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高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 水的电离和溶液的pH教学演示课件ppt
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二节 水的电离和溶液的pH教学演示课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了已知浓度，的酸或碱，未知浓度的碱或酸，主要仪器及使用，2滴定，不恢复，二至三，浅红色，酸或碱的量，1滴定前的准备等内容，欢迎下载使用。
一、酸碱中和滴定的原理与主要仪器1.原理(1)含义:酸碱中和滴定是依据_____反应,用____________________来测定___________________的方法。
(2)原理中和反应中酸提供的H+与碱提供的OH-的物质的量相等。即c(H+)·V酸=c(OH-)·V碱c(H+)= 或c(OH-)= 。
(2)滴定管的结构及使用方法
【微思考】 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吗?提示:大于25 mL。尖嘴部分无刻度。
【情境思考】生活中有很多橡胶制品,橡胶老化是常见的现象,氧化作用是橡胶老化的重要原因之一,如臭氧具有强氧化性能使橡胶分子的分子链发生断裂或过度交联,引起橡胶性能的改变。
根据滴定管的结构特点,结合上述描述及所学化学知识,分析酸式滴定管和碱式滴定管分别可以盛放什么性质的溶液?提示:酸式滴定管盛放酸性、氧化性溶液,碱式滴定管盛放碱性溶液,原因:氧化性物质易腐蚀橡胶管,碱性物质易腐蚀玻璃旋塞,使其无法打开。
二、酸碱中和滴定操作1.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①滴定管:查漏→洗涤→润洗→装液→调液面→记录。②锥形瓶:注碱液→记体积→加指示剂。
(3)终点判断等到滴入最后一滴标准液,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_______次,求出用去标准盐酸体积的平均值,根据c(NaOH)=______________计算。
2.常用酸碱指示剂及变色范围
【巧判断】(1)用已知浓度的盐酸滴定未知浓度的氨水时应选择酚酞作指示剂。( )提示:×。应选用甲基橙作指示剂。
(2)用标准浓度的盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液时,蒸馏水洗涤后,应该再用NaOH溶液润洗锥形瓶。( )提示:×。蒸馏水洗涤后,不必再用NaOH溶液润洗锥形瓶,否则会使测定结果偏高。
3.酸碱滴定曲线以滴加_____________为横坐标,以溶液___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。如图所示为用0.100 0 ml·L-1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.100 0 ml·L-1 HCl溶液过程中的pH变化曲线。
由曲线可以看出,在酸、碱中和滴定过程中,溶液的pH在接近滴定终点时有一个突变过程,在此范围内,滴加很少的酸(或碱),溶液的pH就有很大的变化,能使指示剂的颜色变化明显,有利于确定滴定终点。
【情境思考】最早发现酸碱指示剂的是英国著名化学家——罗伯特·波义耳。酸碱指示剂的变色原理是它们在溶液中能够部分电离成指示剂的离子和氢离子(或氢氧根离子),这些指示剂由于结构的原因,其结构上的变化使得其分子和离子具有不同的颜色。
已知氢氧化钠溶液与醋酸恰好中和时溶液显碱性,盐酸与氨水恰好中和时溶液显酸性,若进行这两种反应的酸碱中和滴定实验,依据上述各种指示剂的变色范围判断应该选择哪种指示剂好?
提示:分别选择酚酞和甲基橙。达到滴定终点时,溶液显碱性应选择碱性变色指示剂(酚酞),溶液显酸性应选择酸性变色指示剂(甲基橙)。
知识点一 酸碱中和滴定实验【重点释疑】1.滴定操作步骤以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例。
(2)滴定:放出一定体积的氢氧化钠溶液于洗净的锥形瓶中,滴加2～3滴酚酞试液,用标准盐酸开始滴定。左手:控制活塞,逐滴加入标准液,先快后慢。右手:摇动锥形瓶。眼睛:注视锥形瓶内溶液颜色变化,即到终点,记录末读数。
2.数据处理为减小误差,滴定时,要求重复实验2～3次,求平均值。将测得的实验数据代入中和滴定计算公式计算。
3.滴定终点判断答题模板
【易错提醒】酸碱中和滴定实验注意事项(1)选用精确度为0.01 mL的滴定管来量取液体。(2)酸式滴定管盛放酸性试剂或者强氧化性试剂(如高锰酸钾溶液);碱式滴定管盛放碱性试剂。(3)强酸与强碱相互滴定时,既可选用甲基橙,也可选用酚酞作指示剂。
(4)石蕊颜色变化不明显,变色范围宽,一般不用作中和滴定的指示剂。 (5)强酸与弱碱相互滴定时,应选用甲基橙。强碱与弱酸相互滴定时,应选用酚酞。(6)当滴入最后一滴标准液,指示剂发生颜色变化,必须保证半分钟内不恢复原来的颜色,才是滴定的终点。
【思考·讨论】(1)酸碱恰好完全反应的点与滴定终点是否相同? 提示: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,二者不相同。酸碱恰好完全反应的点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。
(2)在酸碱中和滴定实验中,标准液的浓度是越大越好还是越小越好? 提示:标准液的浓度一般为0.100 0 ml·L-1为宜。浓度太大,易引起较大误差;浓度太小,所需标准液体积太大,不易操作。
