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鲁科版 (2019)选择性必修1第4节 离子反应第2课时导学案
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这是一份鲁科版 (2019)选择性必修1第4节 离子反应第2课时导学案，共21页。学案主要包含了知识整合，易错提醒等内容，欢迎下载使用。
1.通过离子反应知识学习,能分析和解决生产、生活中有关电解质溶液的实际问题。
2.通过滴定法原理学习,理解运用离子反应进行离子浓度测定的原理。
学习任务1 离子反应的应用
1.物质检验与含量测定
(1)离子的检验:可利用离子的特征反应来检验一些常见离子。
根据离子因性质不同而在实验中表现的现象不同,可把检验离子的方法归纳为三种类型:沉淀法、气体法和显色法。
续 表
(2)测定溶液中离子的浓度。
①沉淀滴定法:如溶液中的SO42-,用Ba2+将其转化为BaSO4沉淀,然后称量沉淀的质量就可求得SO42-的物质的量及其浓度。
②酸碱中和滴定法:强酸溶液中H+的浓度可以用已知准确浓度的强碱溶液滴定求得。
③氧化还原滴定法:如溶液中MnO4-的浓度可用已知准确浓度的Fe2+溶液滴定求得。
2.物质的制备与纯化
(1)物质的制备。
①氯碱工业生产烧碱和氯气:2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。
②实验室制取CO2发生的离子反应:CaCO3+2H+Ca2++H2O+CO2↑。
(2)物质的纯化。
①制高纯度的氯化钠:除去其中少量的SO42-、Mg2+、Ca2+,需要的试剂及加入的正确顺序是NaOH溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、盐酸。
②除去污水中的重金属离子:用沉淀剂将其转化为沉淀而除去,达到净水的目的。
3.生活中常见的离子反应
(1)胃酸过多的治疗。
①服用小苏打片:离子方程式为H++HCO3-CO2↑+H2O。
②服用胃舒平:离子方程式为Al(OH)3+3H+Al3++3H2O。
(2)硬水的形成及软化。
①含义:含有Ca2+、Mg2+较多的水。
②形成(暂时硬水)。
离子方程式为MgCO3+CO2+H2OMg2++2HCO3-,CaCO3+CO2+H2OCa2++2HCO3-。
③软化方法。
a.加热法:Ca2++2HCO3-CaCO3↓+CO2↑+H2O,Mg2++2HCO3-MgCO3↓+CO2↑+H2O。
b.加沉淀剂法:在硬水中加入Na2CO3等沉淀剂,离子方程式为Ca2++CO32-CaCO3↓,Mg2++CO32-MgCO3↓。
探究 离子检验中的干扰及排除
问题1:向某溶液中加入BaCl2溶液,产生了白色沉淀,则溶液中可能含有哪些离子?
提示:Ag+、SO42-、SO32-、CO32-、SiO32-等。
问题2:若要检验溶液中的SO42-,则应该排除Ag+、SO32-、CO32-、SiO32-等的干扰。请问如何排除这些干扰离子?
提示:可以先加足量盐酸,若有Ag+、SiO32-则会形成沉淀,取上层清液,加入氯化钡溶液产生白色沉淀即可检出。若有SO32-、CO32-则会形成SO2、CO2,然后加入氯化钡溶液产生白色沉淀即可检出。
问题3:某溶液含有SO32-、SO42-,若要检出其中的SO42-,能否用加入Ba(NO3)2溶液,产生白色沉淀后加入稀HNO3沉淀不溶解来检验?
提示:不能。因为SO32-与Ba2+产生的BaSO3沉淀有还原性,会被HNO3氧化为BaSO4沉淀而不溶解。
问题4:如何检验含有SO32-的溶液中的SO42-?
