化学反应原理专题3第二单元第2课时.docx
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化学反应原理专题3第二单元第2课时
第2课时 酸碱中和滴定
[目标导航] 1.了解酸碱中和滴定的原理,熟记酸碱中和滴定的主要仪器名称和应用。
2.掌握酸碱中和滴定的实验操作、计算方法和误差分析。
3.学会滴定原理的迁移应用。
一、酸碱中和滴定
1.书写下列反应的离子方程式
(1)盐酸和NaOH溶液反应:
H++OH-===H2O。
(2)H2SO4溶液和Ba(OH)2溶液反应:
2H++SO
+Ba2++2OH-===2H2O+BaSO4↓。
(3)盐酸和Cu(OH)2反应:
2H++Cu(OH)2===2H2O+Cu2+。
2.判断下列酸碱混合后溶液的pH
(1)常温下,pH=3的盐酸与pH=11的NaOH溶液等体积混合后,溶液的pH等于7。
(2)常温下,pH=3的盐酸与pH=11的氨水溶液等体积混合后,溶液的pH大于7。
(3)常温下,pH=3的醋酸溶液与pH=11的NaOH溶液等体积混合后,溶液的pH小于7。
3.判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)任何酸碱反应的离子方程式都可写为H++OH-===H2O(×)
(2)容量瓶、分液漏斗在使用前都需查漏(√)
(3)量筒读数时,俯视偏大,仰视偏小(√)
4.中和滴定的原理
(1)酸碱中和反应的实质可用离子方程式H++OH-===H2O来表示,在中和反应中,H+、OH-之间的物质的量关系是n(H+)=n(OH-);若用参加反应的c(H+)、c(OH-)来表示,其关系式为c(H+)V酸=c(OH-)V碱,由此可计算c(H+),其表达式是c(H+)=
;也可计算c(OH-),其表达式是c(OH-)=
。
由c(H+)、c(OH-)可分别求出相应酸、碱的浓度。
(2)用0.1032mol·L-1的盐酸,中和25.00mL未知浓度的NaOH溶液,中和完成后用去盐酸27.84mL,请你根据上述关系式计算NaOH溶液的物质的量浓度0.114_9_mol·L-1。
(3)请你根据以上原理分析,归纳总结中和滴定的概念是利用中和反应,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。
其中已知浓度的酸(或碱)溶液常称为标准液,未知浓度的碱(或酸)溶液常称为待测液。
5.主要仪器及使用
酸碱中和滴定所用的主要仪器是锥形瓶和滴定管。
(1)滴定管分为两种:
①酸式滴定管:
包括玻璃活塞、长玻璃管,可盛放酸性溶液、强氧化性溶液或中性溶液,不能盛放碱性溶液及氢氟酸。
②碱式滴定管:
包括长玻璃管、橡皮管、玻璃球,可盛放碱性溶液。
滴定管的上端都标有规格大小、使用温度、“0”刻度,滴定管的精确读数为0.01_mL。
(2)滴定管的使用方法
①检查仪器:
使用前先检查滴定管活塞是否漏水。
②润洗仪器:
在加入溶液之前,洁净的滴定管要用所要盛装的溶液润洗2~3遍。
③加入溶液:
分别将溶液加入到相应滴定管中,使液面位于滴定管“0”刻度线以上2~3_mL处。
④调节起始读数:
在滴定管下放一烧杯,调节活塞或挤压玻璃珠,使滴定管尖嘴部分充满溶液、无气泡,然后调节滴定管液面至“0”或“0”刻度以下。
准确读取数值并记录。
议一议
1.回答滴定前准备阶段中的有关问题。
(1)滴定管在使用前需检查活塞是否漏水,怎样检查?