(3)用盐酸滴定氨水(氯化铵溶液显酸性),选什么作指示剂?怎样描述滴定终点? 提示:可选择甲基橙作指示剂。滴入最后一滴盐酸时,溶液由黄色变为橙色,且半分钟内颜色不再变化,则达到滴定终点。
【案例示范】【典例】(2020·咸阳高二检测)某学生欲用已知物质的量浓度的盐酸来滴定未知物质的量浓度的氢氧化钠溶液时,选择酚酞作指示剂。请填写下列空白:(1)用标准的盐酸滴定待测的氢氧化钠溶液时,左手把握酸式滴定管的活塞,右手摇动锥形瓶,眼睛注视_______________。直到因加入一滴盐酸后,溶液由红色变为无色,并且____________为止。
(2)若滴定开始和结束时,酸式滴定管中的液面如图所示:则起始读数为____________ mL,终点读数为____________ mL。
(3)某学生根据三次实验分别记录有关数据如下:
请选用其中合理的数据列式计算该氢氧化钠溶液的物质的量浓度:c(NaOH)=_______________。
(4)达到滴定终点时酸碱_______________恰好反应(填“是”或“不是”),若不是,则应是_______________稍微过量;若溶液由红色褪至无色停止滴定,测得NaOH溶液的物质的量浓度可能_________(填“偏高”“偏低”或“无误差”)。
【解题指南】解答本题,要明确如下4点:(1)酸碱中和滴定的操作步骤、仪器。(2)滴定管的使用方法和注意事项。(3)指示剂的选择依据和滴定终点的判断方法。(4)实验误差的分析原理。
【解析】(1)滴定时眼睛要时刻注视锥形瓶内液体的颜色变化,以便及时、准确判断终点。为防止过早或过晚判断终点,造成较大误差,必须待半分钟内不恢复红色为准。(2)读数时视线要与凹液面水平相切,另外,滴定管的精确度可以达到0.01 mL,读数时要自上而下读出刻度,如最后的读数不能由下而上读为27.90,应读为26.10。
(3)在进行数据处理时,要注意有效可用的数相差不到0.20 mL,否则如第二次的测量结果,和其他两次差别较大,说明该次操作误差较大,该结果不可信,因此,计算时,酸溶液的体积应为第一、三次的平均值。而后代入计算即可得出c(NaOH)的值。
(4)滴定终点和酸碱恰好反应是不同的两个概念,前者指的是操作停止的一点,不是酸碱恰好完全反应,而是某一溶液稍微过量(不到一滴),作为滴定操作来说,可忽略不计。没有反滴一滴标准溶液,这时溶液中也可能盐酸过量很多,溶液也是无色,所以测得溶液的物质的量浓度有可能偏高。
答案:(1)锥形瓶内溶液颜色的变化 半分钟内不恢复红色 (2)0.00 26.10 (3)0.104 4 ml·L-1 (4)不是 NaOH溶液 偏高
【母题追问】(1)若将上题的滴加颠倒,判断达到滴定终点的依据是什么?提示:滴入最后一滴待测的氢氧化钠溶液,锥形瓶中溶液由无色变为红色,且半分钟内不褪色,达到滴定终点。
(2)若上题(2)中,终点读数时仰视,读的数据偏大还是偏小?测得氢氧化钠溶液的浓度将如何变化?提示:滴定管的“0”刻度在上端,终点读数时仰视,读的数据偏大,则测得的盐酸的体积偏大,则氢氧化钠溶液的浓度偏大。
【规律总结】指示剂的选择与颜色变化
【迁移·应用】(2020·长春高二检测)用中和滴定法测定某烧碱样品的纯度,试根据实验回答下列问题:(1)准确称量8.2 g含有少量中性易溶杂质的样品,配成500 mL待测溶液。称量时,样品可放在__________(填字母)称量。 A.小烧杯中 B.洁净纸片上 C.托盘上
(2)滴定时,用0.200 0 ml·L-1的盐酸来滴定待测溶液,不可选用____________(填字母)作指示剂。 A.甲基橙 B.石蕊 C.酚酞 D.甲基红(3)滴定过程中,眼睛应注视___________________; 在铁架台上垫一张白纸,其目的是_______________。
(4)根据下表数据,计算被测烧碱溶液的物质的量浓度是_________ml·L-1,烧碱样品的纯度是_________。
【解析】(1)称量氢氧化钠等易潮解、腐蚀性强的试剂时,样品应放在小烧杯中;(2)酸碱中和滴定时,一般应选甲基橙、酚酞、甲基红等颜色变化较明显的指示剂,石蕊在酸或碱溶液中颜色变化不明显,易造成误差;(3)为准确判断滴定终点,眼睛应注视锥形瓶内溶液颜色变化,且在铁架台上垫一张白纸;(4)平均标准盐酸体
积V(HCl)= =20.00 mL,然后根据c(NaOH)= ,解得c(NaOH)=0.400 0 ml·L-1,w(NaOH)= ×100%≈97.56%。
答案:(1)A (2)B (3)锥形瓶内溶液颜色的变化 便于观察锥形瓶内液体颜色的变化,减小滴定误差(4)0.400 0 97.56%
【补偿训练】1.(2020·南昌高二检测)某学生用碱式滴定管量取0.1 ml·L-1的NaOH溶液,开始时仰视液面读数为1.00 mL,取出部分溶液后,俯视液面,读数为11.00 mL,该同学在操作中实际取出的液体体积( )A.大于10.00 mL B.小于10.00 mL C.等于10.00 mLD.等于11.00 mL
【解析】选A。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,取出部分溶液后,俯视液面使读数偏小,滴定前后读数差值为10.00 mL,但实际取出的液体体积大于10.00 mL。
2.滴定实验时,必须要按以下要求做的是( )A.锥形瓶用蒸馏水洗净后要烘干B.酸式或碱式滴定管用水洗净后用相应溶液润洗C.待测液一定要放在锥形瓶中,标准液一定要放在滴定管中D.滴定前读数要求精确,凹液面的最低点在平视时必须在“0”刻度或“0”刻度以上的某一刻度上