提示:先加足量稀盐酸,使SO32-转化为SO2,然后加BaCl2溶液产生白色沉淀即可检出。
离子检验中排除干扰的基本方法
1.避开干扰:例如检验Fe2+一般是用先加KSCN溶液无现象、再加氯水变红色。若有Fe3+则对此法会造成干扰。此时我们可以不用此法,而改用KMnO4检验。
2.排除干扰:利用离子反应,把干扰离子转化为沉淀过滤除掉或取上层清液检验,或转化为气体逸出等方法。
1.海洋中有丰富的矿产、水产和能源等资源,如图所示为海水利用的部分过程。下列有关说法正确的是( B )
A.过程①中按Na2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液的顺序加入试剂,可除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子
B.氯碱工业的产品可以用于生产漂白粉
C.过程③中,NaBr反应得电子
D.过程③④⑤中,溴元素均被氧化
解析:试剂添加顺序中,Ba2+最后无法被除去,加入药品的正确顺序应该为BaCl2溶液→NaOH溶液→Na2CO3溶液→过滤后加盐酸,除去过量的Na2CO3和NaOH,A错误;氯碱工业中电解饱和NaCl溶液,反应产生NaOH、Cl2、H2,Cl2与石灰乳发生反应可以制得漂白粉,B正确;过程③中,NaBr与Cl2反应,Br-失去电子被氧化为Br2,C错误;在过程④中Br2得到电子被还原为HBr,D错误。
2.(2021·上海嘉定期中)某溶液中可能含有H+、NH4+、Fe2+、SO42-、CO32-、Br-,且物质的量浓度相同。取样进行实验,结果是①测得溶液pH=2;②加入氯水,溶液颜色变深。对原溶液描述错误的是( A )
A.一定含有Fe2+
B.一定含有Br-
C.可能同时含有Fe2+、Br-
D.一定不含NH4+
解析:某溶液中可能含有H+、NH4+、Fe2+、SO42-、CO32-、Br-,且物质的量浓度相同。①虽然铵根离子水解呈酸性,但水解程度微弱,且离子的物质的量浓度相同,则测得溶液pH=2,说明存在H+,不存在CO32-;②加入氯水,溶液颜色变深,则有Fe2+被氧化为Fe3+或Br-被氧化为Br2;若溶液中含有Fe2+、H+,离子物质的量浓度相同,根据溶液呈电中性可知,同时存在SO42-、Br-,不存在铵根离子;若溶液中含有Br-、H+,符合离子物质的量浓度相同、溶液呈电中性,其他离子可以不存在;若溶液中含有Fe2+、Br-、H+,离子物质的量浓度相同,根据溶液呈电中性可知,同时存在SO42-,则不存在铵根离子。综上,一定含有Br-、H+,Fe2+与SO42-可以同时存在,也可以同时不存在,一定不存在NH4+、CO32-。若溶液中只含有Br-、H+,也满足题述现象,A错误;据分析,一定含有Br-,B正确;据分析,可能同时含有Fe2+、Br-、H+、SO42-,C正确;据分析,一定不含NH4+,D正确。
3.(2021·河南洛阳阶段练习)下列目标物质的除杂方法中,不能达到相应目的的是( A )
解析:NaHCO3固体受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳,故NaCl固体中仍然混有碳酸钠固体,不能达到除杂的目的,故A符合题意;先通过饱和NaHSO3溶液,HCl与NaHSO3反应生成二氧化硫气体,再通过浓硫酸,除去水蒸气,故能达到除杂的目的,故B不符合题意;MgSO4与NaOH反应生成氢氧化镁沉淀和硫酸钠,过滤,除去氢氧化镁沉淀,向滤液中加适量硫酸,中和过量的NaOH,能达到除杂的目的,故C不符合题意;CuSO4与铁粉反应生成硫酸亚铁和铜单质,过滤,除去铜和过量的铁粉,能达到除杂的目的,故D不符合题意。
离子推断要坚持四项原则
(1)肯定性原则:据现象推断肯定存在或肯定不存在的离子。
(2)互斥性原则:如溶液中含有Ba2+,则不存在大量的SO32-、CO32-等。
(3)进出性原则:要注意所加试剂引入什么离子,是否造成干扰。
(4)守恒原则(电中性原则):阳离子和阴离子同时存在于溶液中且正、负电荷总量相等。
学习任务2 酸碱中和滴定
1.概念和原理
(1)概念:是利用中和反应,用已知浓度的强酸(或强碱),确定待测强碱(或强酸)溶液的浓度的实验方法。
(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+)=c(OH-)·V(碱)V(酸)或c(OH-)=c(H+)·V(酸)V(碱)。
2.主要仪器使用
(1)仪器:滴定管、胶头滴管、滴定管架(铁架台和蝴蝶夹)、锥形瓶、烧杯。
仪器a是酸式滴定管,仪器b是碱式滴定管。
(2)滴定管的使用方法。
3.主要试剂
待测液、标准液、指示剂(一般用酚酞或甲基橙)。
4.实验操作
(1)实验前的准备工作。
(2)滴定。
(3)终点的判断:等到滴入最后半滴标准液,指示剂变色,且在半分钟内不变回原色,视为滴定终点并记录标准液的体积。
(4)数据处理:为减少实验误差,滴定时,要求重复实验2～3 次,求出所用标准液体积的平均值,然后再计算待测液的物质的量浓度。
滴定分析法,就是将一种已知其准确浓度的试剂加到被测物质溶液中,直到化学反应完全为止,然后根据所用试剂的浓度和体积求算被测物质的含量。在滴定过程中使用的已知准确浓度的试剂,称为标准溶液或滴定剂。被测的物质,称为试样。我们可以根据反应物与产物发生易于观察的变化(如颜色的改变、沉淀的生成等)来确定恰好完全反应的终点,即化学计量点。
探究1 指示剂变色与滴定终点判定
问题1:什么叫化学计量点?什么叫滴定终点?