请叙述操作过程。
答案 将旋塞关闭,滴定管里注满水,把它固定在滴定管夹上,放置10分钟,观察滴定管口及旋塞两端是否有水渗出,旋塞不渗水才可使用。
(2)在加入酸、碱反应液之前,洁净的酸式滴定管和碱式滴定管还要分别用所盛装的酸、碱溶液润洗2~3遍,请叙述操作方法。
答案 从滴定管上口加入3~5mL所要盛装的酸或碱溶液,倾斜着转动滴定管,使液体润湿滴定管内壁,然后一手控制活塞(对于酸式滴定管,轻轻转动活塞;对于碱式滴定管,轻轻挤压玻璃球),将液体从滴定管下部放入预置的烧杯中。
(3)滴定管怎样注液?
答案
分别将酸、碱反应液加入到酸式滴定管、碱式滴定管中,使液面位于0刻度以上2~3mL处,并将滴定管垂直固定在滴定管夹上(如图)。
(4)滴定管怎样调整起始读数?
答案 在滴定管下放一烧杯,调节活塞,使尖嘴内充满溶液(如果尖嘴处有气泡应快速放液以赶走气泡,除去碱式滴定管胶管中气泡的方法如图),并使液面处于某一刻度,准确记录读数。
2.回答滴定过程中的有关问题。
(1)酸碱中和滴定的关键:
一是要准确测定反应的酸碱溶液的体积,这需要用精确度较高的实验仪器,并正确使用;二是要准确判断中和反应是否恰好完全反应,这需要选用合适的指示剂,并通过颜色变化来准确判断。
(2)是否能选用石蕊试液作为指示剂?
酸碱指示剂的选择和用量应注意什么?
答案
(1)酸碱中和滴定时一般选用的指示剂有酚酞和甲基橙,而不用石蕊,由于它变色范围大,且变色不灵敏。
石蕊的“红色→紫色”、“紫色→蓝色”的颜色变化不够明显,不利于及时、准确地作出酸碱是否恰好完全中和的判断。
最好在滴定终点时,指示剂应由浅变深,这样视觉灵敏,误差小。
(2)酸碱中和滴定时指示剂的选择
滴定种类
选用的
指示剂
达滴定终点
时颜色变化
指示剂
用量
强酸滴定强碱
甲基橙
黄色→橙色
2~3滴
酚酞
红色→无色
强碱滴定强酸
甲基橙
红色→橙色
酚酞
无色→粉红色
强酸滴定弱碱
甲基橙
黄色→橙色
强碱滴定弱酸
酚酞
无色→粉红色
3.怎样进行滴定操作?
答案
4.怎样判断滴定终点?
答案 当滴入最后一滴刚好使指示剂颜色发生明显变化,且半分钟内不恢复原来的颜色时,即为终点。
5.试根据以上问题概括酸、碱中和滴定的操作步骤。
答案
(1)“六字”概括:
洗→取→滴→读→记→算。
(2)“口诀”记忆:
酸式碱式莫混用,读数视线要水平;
充满尖嘴不留气,液面不要高于零;
适量滴加指示剂,初始读数要记清;
左手慢慢旋活塞,右手旋摇锥形瓶;
两眼紧盯待测液,颜色突变立即停;
记下刻度来计算,中和滴定操作完。
二、滴定曲线的绘制
1.向20.00mL0.1000mol·L-1HCl溶液中滴加0.1000mol·L-1NaOH溶液过程中pH变化如下表所示:
(注:
用计算器算pH)
V(NaOH)/mL
0.00
10.00
15.00
18.00
19.00
19.96
20.00
20.04
21.00
22.00
30.00
pH
1
1.48
1.85
2.28
2.59
4.00
7.00
10.39
11.39
11.68
12.30
2.根据表中所填数据绘制滴定曲线
答案
议一议
1.滴定终点与反应终点是否一致?
答案 不一致。
恰好中和=酸碱恰好完全反应≠溶液呈中性≠滴定终点。
2.反应终点与滴定终点的pH相差较大,为什么用中和滴定的方法还可以准确测定酸或碱的浓度?