【解析】选B。滴定前锥形瓶用蒸馏水洗净后无须干燥,其中的蒸馏水不计入加入试剂的体积,也就不影响滴定结果,故A项不符合题意;酸式或碱式滴定管用水洗净后一定要用相应待装溶液润洗,否则会稀释溶液,B项符合题意;待测液和标准液都可以放在锥形瓶中,盛放在锥形瓶中的溶液其体积为已知量,故C项不符合题意;滴定前,滴定管中液体的凹液面在“0”刻度或“0”刻度以
下的某一刻度,“0”刻度以上没有刻度,故D项不符合题意。
3.(2020·海口高二检测)某学生中和滴定实验过程为a.取碱式滴定管;b.用蒸馏水洗净;c.立即加入待测的NaOH溶液;d.记录液面刻度读数;e.用酸式滴定管精确放出一定量标准酸液加入只用蒸馏水洗涤过的锥形瓶中;
f.向锥形瓶中加入适量蒸馏水;g.加入酚酞试液2滴;h.滴定时边摇动锥形瓶;i.边注视滴定管内液面变化;j.当滴到溶液由无色变到粉红色时,立即停止滴定;k.记录液面刻度读数;
m.根据重复两次滴定求算出消耗NaOH溶液体积平均值为22 mL。上述实验过程中错误之处有( )A.c、d、f、j、kB.c、i、j、mC.e、f、i、mD.c、e、f、i、j、m
【解析】选B。滴定管要用待盛液润洗,c错误;滴定时注视锥形瓶中溶液颜色的变化,i错误;当滴到溶液由无色变到粉红色,且半分钟内不褪色,停止滴定,j错误;滴定管内液体读数为22.00 mL,m错误。
【素养提升】食用白醋中醋酸含量在30～50 mg·mL-1,某食品检验机构,现使用酸碱中和滴定法测定某品牌白醋的总酸量是否合格。
Ⅰ.实验步骤:(1)量取10.00 mL食用白醋,在烧杯中用水稀释后转移到100 mL____________(填仪器名称)中定容,摇匀即得待测白醋溶液。 (2)用酸式滴定管取待测白醋溶液20.00 mL于锥形瓶中,向其中滴加2滴____________作指示剂。
(3)读取盛装0.100 0 ml·L-1 NaOH溶液的碱式滴定管的初始读数。如果液面位置如图所示,则此时的读数为____________ mL。
(4)滴定。滴定终点的现象是_____________________________________________________________。
Ⅲ.数据处理:某检测员在处理数据时计算得:平均消耗的NaOH溶液的体积V=(15.95+15.00+15.05+14.95)× mL=15.24 mL。指出他的计算的不合理之处:_______________。 该品牌白醋是否合格?_____________________。 该白醋的总酸度为____________g·mL-1。
【解析】Ⅰ.(2)强碱滴定弱酸时,指示剂应选酚酞试液。Ⅲ.V=(15.00 mL+15.05 mL+14.95 mL)× =15.00 mLn(CH3COOH)=15.00 mL×10-3 L·mL-1×0.100 0 ml·L-1=1.500×10-3 ml总酸度为 mg·mL-1= 45 mg·mL-1,合格。
答案:Ⅰ.(1)容量瓶 (2)酚酞试液 (3)0.70(4)溶液由无色恰好变为浅红色,并在半分钟内不变色Ⅲ.第一组数据与后三组数据相差较大,属于异常值,应舍去 合格 45
知识点二 酸碱中和滴定误差分析【重点释疑】1.误差分析依据:分析误差要根据计算式:c待测= 当用标准液滴定待测液时,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.误差分析:(以NaOH标准溶液滴定一定体积的待测HCl为例)
【规律方法】滴定管读数引起误差的分析方法
【思考·讨论】用标准的NaOH溶液滴定未知浓度的盐酸(放锥形瓶中),选用甲基橙作为指示剂。(1)配制标准溶液的NaOH中混有Na2CO3杂质,会对测定结果产生什么影响?提示:偏高。相同质量的NaOH比Na2CO3消耗HCl要多。
(2)以溶液颜色由红色变为橙色为滴定终点,会对测定结果产生什么影响?提示:由红色变为橙色还没有达到滴定终点,若此时读数会使测定结果偏低。
【案例示范】【典例】(2020·威海高二检测)用酚酞作指示剂,以0.100 ml·L-1的NaOH溶液测定锥形瓶中一定体积的盐酸的物质的量浓度。下列操作将导致测定值高于实际值的是( )A.标准液在“0”刻度线以上,未予调整就开始滴定B.滴定过程中振荡时,锥形瓶中有液滴溅出
C.观察记录滴定管内液面刻度时滴定前俯视,滴定后仰视D.酚酞指示剂由无色变为红色时立即停止滴定
【思维建模】解答有中和滴定问题的思维流程如下:
【解析】选C。由c(HCl)= 可知:标准液在“0”刻度线以上,未予调整就开始滴定,导致NaOH溶液读数偏低,测定值偏低,A错;锥形瓶中液滴溅出,导致待测盐酸体积减小,V(NaOH)偏小,测定值偏低,B错;碱式滴定管内滴定前俯视,读数偏小,滴定后仰视,读数偏大,V(NaOH)偏大,测定值偏高,C正确;酚酞指示剂由无色变为红色时立即停止滴定,可能HCl并未完全反应,V(NaOH)偏小,测定值偏低,D错。
【母题追问】(1)上题C项中若“滴定前仰视,滴定后俯视”,则滴定结果如何?提示:偏低。滴定前仰视,读数偏大,滴定后俯视,读数偏小,V(NaOH)偏小,测定值偏低。(2)若将酚酞换为甲基橙,对测定结果有无影响?提示:没有。强酸与强碱的滴定,酚酞、甲基橙作指示剂都可以。
【规律方法】 读数误差的画图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。
【迁移·应用】使用酸碱中和滴定的方法,用0.01 ml·L-1盐酸滴定锥形瓶中未知浓度的NaOH溶液,下列操作会使测定结果偏高的是( )①用量筒量取浓盐酸配制0.01 ml·L-1稀盐酸时,量筒用蒸馏水洗净后未经干燥直接量取浓盐酸 ②配制稀盐酸定容时,俯视容量瓶刻度线 ③滴定结束时,读数
后发现滴定管下端尖嘴处悬挂有一滴液滴 ④滴定过程中用少量蒸馏水将锥形瓶内壁附着的盐酸冲下A.①③ B.②④ C.②③④ D.①②③④ 【解析】选A。①未干燥,相当于稀释盐酸,滴定时将消耗盐酸偏多,使结果偏高,③滴定管下端尖嘴处悬挂有一滴盐酸,相当于消耗盐酸偏多,使结果偏高。
