内容正文:
专题3 水溶液中的离子反应
第二单元 溶液的酸碱性
第2课时 酸碱中和滴定
栏目索引
基础落实·梳理必备知识
重难探究·提升关键能力
学以致用·发展学科素养
专题3 水溶液中的离子反应
高中化学 选择性必修1 化学反应原理 S
一、酸碱中和滴定
1.概念和原理
(1)概念:利用中和反应,用已知浓度的酸(或碱)溶液来测定未知浓度的碱(或酸)溶液的实验方法。
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(3)实验关键
①准确测定参加反应酸、碱溶液的体积。
②准确判断滴定终点。
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2.主要仪器及使用
(1)仪器:滴定管、铁架台、滴定管夹、_________、______。
锥形瓶
仪器a是_______________,仪器b是_______________。
烧杯
酸式滴定管
碱式滴定管
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(2)滴定管的使用方法
①查漏:使用前先检查滴定管活塞____________。
②润洗:在加入酸、碱溶液之前,洁净的滴定管要用待装的酸、碱溶液润洗_________次。
③装液:注入待装的酸、碱溶液至滴定管____________________mL处。
④调液面记数据:在滴定管下放一烧杯,调节活塞,使滴定管尖嘴部分____________,并调节滴定管中液面至“0”或“0”刻度以下,准确读取数值并记录。
是否漏水
2~3
“0”刻度以上2~3
充满溶液
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3.主要试剂
(1)待测溶液;(2)标准溶液;(3)指示剂(一般用酚酞或甲基橙)。
4.实验操作
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以标准盐酸滴定待测氢氧化钠溶液为例:
(1)洗涤:洗涤仪器并进行______、润洗。
(2)取液:向_______________中注入待测液氢氧化钠溶液,取一定体积注入_________中,并加入2~3滴酚酞试液;向_______________中注入标准液盐酸。
检漏
碱式滴定管
锥形瓶
酸式滴定管
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(3)滴定:在锥形瓶下垫一张白纸,左手控制滴定管的活塞,向锥形瓶中____________地加入标准溶液(后面逐滴加入),右手摇动锥形瓶,眼睛观察锥形瓶内溶液的颜色变化。
(4)读数:至指示剂____________________________________________ _________,停止滴定。平视滴定管中_________最低点,读取溶液体积。
先快后慢
发生明显的颜色变化(浅红色变为无色)且30 s内
不变时
凹液面
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二、酸碱滴定过程中pH的突变和滴定曲线
1.pH的突变
在酸碱反应过程中,溶液的pH会发生变化,对于强酸强碱的反应,开始时由于被中和的酸(或碱)浓度较大,加入少量的碱(或酸)对其pH的影响不大。当反应接近终点时,很少量的碱(或酸)就会引起溶液______突变。
pH
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2.滴定曲线
酸碱滴定曲线是以酸碱混合过程中滴加酸(或碱)的量为横坐标,以溶液pH为纵坐标绘出一条溶液pH随酸(或碱)的滴加量而变化的曲线。
例如:以0.100 0 mol·L-1 NaOH标准溶液滴定20.00 mL 0.100 0 mol·L-1 盐酸为例,其滴定曲线如图所示。
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探究一__酸碱中和滴定原理
酸碱指示剂的变色范围
酸碱指示剂通常是一些有机弱酸或有机弱碱,它们在水溶液中存在电离平衡,其分子与电离出的离子呈现不同的颜色。因此,当pH改变时,由于分子和离子含量的变化,会引起溶液颜色的变化。例如,石蕊(以HIn表示)的电离平衡和颜色变化如下:
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[问题设计]
(1)酸碱中和滴定原理
①进行酸碱中和滴定时,标准溶液和待测溶液哪一种放入锥形瓶中?为什么?
②在酸碱中和滴定实验中,标准溶液的浓度是越大越好还是越小越好?为什么?
③酸碱恰好完全反应的点与滴定终点是否相同?为什么?
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提示:①都可以。因为酸碱中和滴定时求的是 H+与 OH-的定量关系,只要两者的物质的量相等即可,故把哪种溶液放入锥形瓶都可以,但习惯上常把待测溶液放入锥形瓶中。
②标准溶液的浓度一般为0.100 0 mol·L-1为宜。浓度太大,易引起较大误差;浓度太小,所需标准溶液体积太大,不易操作。
③不相同。酸碱恰好完全反应是指酸与碱按照化学计量数恰好完全反应,酸和碱都不剩余,此时溶液可能为中性,也可能为酸性或碱性;而滴定终点是指指示剂颜色恰好变化的点,两者不相同。酸碱恰好完全反应与滴定终点特别接近,在一般科学研究中不会造成大的误差。
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(2)滴定管的使用
滴定管有酸式和碱式两种类型,应根据溶液的性质进行选择使用,但两者的使用方法基本相同。
①为什么酸式滴定管不能用来盛装碱液,碱式滴定管不能盛放酸性溶液?