答案 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(pH≈7)时,很少量(一滴,约0.05mL)的碱或酸就会引起溶液pH突变(如下图所示)。
一、酸碱中和滴定的误差分析
例1
在中和滴定操作过程中,有以下各项因操作不当而引起的实验误差,用“偏高”、“偏低”或“无影响”填空:
(1)滴定管用蒸馏水洗净后,未用已知浓度的标准溶液润洗,使滴定结果________。
(2)锥形瓶用蒸馏水洗净后,又用待测溶液润洗,使滴定结果________。
(3)滴定管(装标准溶液)在滴定前尖嘴处有气泡,滴定过程中气泡消失,使滴定结果________。
(4)滴定前平视,滴定终点俯视,使滴定结果________。
(5)用NaOH溶液滴定盐酸(酚酞作指示剂),当加入一滴NaOH溶液时溶液呈浅红色,此时便停止滴定,使滴定结果________。
(6)用含Na2O杂质的NaOH固体来配制已知浓度的标准溶液,用于滴定未知浓度的盐酸,使测得盐酸的浓度________。
(7)用含Na2CO3杂质的NaOH固体来配制已知浓度的标准溶液,用于滴定未知浓度的盐酸,使测得盐酸的浓度________。
(8)洗涤锥形瓶时,误把稀食盐水当作蒸馏水,然后用锥形瓶装待测的盐酸,用NaOH标准溶液滴定时,对测得的结果____________。
解析 中和滴定误差分析的依据是c待=
,若向待测溶液(置于锥形瓶)中滴加标准溶液(置于滴定管),则由V标来分析实验误差。
(1)滴定管装液前未用标准溶液润洗,会使标准溶液被冲稀,导致所耗V标偏大,使测定的c待偏高。
(2)锥形瓶装液前用待测溶液润洗,会使锥形瓶内待测的溶质增加,导致所耗V标偏大,使测定的c待偏高。
(3)气泡的体积计入了标准溶液,结果偏高。
(4)滴定终点俯视读数,将终点读数V2读小了,V标偏低因而c待偏低。
(5)终点判断提前(应保持半分钟不褪色),结果偏低。
(6)NaOH中含有Na2O,则标准溶液的浓度已经偏高(62gNa2O相当于80gNaOH),因而所需滴入的标准溶液的体积偏小,测得结果偏低。
(7)把标准溶液视为Na2CO3溶液,由于53gNa2CO3相当于40gNaOH,所以中和相同量的盐酸所需Na2CO3溶液的体积比NaOH溶液的体积大,使V标偏高,结果偏高。
(8)食盐水对结果无影响。
答案
(1)偏高
(2)偏高 (3)偏高 (4)偏低 (5)偏低 (6)偏低 (7)偏高 (8)无影响
题后归纳
酸酸中和滴定的误差分析
(1)分析依据
以盐酸标准液滴定NaOH溶液为例:
c(NaOH)=
,其中c(HCl)、V(NaOH)为定值,c(NaOH)的大小取决于V(HCl)的大小。
(2)常见误差分析
类 别
操 作
结果
来自滴
定管中
产生的
误差
滴定管用蒸馏水清洗后,未用标准液润洗
偏高
滴定管盛装待测液时,未用待测液润洗
偏低
盛标准液的滴定管滴定前有气泡,滴定后无气泡
偏高
盛标准液的滴定管滴定前无气泡,滴定后有气泡
偏低
盛待测液的滴定管滴定前有气泡,滴定后无气泡
偏低
盛待测液的滴定管滴定前无气泡,滴定后有气泡
偏高
来自锥
形瓶中
产生的
误差
锥形瓶用蒸馏水洗后又用待测液洗
偏高
锥形瓶未洗净,残留有与待测液中溶质反应的少量物质
偏低
待测液加水稀释
无影响
读数带
来的
误差
用滴定管
量取待测液
先俯视后仰视
偏低
先仰视后俯视
偏高
标准液
先俯视后仰视
偏高
先仰视后俯视
偏低
来自配
制标准
液产生
的误差
配制0.1mol·L-1的NaOH溶液500mL需要NaOH的质量为2.0g
NaOH已部分潮解
或称量时间过长
偏高
NaOH
中含有
杂质
杂质不与盐酸反应
偏高
所含杂质消耗1molHCl需质量大于40g(例如Na2CO3、
NaHCO3)
偏高
所含杂质消耗1molHCl需质量小于40g(例如Na2O)