【补偿训练】1.下列实验操作不会引起误差的是( )A.酸碱中和滴定时,用待测液润洗锥形瓶B.酸碱中和滴定时,用冲洗干净的滴定管盛装标准溶液C.锥形瓶洗净后未干燥D.用标准盐酸测定未知浓度NaOH溶液结束实验时,酸式滴定管尖嘴部分有气泡,开始实验时无气泡
【解析】选C。A锥形瓶一定不要用待测液润洗,否则使待测液的量偏大,消耗标准液的体积偏大从而使所测浓度偏大。B冲洗干净的滴定管无论是盛装标准溶液,还是量取待测溶液,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比原来溶液的浓度偏小,影响结果。C锥形瓶洗净后未干燥,酸和碱的物质的量没有改变,对滴定结果无影响。D中开始实验时酸式滴定管
中无气泡,结束实验时有气泡,会导致所读取的V(HCl)偏小,依据V(HCl)·c(HCl)=V(NaOH)·c(NaOH),所测的c(NaOH)偏小。
2.用标准盐酸滴定待测浓度的碱溶液时,下列操作中会引起碱溶液浓度的测定值偏小的是( )A.滴定前俯视读数B.酸式滴定管装液后尖嘴部位无气泡,滴定后出现气泡C.锥形瓶用蒸馏水冲洗后再用待测液润洗D.锥形瓶用蒸馏水冲洗后未用待测液润洗
【解析】选B。A项,滴定前俯视读数,读数偏小,造成测定值偏大;C项,用待测的碱溶液润洗锥形瓶,造成测定值偏大;D项,不影响测定结果。
3.称取一定质量的NaOH来测定未知浓度的盐酸时(NaOH放在锥形瓶内,盐酸放在滴定管中)。用A.偏高;B.偏低;C.无影响;D.无法判断,填写下列各项操作会给实验造成的误差。(1)称量固体NaOH时,未调节天平的零点____________。
(2)将NaOH放入锥形瓶中加水溶解时,加入水的体积不准确____________。 (3)滴定管装入盐酸前未用盐酸润洗____________。 (4)开始滴定时,滴定管尖端处有气泡,滴定完毕排出气泡____________。 (5)滴定前未将液面调至刻度线“0”或“0”以下,结束时初读数按0计算____________。
(6)在滴定过程中活塞处漏液____________。 (7)摇动锥形瓶时,因用力过猛,使少量溶液溅出____________。 (8)滴定前读数时仰视,滴定完毕读数时俯视____________。
【解析】(1)称量固体NaOH时,未调节天平零点,不能确定称量结果是偏大还是偏小,故选D。(2)锥形瓶内是否含水或加多少水并不影响NaOH与盐酸的中和反应。(3)滴定管中装盐酸前未润洗相当于将待测液稀释,导致测定结果偏低。
(4)滴定前有气泡,滴定后无气泡,相当于待测液比实际用量多了,导致结果偏低。 (5)读出的数据比实际值小,导致结果偏高。(6)滴定过程中漏液使读出的待测液的体积比实际消耗量多,导致结果偏低。
(7)摇动锥形瓶时,用力过猛,使少量液体溅出,致使一部分NaOH未被中和,消耗待测液体积减小,使测定结果偏高。(8)读出的数据比实际值偏小,使结果偏高。 答案:(1)D (2)C (3)B (4)B(5)A (6)B (7)A (8)A
【素养提升】水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下:
Ⅰ.取样、氧的固定用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合,反应生成MnO(OH)2,实现氧的固定,化学方程式为O2+2Mn(OH)2 ==== 2MnO(OH)2。
Ⅱ.酸化、滴定将固氧后的水样酸化,MnO(OH)2被I-还原为Mn2+,在暗处静置5 min,然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2 +I2 ==== 2I-+S4 )。
回答下列问题:(1)取水样时应尽量避免扰动水体表面,这样操作的主要目的是 _______________________________________________________________________________。 (2)Na2S2O3溶液不稳定,使用前需标定。配制该溶液时蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用,其目的是杀菌、除____________及二氧化碳。
(3)取100.00 mL水样经固氧、酸化后,用a ml·L-1Na2S2O3溶液滴定,以淀粉溶液作指示剂,终点现象为____________________________________________;若消耗Na2S2O3溶液的体积为b mL,则水样中溶解氧的含量为____________mg·L-1。 (4)上述滴定完成时,若滴定管尖嘴处留有气泡会导致测定结果偏____________(填“高”或“低”)。
【解析】(1)取水样时避免扰动水体表面,这样能保证所取水样中溶解氧量与水体中实际溶解氧量基本相同,以减小实验误差。(2)配制Na2S2O3溶液时所用蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用,这样能除去水中溶解的氧气和CO2,且能杀菌。(3)根据Ⅱ可知MnO(OH)2能将水样中的I-氧化为I2,滴定过程中用淀粉溶液作指示剂,在滴定终点前淀粉遇I2变蓝,达到滴定终点时,I2完全被消
耗,溶液蓝色刚好褪去。根据关系式O2～2MnO(OH)2～2I2～4Na2S2O3,结合消耗n(Na2S2O3)=a ml·L-1×b×10-3 L=ab×10-3 ml,可求出100.00 mL水样中溶解氧的质量为 ab×10-3 ml×32 g·ml-1=8ab×10-3 g=8ab mg,则该水样中溶解氧的含量为8ab mg÷0.100 00 L=80ab mg·L-1。(4)滴定完成时,滴定管尖嘴处留有气泡,会导致读取的Na2S2O3标准液体