②滴定管和量筒读数时有什么区别?
③用量程为25.00 mL的酸式滴定管取盐酸,开始凹液面在“0”刻度处,全部放出后所取溶液是25.00 mL吗?
④如何排出酸、碱式滴定管尖嘴处的气泡?
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提示:①酸式滴定管有磨砂的玻璃活塞,容易被碱液腐蚀。碱式滴定管有乳胶管,容易被酸性溶液腐蚀。此外还有耐酸碱的滴定管,它的活塞由聚四氟乙烯制成;若溶液中的物质见光易分解,用棕色滴定管盛放。
②滴定管的“0”刻度在上面,越往下刻度值越大,而量筒无“0”刻度,并且越往上刻度越大;记录数据时滴定管一般精确到0.01 mL,而量筒仅为0.1 mL。
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③不是。滴定管的刻度是“0”刻度在上,最大容量刻度在下,并且最下端有一段无刻度,如果全部放出,则体积大于25.00 mL。
④酸式滴定管:打开酸式滴定管活塞,快速放出液体,将尖嘴处的气泡快速冲出。碱式滴定管:将碱式滴定管的玻璃尖嘴倾斜向上弯曲,用手挤捏玻璃球一侧的乳胶管,使液体流出同时带出气泡。
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(3)指示剂的选择
①在滴定操作时,锥形瓶下面放一张白纸的目的是什么?
②用盐酸滴定氨水,选什么作指示剂?怎样描述滴定终点?
③能否选用石蕊试液作为酸碱中和滴定的指示剂?为什么?
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提示:①白纸只是起衬托作用,是为了使滴定终点的颜色变化更加明显,便于滴定终点的判断。
②可选择甲基橙作指示剂。滴定终点时溶液由黄色变为橙色且30 s内不再变化。
③不能。因为石蕊试液在滴定终点时的颜色变化对比不明显,且变色范围较大。
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1.酸碱中和滴定时指示剂的选择
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2.指示剂选择的注意事项
指示剂变色要灵敏,变色范围要小,使变色范围尽量与滴定终点溶液的酸碱性一致。
(1)不能用石蕊作指示剂。
(2)滴定终点为碱性时,用酚酞作指示剂,如用 NaOH溶液滴定醋酸。
(3)滴定终点为酸性时,用甲基橙作指示剂,如用盐酸滴定氨水。
(4)强酸滴定强碱一般用甲基橙,但用酚酞也可以。
(5)并不是所有的滴定都需使用指示剂,如用标准Na2SO3溶液滴定 KMnO4溶液时,KMnO4溶液颜色恰好褪去时即为滴定终点。
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3.滴定终点的判断答题模板
当滴入最后半滴×××标准溶液后,溶液变成×××色,且30 s内不恢复原来的颜色。
解答此类题目注意三个关键点。
(1)最后半滴:必须说明是滴入“最后半滴”溶液。
(2)颜色变化:必须说明滴入“最后半滴”溶液后溶液的颜色变化。
(3)半分钟:必须说明溶液颜色变化后“30 s内不恢复原来的颜色”。
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填空完成问题:
(1)该滴定实验所需仪器有下列中的____________。
A.酸式滴定管(50 mL) B.碱式滴定管(50 mL)
C.量筒(10 mL) D.锥形瓶
E.铁架台 F.滴定管夹
G.烧杯 H.白纸
I.胶头滴管 J.漏斗
ABDEFGH
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(2)不用________(填“酸”或“碱”)式滴定管盛放高锰酸钾溶液。试分析原因__________________________________________________________。
(3)选何种指示剂,说明理由__________________________________。
(4)滴定前平视KMnO4液面,刻度为a mL,滴定后俯视液面刻度为b mL,则(b-a) mL比实际消耗KMnO4溶液体积________(填“多”或“少”)。根据(b-a) mL计算得到的待测浓度,比实际浓度________(填“大”或“小”)。
答案:(2)碱 KMnO4溶液能把乳胶管氧化
(3)不用指示剂,因为KMnO4被还原剂还原成Mn2+,紫红色褪去,所以不需要指示剂 (4)少 小
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解析:
(1)酸性KMnO4具有强氧化剂,要放在酸式滴定管中,取用待测NaHSO3溶液要用碱式滴定管,再根据滴定所需的仪器可选出正确答案。
(3)酸性KMnO4被还原为Mn2+后由紫红色变为无色。
(4)俯视读得的数值偏小。
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1.(2023·宿迁高二质检)现用物质的量浓度为a mol·L-1的标准NaOH溶液去滴定V mL盐酸,请回答下列问题:
(1)碱式滴定管用蒸馏水洗净后,接下来应该进行的操作是________ _______________________________________________________________。
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(2)用标准NaOH溶液滴定时,应将标准NaOH溶液注入图中的_______ (填“甲”或“乙”)中。
