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微专题(六) 氧化还原反应滴定
专题3 水溶液中的离子反应
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专题3 水溶液中的离子反应
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1.氧化还原滴定法
(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氧化还原性,但能与某些氧化剂或还原剂起反应的物质。
(2)试剂
常见的用于滴定的氧化剂有KMnO4、K2Cr2O7、I2等。
常见的用于滴定的还原剂有亚铁盐、草酸、维生素C等。
(3)指示剂
氧化还原滴定法的指示剂有三类:
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,滴定终点为高锰酸钾溶液的紫红色。
(4)氧化还原反应滴定计算依据
依据化学方程式或离子方程式或关系式列比例式,或运用原子守恒、电荷守恒、电子守恒等规律列等式进行计算。
2.两个典型反应
(1)酸性KMnO4溶液滴定H2C2O4溶液
原理:2MnO+6H++5H2C2O4===10CO2↑+2Mn2++8H2O。
指示剂:酸性KMnO4溶液本身呈紫色,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.(2024·临沂检测)为测定亚硝酸钠的含量,称取3.000 g样品溶于水配成500 mL溶液,量取25.00 mL溶液于锥形瓶中,硫酸酸化后加入过量KI,发生反应:2NO+2I-+4H+===2NO↑+I2+2H2O(杂质不参与反应)。然后用0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定至终点(发生反应:I2+2S2O===S4O+2I-),消耗溶液20.00 mL。
(1)该实验可选用的指示剂为________,达到滴定终点时的现象是__________________________________________。
(2)所得样品中亚硝酸钠的质量分数为________。
(3)下列操作会导致测定结果偏高的是________(填代号)。
a.滴定过程中向锥形瓶中加少量水
b.滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后气泡消失
c.读数时,滴定前仰视,滴定后俯视
d.滴定时,标准液滴到锥形瓶外
解析 (1)选用淀粉溶液做指示剂,当滴入最后一滴标准溶液,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内不恢复蓝色说明达到滴定终点。
(2)根据电子守恒,硫代硫酸钠与亚硝酸钠的关系式为NO~S2O,消耗硫代硫酸钠的物质的量为0.1 mol/L×0.02 L=0.002 mol,则配成500 mL亚硝酸钠的物质的量为0.002 mol×=0.04 mol,亚硝酸钠的质量分数为×100%=92%。
(3)向锥形瓶中加入水,溶质的物质的量不变,对结果无影响,a错误;滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后气泡消失,消耗硫代硫酸钠溶液的体积偏大,亚硝酸钠的质量分数偏高,b正确;读数时,滴定前仰视,滴定后俯视,硫代硫酸钠溶液的体积偏小,测量结果偏小,c错误;标准液滴到锥形瓶外,消耗硫代硫酸钠溶液的体积偏大,测量结果偏大,d正确。
答案 (1)淀粉溶液 滴入最后一滴标准溶液,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内不恢复蓝色 (2)92% (3)bd
2.过氧化氢的水溶液适用于医用消毒、环境消毒和食品消毒。
Ⅰ.过氧化氢性质探究实验
(1)酸性条件下H2O2可将Fe2+转化成Fe3+,由此说明H2O2具有________性。
(2)已知H2O2是一种二元弱酸,其中Ka1=2.20×10-12、Ka2=1.05×10-25,则H2O2的电离方程式为_______________________________ _________________________________,常温下,1 mol·L-1的H2O2溶液的pH约为__________。
Ⅱ.过氧化氢含量的测定实验
某兴趣小组同学用0.100 0 mol·L-1的酸性高锰酸钾标准溶液滴定试样中的过氧化氢,反应原理为2MnO+5H2O2+6H+===2Mn2++8H2O+5O2↑。
(3)滴定达到终点的现象是_________________________________。
(4)用移液管移取25.00 mL试样置于锥形瓶中,重复滴定四次,每次消耗酸性高锰酸钾标准溶液的体积如表所示:
第一次
第二次
第三次
第四次
V(KMnO4溶液)/mL
17.10
18.10
18.00
17.90
计算试样中过氧化氢的浓度为________mol·L-1。
(5)若滴定前滴定管尖嘴处有气泡,滴定后消失,则测定结果____________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