积偏小,根据关系式O2～4Na2S2O3,可知测定的溶解氧的含量偏低。
答案:(1)使测定值与水体中的实际值保持一致,避免产生误差(2)氧气(3)当滴入最后一滴标准液时,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内无变化 80ab(4)低
一、酸碱中和滴定的原理与主要仪器1.原理(1)含义:酸碱中和滴定是依据_____反应,用____________________来测定___________________的方法。
(2)原理中和反应中酸提供的H+与碱提供的OH-的物质的量相等。即c(H+)·V酸=c(OH-)·V碱c(H+)= 或c(OH-)= 。
(2)滴定管的结构及使用方法
【微思考】 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吗?提示:大于25 mL。尖嘴部分无刻度。
【情境思考】生活中有很多橡胶制品,橡胶老化是常见的现象,氧化作用是橡胶老化的重要原因之一,如臭氧具有强氧化性能使橡胶分子的分子链发生断裂或过度交联,引起橡胶性能的改变。
根据滴定管的结构特点,结合上述描述及所学化学知识,分析酸式滴定管和碱式滴定管分别可以盛放什么性质的溶液?提示:酸式滴定管盛放酸性、氧化性溶液,碱式滴定管盛放碱性溶液,原因:氧化性物质易腐蚀橡胶管,碱性物质易腐蚀玻璃旋塞,使其无法打开。
二、酸碱中和滴定操作1.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①滴定管:查漏→洗涤→润洗→装液→调液面→记录。②锥形瓶:注碱液→记体积→加指示剂。
(3)终点判断等到滴入最后一滴标准液,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_______次,求出用去标准盐酸体积的平均值,根据c(NaOH)=______________计算。
2.常用酸碱指示剂及变色范围
【巧判断】(1)用已知浓度的盐酸滴定未知浓度的氨水时应选择酚酞作指示剂。( )提示:×。应选用甲基橙作指示剂。
(2)用标准浓度的盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液时,蒸馏水洗涤后,应该再用NaOH溶液润洗锥形瓶。( )提示:×。蒸馏水洗涤后,不必再用NaOH溶液润洗锥形瓶,否则会使测定结果偏高。
3.酸碱滴定曲线以滴加_____________为横坐标,以溶液___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。如图所示为用0.100 0 ml·L-1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.100 0 ml·L-1 HCl溶液过程中的pH变化曲线。
由曲线可以看出,在酸、碱中和滴定过程中,溶液的pH在接近滴定终点时有一个突变过程,在此范围内,滴加很少的酸(或碱),溶液的pH就有很大的变化,能使指示剂的颜色变化明显,有利于确定滴定终点。
【情境思考】最早发现酸碱指示剂的是英国著名化学家——罗伯特·波义耳。酸碱指示剂的变色原理是它们在溶液中能够部分电离成指示剂的离子和氢离子(或氢氧根离子),这些指示剂由于结构的原因,其结构上的变化使得其分子和离子具有不同的颜色。
已知氢氧化钠溶液与醋酸恰好中和时溶液显碱性,盐酸与氨水恰好中和时溶液显酸性,若进行这两种反应的酸碱中和滴定实验,依据上述各种指示剂的变色范围判断应该选择哪种指示剂好?
提示:分别选择酚酞和甲基橙。达到滴定终点时,溶液显碱性应选择碱性变色指示剂(酚酞),溶液显酸性应选择酸性变色指示剂(甲基橙)。
知识点一 酸碱中和滴定实验【重点释疑】1.滴定操作步骤以标准盐酸滴定待测NaOH溶液为例。
(2)滴定:放出一定体积的氢氧化钠溶液于洗净的锥形瓶中,滴加2～3滴酚酞试液,用标准盐酸开始滴定。左手:控制活塞,逐滴加入标准液,先快后慢。右手:摇动锥形瓶。眼睛:注视锥形瓶内溶液颜色变化,即到终点,记录末读数。
2.数据处理为减小误差,滴定时,要求重复实验2～3次,求平均值。将测得的实验数据代入中和滴定计算公式计算。
3.滴定终点判断答题模板
【易错提醒】酸碱中和滴定实验注意事项(1)选用精确度为0.01 mL的滴定管来量取液体。(2)酸式滴定管盛放酸性试剂或者强氧化性试剂(如高锰酸钾溶液);碱式滴定管盛放碱性试剂。(3)强酸与强碱相互滴定时,既可选用甲基橙,也可选用酚酞作指示剂。
(4)石蕊颜色变化不明显,变色范围宽,一般不用作中和滴定的指示剂。 (5)强酸与弱碱相互滴定时,应选用甲基橙。强碱与弱酸相互滴定时,应选用酚酞。(6)当滴入最后一滴标准液,指示剂发生颜色变化,必须保证半分钟内不恢复原来的颜色,才是滴定的终点。
【思考·讨论】(1)酸碱恰好完全反应的点与滴定终点是否相同? 提示: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,二者不相同。酸碱恰好完全反应的点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。
(2)在酸碱中和滴定实验中,标准液的浓度是越大越好还是越小越好? 提示:标准液的浓度一般为0.100 0 ml·L-1为宜。浓度太大,易引起较大误差;浓度太小,所需标准液体积太大,不易操作。
(3)用盐酸滴定氨水(氯化铵溶液显酸性),选什么作指示剂?怎样描述滴定终点? 提示:可选择甲基橙作指示剂。滴入最后一滴盐酸时,溶液由黄色变为橙色,且半分钟内颜色不再变化,则达到滴定终点。