(3)下图是滴定前后滴定管的液面读数,则c(HCl)=________ mol·L-1。
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解析:
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探究二__酸碱中和滴定误差分析
误差分析是指对误差在完成系统功能时,对所要求的目标的偏离产生的原因、后果及发生在系统的哪一个阶段进行分析,把误差减小到最低限度。在实验中,如果出现误差较大的数据,则需要重新进行实验,在几次实验结果相近的情况下,可计算它们的平均值。研究误差的目的,不是要消除它,因为这是不可能的,也不是使它小到不能再小,这不一定必要,因为这要花费大量的人力和物力;而是在一定的条件下得到更接近于真实值的最佳测量结果。
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[问题设计]
(1)酸碱中和滴定时,用待测溶液润洗锥形瓶,会产生什么结果?
提示:锥形瓶一定不要用待测溶液润洗,否则会使待测溶液的量偏大,消耗标准液的体积偏大,从而使所测浓度偏大。
(2)酸碱中和滴定时,用冲洗干净的滴定管直接盛装标准溶液,会产生什么结果?
提示:冲洗干净的滴定管无论是盛装标准溶液,还是待测溶液,都必须用待装溶液润洗2~3次,否则会使标准溶液或待测溶液的浓度变小,影响结果。
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(3)用NaOH标准溶液测定未知浓度的盐酸时,选用酚酞作指示剂,实验时不小心多加了几滴,会产生什么结果?
提示:在滴定过程中,指示剂多加了几滴,一般不影响实验结果,因为指示剂不会改变反应过程中酸和碱的物质的量。
(4)用标准盐酸测定未知浓度的NaOH溶液,实验结束时,酸式滴定管尖嘴部分有气泡,开始实验时无气泡,会产生什么结果?
提示:实验开始时酸式滴定管中无气泡,实验结束时有气泡,会导致所读取的V(HCl)偏小,依据V(HCl)·c(HCl)=V(NaOH)·c(NaOH),所测得的c(NaOH)偏小。
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(5)酸式滴定管或碱式滴定管滴至终点后,俯视或仰视读数,对滴定结果有影响吗?
提示:滴定管滴至终点后,俯视或仰视读数,会使测得的待测溶液的浓度偏低或偏高。
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(2)常见误差分析
可能情况 操作及读数 误差分析
仪器的洗
涤或润洗 未用标准溶液润洗滴定管 偏高
未用待测溶液润洗移液管或所用的滴定管 偏低
用待测溶液润洗锥形瓶 偏高
洗涤后锥形瓶未干燥 无影响
滴定时溅落液体 标准溶液漏滴在锥形瓶外一滴 偏高
待测溶液溅出锥形瓶外一滴 偏低
将移液管下部的残留液吹入锥形瓶 偏高
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可能情况 操作及读数 误差分析
尖嘴处气泡
处理不当 滴前有气泡,滴后无气泡 偏高
滴前无气泡,滴后有气泡 偏低
读数不
正确 滴前仰视,滴后平视 偏低
滴前平视,滴后仰视 偏高
滴前仰视,滴后俯视 偏低
达终点后,滴定管尖嘴处悬一滴标准溶液 偏高
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(3)读数误差图示
读数误差可以用画图的形式来理解和记忆。如开始读数仰视,滴定完毕读数俯视,如图 Ⅰ ;开始读数俯视,滴定完毕读数仰视,如图 Ⅱ 。
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【例2】 (2023·宿迁高二质检)某班学生通过分组实验测定酸碱滴定曲线。
实验用品:0.1 mol·L-1盐酸、0.1 mol·L-1NaOH溶液、蒸馏水、pH计、酸式滴定管、碱式滴定管、铁架台(带滴定管夹)、锥形瓶。
甲、乙、丙三组同学锥形瓶中的溶液所取体积均为20.00 mL,且所用的试剂完全相同,根据实验所得的数据绘制的曲线分别如图中a、b、c所示,其中乙和丙两组同学的操作上都存在着不足或失误。
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回答下列问题:
(1)实验前pH计应用标准溶液进行校准,若将pH计放入c(H+)=
0.000 1 mol·L-1的标准溶液中校准,则pH计的读数应为________。
(2)甲组同学滴定时选用的滴定管为______(填“酸式”或“碱式”)滴定管,最后一次润洗滴定管应选用实验用品中的______________进行润洗。
(3)乙组同学操作上的不足之处是_______________________________ _____________________________________________________________。
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(4)造成丙组同学的曲线与甲组同学不同的原因可能是______(填标号)。
A.用待装溶液润洗锥形瓶
B.滴定使用的滴定管的尖嘴部分在滴定前有气泡未排出,滴定后气泡消失
C.滴定前后对滴定管进行读数的视线分别如图所示
AB
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答案:(1)4.0
(2)碱式 0.1 mol·L-1 NaOH溶液