提示:酸碱完全中和的pH叫化学计量点,强酸碱滴定pH=7时是理论上反应完全的点。所以强酸碱滴定“化学计量点”是pH=7。因为借助指示剂判断反应终点,指示剂变色点即为滴定终点。
问题2:什么是滴定突跃?
提示:化学计量点前后±0.1%的pH范围内,往往pH变化剧烈,其图像表现为“直线拉升”。此现象叫滴定突跃,此范围叫突跃范围。
例:
问题3:指示剂选择依据是什么?
提示:理论上指示剂变色范围在突跃范围内即可选择。
问题4:指示剂滴定终点变色如何确定?
提示:变色点越接近“化学计量点”越好。比如强酸滴定强碱,用酚酞作指示剂。酚酞pH<8.2为无色、pH在8.2～10.0之间为浅红色、pH>10.0为红色。会出现两次变色,第一次是在pH=10附近,由红色变浅红色,第二次是在pH=8.2附近,由浅红色变无色。显然8.2更靠近“化学计量点”且颜色变化也更明显。所以滴定终点是由浅红色变无色。
探究2 滴定过程误差分析
以NaOH溶液滴定未知浓度的盐酸为例。假设NaOH溶液的浓度为0.1 ml·L-1,滴定过程所取的盐酸体积为10 mL,消耗的NaOH溶液体积为 20 mL,待测盐酸的浓度记为c待。
问题5:如何计算待测液的浓度?
提示:根据HCl+NaOHNaCl+H2O,20×10-3 L×0.1 ml·L-1=10×10-3 L×c待,c待=0.2 ml·L-1。
问题6:假定待测液取用量多于10 mL,此时滴定过程消耗NaOH溶液体积比20 mL大还是小?此时如何计算c待?测量结果比原来高还是低?
提示:此时消耗氢氧化钠溶液体积大于20 mL,比如是 21 mL,而计算时由于不知道待测液取用量偏大,仍然用10 mL进行计算,c待=0.21 ml·L-1>0.2 ml·L-1,测量结果偏高。
问题7:假定所配NaOH标准液浓度高于0.1 ml·L-1,此时滴定过程消耗NaOH溶液体积比20 mL大还是小?此时如何计算c待?测量结果比原来高还是低?
提示:此时消耗氢氧化钠溶液体积小于20 mL,比如是 18 mL,而计算时不知道标准液浓度偏高,仍然用0.1 ml·L-1进行计算,c待=0.18 ml·L-1<0.2 ml·L-1,测量结果偏低。
问题8:滴定过程误差分析基本思路是什么?