【案例示范】【典例】(2020·咸阳高二检测)某学生欲用已知物质的量浓度的盐酸来滴定未知物质的量浓度的氢氧化钠溶液时,选择酚酞作指示剂。请填写下列空白:(1)用标准的盐酸滴定待测的氢氧化钠溶液时,左手把握酸式滴定管的活塞,右手摇动锥形瓶,眼睛注视_______________。直到因加入一滴盐酸后,溶液由红色变为无色,并且____________为止。
(2)若滴定开始和结束时,酸式滴定管中的液面如图所示:则起始读数为____________ mL,终点读数为____________ mL。
(3)某学生根据三次实验分别记录有关数据如下:
请选用其中合理的数据列式计算该氢氧化钠溶液的物质的量浓度:c(NaOH)=_______________。
(4)达到滴定终点时酸碱_______________恰好反应(填“是”或“不是”),若不是,则应是_______________稍微过量;若溶液由红色褪至无色停止滴定,测得NaOH溶液的物质的量浓度可能_________(填“偏高”“偏低”或“无误差”)。
【解题指南】解答本题,要明确如下4点:(1)酸碱中和滴定的操作步骤、仪器。(2)滴定管的使用方法和注意事项。(3)指示剂的选择依据和滴定终点的判断方法。(4)实验误差的分析原理。
【解析】(1)滴定时眼睛要时刻注视锥形瓶内液体的颜色变化,以便及时、准确判断终点。为防止过早或过晚判断终点,造成较大误差,必须待半分钟内不恢复红色为准。(2)读数时视线要与凹液面水平相切,另外,滴定管的精确度可以达到0.01 mL,读数时要自上而下读出刻度,如最后的读数不能由下而上读为27.90,应读为26.10。
(3)在进行数据处理时,要注意有效可用的数相差不到0.20 mL,否则如第二次的测量结果,和其他两次差别较大,说明该次操作误差较大,该结果不可信,因此,计算时,酸溶液的体积应为第一、三次的平均值。而后代入计算即可得出c(NaOH)的值。
(4)滴定终点和酸碱恰好反应是不同的两个概念,前者指的是操作停止的一点,不是酸碱恰好完全反应,而是某一溶液稍微过量(不到一滴),作为滴定操作来说,可忽略不计。没有反滴一滴标准溶液,这时溶液中也可能盐酸过量很多,溶液也是无色,所以测得溶液的物质的量浓度有可能偏高。
答案:(1)锥形瓶内溶液颜色的变化 半分钟内不恢复红色 (2)0.00 26.10 (3)0.104 4 ml·L-1 (4)不是 NaOH溶液 偏高
【母题追问】(1)若将上题的滴加颠倒,判断达到滴定终点的依据是什么?提示:滴入最后一滴待测的氢氧化钠溶液,锥形瓶中溶液由无色变为红色,且半分钟内不褪色,达到滴定终点。
(2)若上题(2)中,终点读数时仰视,读的数据偏大还是偏小?测得氢氧化钠溶液的浓度将如何变化?提示:滴定管的“0”刻度在上端,终点读数时仰视,读的数据偏大,则测得的盐酸的体积偏大,则氢氧化钠溶液的浓度偏大。
【规律总结】指示剂的选择与颜色变化
【迁移·应用】(2020·长春高二检测)用中和滴定法测定某烧碱样品的纯度,试根据实验回答下列问题:(1)准确称量8.2 g含有少量中性易溶杂质的样品,配成500 mL待测溶液。称量时,样品可放在__________(填字母)称量。 A.小烧杯中 B.洁净纸片上 C.托盘上
(2)滴定时,用0.200 0 ml·L-1的盐酸来滴定待测溶液,不可选用____________(填字母)作指示剂。 A.甲基橙 B.石蕊 C.酚酞 D.甲基红(3)滴定过程中,眼睛应注视___________________; 在铁架台上垫一张白纸,其目的是_______________。
(4)根据下表数据,计算被测烧碱溶液的物质的量浓度是_________ml·L-1,烧碱样品的纯度是_________。
【解析】(1)称量氢氧化钠等易潮解、腐蚀性强的试剂时,样品应放在小烧杯中;(2)酸碱中和滴定时,一般应选甲基橙、酚酞、甲基红等颜色变化较明显的指示剂,石蕊在酸或碱溶液中颜色变化不明显,易造成误差;(3)为准确判断滴定终点,眼睛应注视锥形瓶内溶液颜色变化,且在铁架台上垫一张白纸;(4)平均标准盐酸体
积V(HCl)= =20.00 mL,然后根据c(NaOH)= ,解得c(NaOH)=0.400 0 ml·L-1,w(NaOH)= ×100%≈97.56%。
答案:(1)A (2)B (3)锥形瓶内溶液颜色的变化 便于观察锥形瓶内液体颜色的变化,减小滴定误差(4)0.400 0 97.56%
【补偿训练】1.(2020·南昌高二检测)某学生用碱式滴定管量取0.1 ml·L-1的NaOH溶液,开始时仰视液面读数为1.00 mL,取出部分溶液后,俯视液面,读数为11.00 mL,该同学在操作中实际取出的液体体积( )A.大于10.00 mL B.小于10.00 mL C.等于10.00 mLD.等于11.00 mL
【解析】选A。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,取出部分溶液后,俯视液面使读数偏小,滴定前后读数差值为10.00 mL,但实际取出的液体体积大于10.00 mL。
2.滴定实验时,必须要按以下要求做的是( )A.锥形瓶用蒸馏水洗净后要烘干B.酸式或碱式滴定管用水洗净后用相应溶液润洗C.待测液一定要放在锥形瓶中,标准液一定要放在滴定管中D.滴定前读数要求精确,凹液面的最低点在平视时必须在“0”刻度或“0”刻度以上的某一刻度上
【解析】选B。滴定前锥形瓶用蒸馏水洗净后无须干燥,其中的蒸馏水不计入加入试剂的体积,也就不影响滴定结果,故A项不符合题意;酸式或碱式滴定管用水洗净后一定要用相应待装溶液润洗,否则会稀释溶液,B项符合题意;待测液和标准液都可以放在锥形瓶中,盛放在锥形瓶中的溶液其体积为已知量,故C项不符合题意;滴定前,滴定管中液体的凹液面在“0”刻度或“0”刻度以
下的某一刻度,“0”刻度以上没有刻度,故D项不符合题意。
3.(2020·海口高二检测)某学生中和滴定实验过程为a.取碱式滴定管;b.用蒸馏水洗净;c.立即加入待测的NaOH溶液;d.记录液面刻度读数;e.用酸式滴定管精确放出一定量标准酸液加入只用蒸馏水洗涤过的锥形瓶中;