偏低
游码有油污
偏低
特别提醒
仰视、俯视对酸酸中和滴定的影响
对于仰视、俯视所造成的读数误差,可以用画图的形式来理解和记忆。
如图是对量筒和滴定管进行仰视、俯视读数的模拟图。
其共同点在于:
俯视时液面位于读取刻度的下方;仰视时液面位于读取刻度的上方(记住“俯下仰上”)。
对于滴定管,仰视所读的值比平视大,俯视所读的值比平视小,而量筒则正好相反。
滴定终点时的错误读数所造成的误差可简记为“仰高俯低”(假定滴定前读数正确)。
变式训练1 用中和滴定法测定烧碱的纯度,若烧碱中不含有与酸反应的杂质,试根据实验回答:
(1)准确称取烧碱样品4.1g,所用的主要仪器是________________________。
(2)将样品配成250mL的待测液,需要的仪器有________________________。
(3)取10.00mL待测液,用________________量取注入__________中。
(4)用0.2010mol·L-1标准盐酸滴定待测烧碱溶液,滴定时左手__________________________,右手____________________,两眼注视__________________________,直到滴定终点。
(5)根据下列数据,计算待测烧碱溶液的浓度:
________。
滴定
次数
待测液
体积/mL
标准盐酸体积/mL
滴定前读数/mL
滴定后读数/mL
第一次
10.00
0.50
20.40
第二次
10.00
4.00
24.10
(6)根据上述数据,计算烧碱的纯度________。
(7)由于碱式滴定管调零时仰视读数,使计算出的烧碱溶液浓度与实际浓度比较________(填字母)。
A.偏高B.准确
C.偏低D.可能偏高或偏低
答案
(1)药匙、托盘天平、小烧杯
(2)小烧杯、玻璃棒、250mL容量瓶、胶头滴管
(3)碱式滴定管(或移液管) 锥形瓶
(4)旋转酸式滴定管的玻璃活塞 摇动锥形瓶 锥形瓶中溶液颜色的变化
(5)0.4020mol·L-1 (6)98% (7)A
解析
(1)取用固体时用到药匙;称量固体时用到托盘天平,由于NaOH具有强的腐蚀性和吸水性,称量时不能直接放到滤纸上,要放到小烧杯中称量。
(2)将样品配成250mL的待测液的过程,就是配制一定物质的量浓度的溶液,需要的仪器有小烧杯、玻璃棒、250mL容量瓶、胶头滴管。
(3)取10.00mL待测液,可用碱式滴定管来量取,也可使用移液管来量取,应将待测液注入锥形瓶中。
(4)滴定过程中,滴定时左手旋转酸式滴定管的玻璃活塞,右手不停地摇动锥形瓶,两眼注视锥形瓶中溶液颜色的变化,直到滴定终点。
(5)V(NaOH)=10.00mL,V(HCl)
=
=20.00mL,根据c(NaOH)·V(NaOH)=c(HCl)·V(HCl),则:
c(NaOH)=0.4020mol·L-1。
(6)样品中m(NaOH)=0.4020mol·L-1×0.250L×40g·mol-1=4.02g,则烧碱的纯度为
×100%≈98%。
(7)读碱式滴定管开始刻度时仰视,使V(NaOH)=(V2-V1)的值偏小,实际取用的V(NaOH)偏大,耗用的V(HCl)增多,使计算出的烧碱溶液浓度偏高。
二、酸碱中和滴定的迁移应用——氧化还原反应滴定
例2
市场上销售的某种食用精制盐的配料是食盐、碘酸钾、抗结剂,碘含量(以碘计)是20~50mg·kg-1。
已知:
I2+2S2O
===2I-+S4O
。
某学生测定食用精制盐的碘含量,其步骤为
a.准确称取Wg食盐,加适量蒸馏水使其完全溶解;
b.向用稀硫酸酸化所得溶液中加入足量KI溶液,使KIO3与KI反应完全;
c.以淀粉溶液为指示剂,逐滴加入物质的量浓度为2.0×10-3mol·L-1的Na2S2O3溶液10.00mL,恰好反应完全。
