去。
(3)铁元素的含量=eq \f(铁元素质量,样品质量)×100%,样品未完全干燥,使测定结果偏低,故选a;
微量滴定管未用标准溶液润洗,标准溶液被稀释,使测定结果偏高,故不选b;
灰渣中有少量炭黑,对测定结果无影响,故不选c。
答案 (1)使实验微型化,滴定更准确,节约试剂 (2)舍去第二次数据 (3)a
6.(2023·重庆卷节选)氯化钙样品中CaCl2质量分数的测定:称取CaCl2水合物1.000 g,加水溶解,加入过量Na2C2O4,将所得沉淀过滤洗涤后,溶于热的稀硫酸中,用0.100 0 mol/L KMnO4标准溶液滴定,消耗24.00 mL。滴定达到终点的现象为_________________________,该样品中CaCl2的质量分数为________。
解析 高锰酸钾溶液呈紫红色,故滴定达到终点的现象为:滴入最后半滴标准液后,溶液变为红色,且半分钟内不变色;氯化钙和草酸钠转化为草酸钙沉淀CaC2O4,草酸钙沉淀加入硫酸转化为草酸,草酸和高锰酸钾发生氧化还原反应:2MnOeq \o\al(-,4)+5H2C2O4+6H+===10CO2↑+2Mn2++8H2O,结合质量守恒可知,5CaCl2~5H2C2O4~2MnOeq \o\al(-,4),则该副产物中CaCl2的质量分数为eq \f(0.100 0×24×10-3 mol×\f(5,2)×111 g/mol,1.000 g)×100%=66.6%。
答案 滴入最后半滴标准液后,溶液变为红色,且半分钟内不变色 66.6%
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