f.向锥形瓶中加入适量蒸馏水;g.加入酚酞试液2滴;h.滴定时边摇动锥形瓶;i.边注视滴定管内液面变化;j.当滴到溶液由无色变到粉红色时,立即停止滴定;k.记录液面刻度读数;
m.根据重复两次滴定求算出消耗NaOH溶液体积平均值为22 mL。上述实验过程中错误之处有( )A.c、d、f、j、kB.c、i、j、mC.e、f、i、mD.c、e、f、i、j、m
【解析】选B。滴定管要用待盛液润洗,c错误;滴定时注视锥形瓶中溶液颜色的变化,i错误;当滴到溶液由无色变到粉红色,且半分钟内不褪色,停止滴定,j错误;滴定管内液体读数为22.00 mL,m错误。
【素养提升】食用白醋中醋酸含量在30～50 mg·mL-1,某食品检验机构,现使用酸碱中和滴定法测定某品牌白醋的总酸量是否合格。
Ⅰ.实验步骤:(1)量取10.00 mL食用白醋,在烧杯中用水稀释后转移到100 mL____________(填仪器名称)中定容,摇匀即得待测白醋溶液。 (2)用酸式滴定管取待测白醋溶液20.00 mL于锥形瓶中,向其中滴加2滴____________作指示剂。
(3)读取盛装0.100 0 ml·L-1 NaOH溶液的碱式滴定管的初始读数。如果液面位置如图所示,则此时的读数为____________ mL。
(4)滴定。滴定终点的现象是_____________________________________________________________。
Ⅲ.数据处理:某检测员在处理数据时计算得:平均消耗的NaOH溶液的体积V=(15.95+15.00+15.05+14.95)× mL=15.24 mL。指出他的计算的不合理之处:_______________。 该品牌白醋是否合格?_____________________。 该白醋的总酸度为____________g·mL-1。
【解析】Ⅰ.(2)强碱滴定弱酸时,指示剂应选酚酞试液。Ⅲ.V=(15.00 mL+15.05 mL+14.95 mL)× =15.00 mLn(CH3COOH)=15.00 mL×10-3 L·mL-1×0.100 0 ml·L-1=1.500×10-3 ml总酸度为 mg·mL-1= 45 mg·mL-1,合格。
答案:Ⅰ.(1)容量瓶 (2)酚酞试液 (3)0.70(4)溶液由无色恰好变为浅红色,并在半分钟内不变色Ⅲ.第一组数据与后三组数据相差较大,属于异常值,应舍去 合格 45
知识点二 酸碱中和滴定误差分析【重点释疑】1.误差分析依据:分析误差要根据计算式:c待测= 当用标准液滴定待测液时,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.误差分析:(以NaOH标准溶液滴定一定体积的待测HCl为例)
【规律方法】滴定管读数引起误差的分析方法
【思考·讨论】用标准的NaOH溶液滴定未知浓度的盐酸(放锥形瓶中),选用甲基橙作为指示剂。(1)配制标准溶液的NaOH中混有Na2CO3杂质,会对测定结果产生什么影响?提示:偏高。相同质量的NaOH比Na2CO3消耗HCl要多。
(2)以溶液颜色由红色变为橙色为滴定终点,会对测定结果产生什么影响?提示:由红色变为橙色还没有达到滴定终点,若此时读数会使测定结果偏低。
【案例示范】【典例】(2020·威海高二检测)用酚酞作指示剂,以0.100 ml·L-1的NaOH溶液测定锥形瓶中一定体积的盐酸的物质的量浓度。下列操作将导致测定值高于实际值的是( )A.标准液在“0”刻度线以上,未予调整就开始滴定B.滴定过程中振荡时,锥形瓶中有液滴溅出
C.观察记录滴定管内液面刻度时滴定前俯视,滴定后仰视D.酚酞指示剂由无色变为红色时立即停止滴定
【思维建模】解答有中和滴定问题的思维流程如下:
【解析】选C。由c(HCl)= 可知:标准液在“0”刻度线以上,未予调整就开始滴定,导致NaOH溶液读数偏低,测定值偏低,A错;锥形瓶中液滴溅出,导致待测盐酸体积减小,V(NaOH)偏小,测定值偏低,B错;碱式滴定管内滴定前俯视,读数偏小,滴定后仰视,读数偏大,V(NaOH)偏大,测定值偏高,C正确;酚酞指示剂由无色变为红色时立即停止滴定,可能HCl并未完全反应,V(NaOH)偏小,测定值偏低,D错。
【母题追问】(1)上题C项中若“滴定前仰视,滴定后俯视”,则滴定结果如何?提示:偏低。滴定前仰视,读数偏大,滴定后俯视,读数偏小,V(NaOH)偏小,测定值偏低。(2)若将酚酞换为甲基橙,对测定结果有无影响?提示:没有。强酸与强碱的滴定,酚酞、甲基橙作指示剂都可以。
【规律方法】 读数误差的画图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。
【迁移·应用】使用酸碱中和滴定的方法,用0.01 ml·L-1盐酸滴定锥形瓶中未知浓度的NaOH溶液,下列操作会使测定结果偏高的是( )①用量筒量取浓盐酸配制0.01 ml·L-1稀盐酸时,量筒用蒸馏水洗净后未经干燥直接量取浓盐酸 ②配制稀盐酸定容时,俯视容量瓶刻度线 ③滴定结束时,读数
后发现滴定管下端尖嘴处悬挂有一滴液滴 ④滴定过程中用少量蒸馏水将锥形瓶内壁附着的盐酸冲下A.①③ B.②④ C.②③④ D.①②③④ 【解析】选A。①未干燥,相当于稀释盐酸,滴定时将消耗盐酸偏多,使结果偏高,③滴定管下端尖嘴处悬挂有一滴盐酸,相当于消耗盐酸偏多,使结果偏高。
【补偿训练】1.下列实验操作不会引起误差的是( )A.酸碱中和滴定时,用待测液润洗锥形瓶B.酸碱中和滴定时,用冲洗干净的滴定管盛装标准溶液C.锥形瓶洗净后未干燥D.用标准盐酸测定未知浓度NaOH溶液结束实验时,酸式滴定管尖嘴部分有气泡,开始实验时无气泡