解析 (1)酸性条件下,H2O2可将Fe2+氧化为Fe3+,体现了过氧化氢的氧化性。
(2)过氧化氢属于二元弱酸,分步电离,其电离方程式为H2O2⥫⥬H++HO、HO⥫⥬H++O;又Ka1=2.20×10-12,Ka2=1.05×10-25,Ka1≫Ka2,以第一步电离为主,则Ka1=≈=2.20×10-12,所以c(H+)≈1.48×10-6 mol·L-1,即pH≈5.8。
(3)滴定达到终点的现象是滴入最后一滴KMnO4溶液后,锥形瓶内溶液恰好由无色变为浅红色,且30秒内溶液不褪色。
(4)由于第一次数据误差过大,故舍去;根据反应2MnO+5H2O+6H+===2Mn2++8H2O+5O2↑,c2(H2O2)==0.181 0 mol·L-1,同理c3(H2O2)=0.180 0 mol·L-1,c4(H2O2)=0.179 0 mol·L-1,则c(H2O2)==0.180 0 mol·L-1。(5)滴定前滴定管尖嘴处有气泡,造成V标准偏大,则测定结果偏高。
答案 (1)氧化 (2)H2O2⥫⥬H++HO、HO⥫⥬H++O 5.8
(3)滴入最后一滴KMnO4溶液后,锥形瓶内溶液恰好由无色变为浅红色,且30秒内溶液不褪色 (4)0.180 0 (5)偏高
3.滴定法是化学上常用的定量分析的方法,氧化还原滴定与中和滴定类似。某同学用0.100 0 mol·L-1 KMnO4酸性溶液滴定未知浓度的无色H2C2O4溶液。填空完成问题:
(1)KMnO4溶液应放在________(填“酸式”或“碱式”)滴定管中。
(2)写出KMnO4与H2C2O4反应的离子方程式__________________ ___________________________________________________。
(3)滴定终点的现象为____________________________________ __________________________________________________。
(4)某学生根据3次实验分别记录有关数据如下表:
滴定
次数
待测H2C2O4
溶液的体积/mL
0.100 0 mol·L-1 KMnO4的体积(mL)
滴定前刻度
滴定后刻度
溶液体积/mL
第一次
25.00
0.00
26.11
26.11
第二次
25.00
1.56
30.30
28.74
第三次
25.00
0.22
26.31
26.09
①依据上表数据列式计算该H2C2O4溶液的物质的量浓度为________(保留4位有效数字)
②下列操作中可能使测定结果偏低的是________(填字母,下同)。
A.酸式滴定管未用标准液润洗就直接注入KMnO4标准液
B.滴定前盛放草酸溶液的锥形瓶用蒸馏水洗净后没有干燥
C.酸式滴定管尖嘴部分在滴定前没有气泡,滴定后有气泡
D.读取KMnO4标准液时,开始仰视读数,滴定结束时俯视读数
(5)滴定实验中一般要选择合适的指示剂,下列滴定中指示剂的选择或滴定终点颜色变化错误的是________。
选项
滴定管中的溶液
锥形瓶中的溶液
指示剂
滴定终点颜色变化
A
NaOH溶液
CH3COOH溶液
酚酞
无色→浅红色
B
盐酸
氨水
甲基橙
黄色→橙色
C
酸性KMnO4
溶液
K2SO3溶液
无
无色→浅紫红色
D
碘水
Na2S溶液
淀粉
蓝色→无色
解析 (1)KMnO4溶液具有强氧化性,应放在酸式滴定管中;
(2)根据得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒知KMnO4与H2C2O4反应的离子方程式:2MnO+5H2C2O4+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O;
(3)滴定终点的现象为:当滴入最后半滴标准液时,溶液从无色变成浅紫红色,且半分钟内保持不变色;
(4)①第二次消耗高锰酸钾溶液的体积与另两次差距较大,因此删去不用,则消耗高锰酸钾溶液的体积平均26.10 mL,根据2MnO+5H2C2O4+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O,该H2C2O4溶液的物质的量浓度为:×=0.261 0 mol·L-1;②A.酸式滴定管未用标准液润洗就直接注入KMnO4标准液,则消耗KMnO4标准液的体积偏大,则使测定结果偏高;B.滴定前盛放草酸溶液的锥形瓶用蒸馏水洗净后没有干燥,对测定结果无影响;C.酸式滴定管尖嘴部分在滴定前没有气泡,滴定后有气泡,则认为消耗KMnO4标准液的体积偏小,则使测定结果偏低;D.读取KMnO4标准液时,开始仰视读数,滴定结束时俯视读数,则认为消耗KMnO4标准液的体积偏小,则使测定结果偏低;
(5)A.用NaOH溶液滴定CH3COOH,反应终点为碱性,选用酚酞为指示剂,滴定终点为无色变为浅红色,正确;
B.用盐酸滴定氨水,反应终点为酸性,选用甲基橙为指示剂,滴定终点为黄色变为橙色,正确;
C.用酸性KMnO4溶液滴定K2SO3溶液,滴定终点为无色变为浅紫红色,正确;
D.当用碘水滴定硫化钠溶液时,滴定终点应该是无色变为蓝色,错误;综上所述,答案为D。
答案 (1)酸式
(2)2MnO+5H2C2O4+6H+===2Mn2++10CO2↑+8H2O
(3)当滴入最后半滴标准液时,溶液从无色变成浅紫红色,且半分钟内保持不变色
(4)①0.261 0 mol·L-1 ②CD
(5)D
$$