(3)在滴定终点附近测试和记录pH的间隔太大
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解析:
(1)pH=-lg c(H+)=-lg 0.000 1=4.0。(2)甲组同学所进行的实验为用0.1 mol·L-1 NaOH溶液滴定20.00 mL的0.1 mol·L-1盐酸,故所用的滴定管应为碱式滴定管,最后一次润洗时要使用0.1 mol·L-1 NaOH溶液。(3)由曲线b知,在滴定过程中,在滴定终点附近测试和记录pH的间隔过大。(4)甲同学所用NaOH溶液体积较少,丙同学所用NaOH溶液体积较多。原因可能是A、B两项,C项中滴定前仰视,滴定后俯视,会使测得的NaOH溶液体积较少。
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D
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A.试样在甲中溶解,滴定管选乙
B.选用淀粉溶液作指示剂,当甲中溶液由蓝色变为无色时,即达到滴定终点
C.图丁中滴定前,滴定管的读数为(a-0.50)mL
D.对装有标准溶液的滴定管读数时,滴定前后读数方式如图丁所示,则测得的结果偏小
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1.准确移取20.00 mL某待测盐酸于锥形瓶中,用0.100 0 mol·
L-1NaOH溶液滴定,下列说法正确的是 ( )
A.滴定管用蒸馏水洗涤后,装入NaOH溶液进行滴定
B.随着NaOH溶液滴入,锥形瓶中溶液pH由小变大
C.用酚酞作指示剂,当锥形瓶中溶液由红色变无色时停止滴定
D.滴定达终点时,发现滴定管尖嘴部分有悬滴,则测定结果偏小
B
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解析:
滴定管用水洗涤后,还要用待装溶液润洗,否则将会引起误差,A错误;在用NaOH溶液滴定盐酸的过程中,锥形瓶内溶液由酸性逐渐变为中性,溶液的pH由小变大,B正确;用酚酞作指示剂,锥形瓶中溶液应由无色变为粉红色,且30 s内不恢复原色时才能停止滴定,C错误;滴定达终点时,发现滴定管尖嘴部分有悬滴,则消耗碱液的体积偏大,测定结果偏大,D错误。
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2.用标准盐酸测定未知浓度的氢氧化钠溶液,下列操作导致结果偏低的是 ( )
①锥形瓶用蒸馏水洗净后,再用待测液润洗2~3次
②滴定前滴定管尖嘴有气泡,滴定后气泡消失
③滴定前仰视读数,滴定后平视读数
④摇动锥形瓶时,有少量液体溅出
⑤滴定时,锥形瓶里加入少量蒸馏水稀释溶液
A.③ B.④⑤
C.①②③ D.③④
D
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解析:
①中相当于向锥形瓶中事先加入了一部分NaOH,会多耗用盐酸,导致结果偏高;②中气泡体积充当了标准盐酸,导致V(HCl)偏大,结果偏高;③中滴定前仰视使V(HCl)初偏大,则ΔV(HCl)=V(HCl)末-V(HCl)初偏小,结果偏低;④中使NaOH溅出,则使V(HCl)偏小,结果偏低;⑤对结果无影响,综合分析,D正确。
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3.以下是几种酸碱指示剂变色的pH范围:①甲基橙3.1~4.4 ②甲基红4.4~6.2 ③酚酞8.2~10.0,现用0.100 0 mol·L-1的NaOH溶液滴定浓度相近的乙酸时,上述指示剂 ( )
A.都可以用 B.只能用③
C.可以用①或② D.可以用②或③
B
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解析:
氢氧化钠溶液与等物质的量的乙酸反应时,生成的乙酸钠溶液呈碱性,选用在碱性条件下变色的指示剂酚酞为宜。
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4.以酚酞溶液作指示剂,对某新制NaOH溶液进行中和滴定实验,数据记录如下表:
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则该新制的NaOH溶液的浓度c(mol·L-1)计算合理的是 ( )
A.c=0.01×(V1+V2+V3)/(3×20)
B.c=0.01×(V1+V2)/(2×20)
C.c=0.01×(V1+V3)/(2×20)
D.c=0.01×V1/20
B
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解析:
②20 mL NaOH溶液中加入10 mL H2O,其溶质的物质的量不变,仍用20 mL来进行计算,也可得正确值;③敞口隔夜放置的NaOH溶液已发生反应生成部分Na2CO3溶液,用酚酞溶液作指示剂,消耗盐酸的量将发生改变。
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5.在25 ℃时,用0.125 mol·L-1的标准盐酸滴定25.00 mL未知浓度的NaOH溶液所得滴定曲线如图所示。图中K点代表的pH为 ( )
A.13 B.12
C.10 D.11
A
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解析:
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课时梯级训练(17)
谢谢观看!