【解析】选C。A锥形瓶一定不要用待测液润洗,否则使待测液的量偏大,消耗标准液的体积偏大从而使所测浓度偏大。B冲洗干净的滴定管无论是盛装标准溶液,还是量取待测溶液,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比原来溶液的浓度偏小,影响结果。C锥形瓶洗净后未干燥,酸和碱的物质的量没有改变,对滴定结果无影响。D中开始实验时酸式滴定管
中无气泡,结束实验时有气泡,会导致所读取的V(HCl)偏小,依据V(HCl)·c(HCl)=V(NaOH)·c(NaOH),所测的c(NaOH)偏小。
2.用标准盐酸滴定待测浓度的碱溶液时,下列操作中会引起碱溶液浓度的测定值偏小的是( )A.滴定前俯视读数B.酸式滴定管装液后尖嘴部位无气泡,滴定后出现气泡C.锥形瓶用蒸馏水冲洗后再用待测液润洗D.锥形瓶用蒸馏水冲洗后未用待测液润洗
【解析】选B。A项,滴定前俯视读数,读数偏小,造成测定值偏大;C项,用待测的碱溶液润洗锥形瓶,造成测定值偏大;D项,不影响测定结果。
3.称取一定质量的NaOH来测定未知浓度的盐酸时(NaOH放在锥形瓶内,盐酸放在滴定管中)。用A.偏高;B.偏低;C.无影响;D.无法判断,填写下列各项操作会给实验造成的误差。(1)称量固体NaOH时,未调节天平的零点____________。
(2)将NaOH放入锥形瓶中加水溶解时,加入水的体积不准确____________。 (3)滴定管装入盐酸前未用盐酸润洗____________。 (4)开始滴定时,滴定管尖端处有气泡,滴定完毕排出气泡____________。 (5)滴定前未将液面调至刻度线“0”或“0”以下,结束时初读数按0计算____________。
(6)在滴定过程中活塞处漏液____________。 (7)摇动锥形瓶时,因用力过猛,使少量溶液溅出____________。 (8)滴定前读数时仰视,滴定完毕读数时俯视____________。
【解析】(1)称量固体NaOH时,未调节天平零点,不能确定称量结果是偏大还是偏小,故选D。(2)锥形瓶内是否含水或加多少水并不影响NaOH与盐酸的中和反应。(3)滴定管中装盐酸前未润洗相当于将待测液稀释,导致测定结果偏低。
(4)滴定前有气泡,滴定后无气泡,相当于待测液比实际用量多了,导致结果偏低。 (5)读出的数据比实际值小,导致结果偏高。(6)滴定过程中漏液使读出的待测液的体积比实际消耗量多,导致结果偏低。
(7)摇动锥形瓶时,用力过猛,使少量液体溅出,致使一部分NaOH未被中和,消耗待测液体积减小,使测定结果偏高。(8)读出的数据比实际值偏小,使结果偏高。 答案:(1)D (2)C (3)B (4)B(5)A (6)B (7)A (8)A
【素养提升】水中的溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。某课外小组采用碘量法测定学校周边河水中的溶解氧。实验步骤及测定原理如下:
Ⅰ.取样、氧的固定用溶解氧瓶采集水样。记录大气压及水体温度。将水样与Mn(OH)2碱性悬浊液(含有KI)混合,反应生成MnO(OH)2,实现氧的固定,化学方程式为O2+2Mn(OH)2 ==== 2MnO(OH)2。
Ⅱ.酸化、滴定将固氧后的水样酸化,MnO(OH)2被I-还原为Mn2+,在暗处静置5 min,然后用标准Na2S2O3溶液滴定生成的I2(2S2 +I2 ==== 2I-+S4 )。
回答下列问题:(1)取水样时应尽量避免扰动水体表面,这样操作的主要目的是 _______________________________________________________________________________。 (2)Na2S2O3溶液不稳定,使用前需标定。配制该溶液时蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用,其目的是杀菌、除____________及二氧化碳。
(3)取100.00 mL水样经固氧、酸化后,用a ml·L-1Na2S2O3溶液滴定,以淀粉溶液作指示剂,终点现象为____________________________________________;若消耗Na2S2O3溶液的体积为b mL,则水样中溶解氧的含量为____________mg·L-1。 (4)上述滴定完成时,若滴定管尖嘴处留有气泡会导致测定结果偏____________(填“高”或“低”)。
【解析】(1)取水样时避免扰动水体表面,这样能保证所取水样中溶解氧量与水体中实际溶解氧量基本相同,以减小实验误差。(2)配制Na2S2O3溶液时所用蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用,这样能除去水中溶解的氧气和CO2,且能杀菌。(3)根据Ⅱ可知MnO(OH)2能将水样中的I-氧化为I2,滴定过程中用淀粉溶液作指示剂,在滴定终点前淀粉遇I2变蓝,达到滴定终点时,I2完全被消
耗,溶液蓝色刚好褪去。根据关系式O2～2MnO(OH)2～2I2～4Na2S2O3,结合消耗n(Na2S2O3)=a ml·L-1×b×10-3 L=ab×10-3 ml,可求出100.00 mL水样中溶解氧的质量为 ab×10-3 ml×32 g·ml-1=8ab×10-3 g=8ab mg,则该水样中溶解氧的含量为8ab mg÷0.100 00 L=80ab mg·L-1。(4)滴定完成时,滴定管尖嘴处留有气泡,会导致读取的Na2S2O3标准液体
积偏小,根据关系式O2～4Na2S2O3,可知测定的溶解氧的含量偏低。
答案:(1)使测定值与水体中的实际值保持一致,避免产生误差(2)氧气(3)当滴入最后一滴标准液时,溶液由蓝色变为无色,且半分钟内无变化 80ab(4)低
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