填写下列空白:
(1)判断c中恰好反应完全的依据是________________________________________
________________________。
(2)b中反应所产生的I2的物质的量是________mol。
(3)根据以上实验,所测精制盐的碘含量是__________mg·kg-1(用含W的代数式表示)。
解析 I2的淀粉溶液呈蓝色,向其中逐滴加入Na2S2O3溶液,随着I2的消耗,溶液蓝色逐渐变浅,当加入一滴Na2S2O3溶液使蓝色恰好褪去且半分钟内不变色时,Na2S2O3与I2恰好反应完全,达到滴定终点,可依据Na2S2O3与I2的反应及KIO3与KI的反应计算I2的物质的量和精制盐的碘含量。
由I2+2S2O
===2I-+S4O
得:
n(I2)=2.0×10-3mol·L-1×
×
=1.0×10-5mol。
由5KI+KIO3+3H2SO4===3K2SO4+3I2+3H2O得:
n(KIO3)=
×1.0×10-5mol。
故精制食盐中碘含量为
≈
mg·kg-1。
答案
(1)溶液由蓝色恰好变为无色且半分钟内不恢复
(2)1.0×10-5 (3)
题后归纳
氧化还原反应滴定
(1)氧化还原反应指示剂的选择
用KMnO4溶液滴定H2C2O4溶液或Fe2+溶液时,不需另加指示剂,KMnO4溶液自身就是指示剂。
用Na2S2O3溶液滴定含I2的溶液时,以淀粉为指示剂。
(2)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、得失电子守恒等规律列等式进行计算。
变式训练2 某工厂废水中含游离态氯(即含有氯分子Cl2),通过下列实验测定其浓度:
①取废水样10.0mL于锥形瓶中,加入10.0mLKI溶液(足量),滴入指示剂2~3滴。
②取一滴定管依次用自来水、蒸馏水洗净,然后注入0.01mol·L-1的Na2S2O3标准液,调整液面,记下读数。
③将锥形瓶置于滴定管下进行滴定,发生的反应为I2+2Na2S2O3===2NaI+Na2S4O6(Na2S4O6溶液为无色)。
试回答下列问题:
(1)步骤①加入的指示剂是____________。
(2)步骤①反应的离子方程式是___________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)步骤③当待测液由________色变为________色且30s不再变化即达终点,若耗去Na2S2O3溶液20.00mL,则废水中Cl2的物质的量浓度为________________。
(4)按照上述实验操作,最后会导致所测得的Cl2的物质的量浓度比实际浓度__________(填“偏大”、“偏小”或“相等”)。
(5)若读Na2S2O3溶液的体积不规范,没有平视,滴定前仰视,滴定后又俯视,最后会导致所测得的Cl2的物质的量浓度会比实际浓度__________(填“偏大”、“偏小”或“相等”)。
答案
(1)淀粉溶液
(2)Cl2+2I-===I2+2Cl-
(3)蓝 无 0.01mol·L-1 (4)偏大 (5)偏小
解析 ①中由于Cl2把I-氧化成I2、淀粉遇I2变蓝,所以应加入淀粉溶液作指示剂,离子方程式为Cl2+2I-===I2+2Cl-。
(3)根据I2+2Na2S2O3===2NaI+Na2S4O6可知,当蓝色变为无色且半分钟内不变色时即达滴定终点。
根据关系式:
Cl2 ~I2 ~ 2Na2S2O3
20.00×10-3L×0.01mol·L-1
1.000×10-4mol=2.000×10-4mol
所以c(Cl2)=
=0.01mol·L-1。
(4)由于没有润洗滴定管,造成Na2S2O3溶液的浓度偏小,所耗Na2S2O3溶液的体积偏大,所得Cl2的浓度偏大。