课程标准
核心素养目标
1.能理解酸碱中和滴定的原理,根据溶液的酸碱性合理选择指示剂。
2.熟悉基本的滴定操作方法和误差分析。
3.了解在日常生活、生产中pH的应用。
1.变化观念与平衡思想:通过了解酸碱中和滴定的原理,知道酸碱中和滴定中溶液pH的变化是判断滴定终点的依据,了解指示剂的选择方法。
2.科学探究与创新意识:知道酸碱中和滴定的主要仪器及用途,掌握酸碱中和滴定的实验操作,数据处理、误差分析及其在定量测定中的迁移应用。
(2)原理
在中和反应中,酸提供的H+与碱提供的OH-之间的物质的量相等。即:c(H+)·V酸=c(OH-)·V碱,则c(H+)=或c(OH-)=。
(5)记录:记录滴定前和滴定终点时滴定管中标准溶液的刻度(分别为
V始和V终),重复滴定2~3次,将数据记入表中。
(6)计算:以(V终-V始)为消耗的标准溶液的体积,取2~3次实验结果的平均值,依据c待=计算待测溶液的物质的量浓度。
滴定过程中溶液pH的突变
指示剂的颜色变化是在一定的pH范围内发生的。各种指示剂的变色范围是由实验测得的。几种常用指示剂的变色范围如图所示。
【例1】 氧化还原滴定实验与中和滴定类似(用已知浓度的氧化剂溶液滴定未知浓度的还原剂溶液或反之)。
现有0.001 mol·L-1 KMnO4酸性溶液和未知浓度的无色NaHSO3溶液。反应离子方程式是2MnO+5HSO+H+===2Mn2++5SO+3H2O。
答案:(1)用标准NaOH溶液润洗2~3次
(2)乙 (3)
(1)碱式滴定管在用蒸馏水洗净后应用标准NaOH溶液润洗2~3次,每次润洗液都要从尖嘴处排出。
(2)NaOH为强碱,应将标准NaOH溶液注入碱式滴定管中。
(3)滴定过程中消耗标准NaOH溶液的体积为(V2-V1) mL,因此c(HCl)= mol·L-1。
中和滴定的误差分析
(1)误差分析依据
分析误差要根据计算式:c待测=,当用标准溶液滴定待测溶液时,c标准、V待测均为定值,c待测的大小由V标准的大小决定。
2.某学习小组用“间接碘量法”测定某CuCl2晶体试样的纯度,试样不含其他能与I-发生反应的氧化性杂质,已知:2Cu2++4I-===2CuI↓+I2,I2+2S2O===S4O+2I-。取m g试样溶于水,加入过量KI固体,充分反应,用0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定,部分实验仪器和读数如图所示。滴定管的最小刻度为0.10 mL。下列说法正确的是 ( )
实验编号
待测溶液
消耗标准盐酸(0.01 mol·L-1)的体积
①
20 mL NaOH溶液
V1 mL
②
20 mL NaOH溶液+10 mL H2O
V2 mL
③
敞口隔夜放置的20 mL NaOH溶液
V3 mL
由图示可知,在V(HCl)=20.00 mL时,pH=7,HCl与NaOH恰好完全反应,由c(HCl)·V(HCl)=c(NaOH)·V(NaOH)知c(NaOH)===0.1 mol·L-1。由Kw=c(H+)·c(OH-)知,0.1 mol·L-1的NaOH溶液的c(H+)=10-13 mol·L-1,即其pH=13。
$$