(5)由于读出的Na2S2O3溶液的体积偏小,造成计算所得Cl2的浓度偏小。
1.酸碱恰好完全中和时( )
A.酸与碱的物质的量一定相等
B.溶液呈现中性
C.酸与碱的物质的量浓度相等
D.酸所能提供的H+与碱所能提供的OH-的物质的量相等
答案 D
解析 根据酸碱中和反应的实质可知,酸碱恰好完全中和时,酸所能提供的H+与碱所能提供的OH-的物质的量相等。
2.现用0.10mol·L-1HCl溶液滴定10mL0.05mol·L-1NaOH溶液,若酸式滴定管未润洗,达到终点时所用盐酸的体积应是( )
A.10mLB.5mL
C.大于5mLD.小于5mL
答案 C
解析 用0.10mol·L-1HCl溶液滴定10mL0.05mol·L-1NaOH溶液正好需5mLHCl溶液。
现盐酸被稀释,其浓度小于0.10mol·L-1,故中和NaOH所需盐酸的体积大于5mL。
3.用已知浓度的NaOH溶液测定某H2SO4溶液的浓度,所选用的滴定管如图所示。
从下表中选出正确的选项( )
锥形瓶中溶液
滴定管中溶液
选用指示剂
选用滴定管
A
碱
酸
石蕊
乙
B
酸
碱
酚酞
甲
C
碱
酸
甲基橙
乙
D
酸
碱
酚酞
乙
答案 D
解析 此题考察中和滴定的一部分操作和滴定管结构,甲为酸式滴定管,乙为碱式滴定管;若锥形瓶装入一定体积NaOH溶液(标准液),则滴定管内装H2SO4溶液,选用甲。
若锥形瓶中装入一定体积H2SO4溶液(待测液),则滴定管内装NaOH溶液,选用乙。
4.下图是用一定物质的量浓度的NaOH溶液滴定10mL一定物质的量浓度的盐酸的滴定图像,依据图像推出盐酸和NaOH溶液的物质的量浓度是下表内各组中的( )
选项
溶液
A
B
C
D
c(HCl)/mol·L-1
0.12
0.04
0.03
0.09
c(NaOH)/mol·L-1
0.04
0.12
0.09
0.03
答案 D
解析 由图像可知,30mLNaOH溶液恰好中和10mL盐酸,则3c(NaOH)=c(HCl),表中A、D组属此种情况,但A组中c(HCl)=0.12mol·L-1,c(H+)=0.12mol·L-1,pH<1,不符合图像;D组中c(HCl)=0.09mol·L-1,pH>1,加入20mLNaOH后溶液的c(H+)=
=1×10-2mol·L-1,pH=-lg(1×10-2)=2,正好符合题意。
[基础过关]
一、滴定管的使用
1.准确量取25.00mL酸性高锰酸钾溶液,可选用的仪器是( )
A.500mL量筒B.10mL量筒
C.50mL酸式滴定管D.50mL碱式滴定管
答案 C
解析 准确量取25.00mL液体,要用滴定管,而酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性,可用酸式滴定管。
2.有一支50mL酸式滴定管,其中盛有溶液,液面恰好在10.00mL刻度处,把滴定管中的溶液全部流下排出,盛接在量筒中,量筒内溶液的体积是( )
A.大于40.00mLB.40.00mL
C.大于10.00mLD.10.00mL
答案 A
解析 滴定管的“0”刻度在上,满刻度在下(量筒的刻度与此相反),满刻度以下还有一段空间没有刻度,因此,将装到10.00mL刻度处的溶液全部放出,除有10.00mL刻度处到50.00mL刻度处之间的40.00mL溶液放出外,还有满刻度以下的溶液也一并放出,其总量超过40.00mL。
3.
某学生用碱式滴定管量取0.1mol·L-1的NaOH溶液,开始时仰视液面读数为1.00mL,取出部分溶液后,俯视液面,读数为11.00mL,该同学在操作中实际取出的液体体积为( )
A.大于10.00mLB.小于10.00mL
C.等于10.00mLD.等于11.00mL
答案 A
解析 滴定管的“0”刻度在上,量取NaOH溶液,开始时仰视液面使读数偏大,取出部