提示:根据V标×c标=V待×c待,c待=V标×c标V待。只需分析V标变化即可,c标或V待产生误差,也是以V标来进行考虑。
滴定过程常见误差
1.(2022·河北衡水月考)用标准盐酸滴定氢氧化钠溶液(甲基橙作指示剂),下列操作正确的是( A )
A.滴定时,边摇动锥形瓶边观察锥形瓶中溶液的颜色变化
B.滴定管用蒸馏水洗涤后,即装入标准盐酸进行滴定
C.锥形瓶用蒸馏水洗涤后,再用氢氧化钠溶液润洗
D.当滴定至溶液由红色变为橙色,且半分钟不变色,即为滴定终点
解析:滴定时,眼睛注视锥形瓶中溶液的颜色变化,边摇动锥形瓶边观察锥形瓶中溶液的颜色变化,故A符合题意;滴定管用蒸馏水洗涤后,要用标准盐酸润洗,再装入标准盐酸进行滴定,若不润洗,会使消耗盐酸的体积偏大,故B不符合题意;锥形瓶用蒸馏水洗涤后,用氢氧化钠溶液润洗,会使消耗盐酸的体积偏大,故C不符合题意;用标准盐酸滴定氢氧化钠溶液,甲基橙作指示剂,当滴定至溶液由黄色变为橙色,且半分钟不变色,即为滴定终点,故D不符合题意。
2.(2021·湖北宜昌期中)室温下,用0.1 ml·L-1的Ba(OH)2溶液滴定0.1 ml·L-1的盐酸,如果达到滴定终点时不慎多滴了1滴Ba(OH)2溶液(1滴溶液的体积约为0.05 mL),此时混合溶液体积为50 mL,则混合溶液的pH约为(已知lg 2=0.3,不考虑混合后溶液体积和温度的变化)( B )
A.9.3B.10.3C.11.3D.12.3
解析:达到滴定终点时不慎多滴了1滴Ba(OH)2溶液,说明碱过量,溶液呈碱性,过量氢氧根离子的浓度为c(OH-)=0.1×2×0.05×10-3ml50×10-3L=2×10-4 ml·L-1,氢离子的浓度为c(H+)=KWc(OH-)=10-142×10-4 ml·L-1=12×10-10 ml·L-1,所以混合溶液的pH为10+lg 2=10.3,故选B。
3.(2021·江西崇义中学期中)用标准浓度的氢氧化钠溶液来滴定未知浓度的盐酸,下列操作中会使盐酸测定的浓度偏大的是 (填序号,下同),偏小的是 。
①碱式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准溶液润洗
②锥形瓶中盛有少量蒸馏水,再加待测液
③酸式滴定管用蒸馏水洗净后,未用盐酸润洗
④滴定前碱式滴定管尖嘴处没有气泡,滴定后尖嘴处有气泡
⑤滴定后观察碱式滴定管读数时,俯视刻度线
解析:①碱式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准溶液润洗,导致消耗NaOH标准溶液的体积偏大,则由此计算的待测盐酸的浓度偏大;②锥形瓶中盛有少量蒸馏水,再加待测液,对待测n(HCl)无影响,则对测定待测盐酸的浓度无影响;③酸式滴定管用蒸馏水洗净后,未用盐酸润洗,导致待测n(HCl)偏小,消耗NaOH标准溶液的体积偏小,则由此计算的待测盐酸的浓度偏小;④滴定前碱式滴定管尖嘴处没有气泡,滴定后尖嘴处有气泡,会使读出消耗NaOH标准溶液的体积偏小,则由此计算的待测盐酸的浓度偏小;⑤滴定后观察碱式滴定管读数时,俯视刻度线,会使读出消耗标准NaOH溶液的体积偏小,则由此计算的待测盐酸的浓度偏小。
答案:① ③④⑤
1.指示剂选取规律:
(1)变色明显——不选石蕊。
(2)变色灵敏——甲基橙、酚酞。
2.实例:
(1)强酸与强碱滴定:生成的盐显中性——甲基橙或酚酞。
(2)强酸滴定弱碱:生成的盐显酸性——甲基橙(黄色→橙色)。
(3)强碱滴定弱酸:生成的盐显碱性——酚酞(无色→浅红色)。
3.滴定终点判断:变色点越接近“化学计量点”越准确,指示剂的颜色发生突变并且半分钟内不变色。
【知识整合】
【易错提醒】
1.向某溶液中加入BaCl2溶液,有白色沉淀生成,再加入稀盐酸,沉淀不消失,认为溶液中一定存在SO42-。其实溶液中存在Ag+,不存在SO42-时,也会出现此现象。
2.向某溶液中加入Ba(NO3)2溶液,产生不溶于稀HNO3的白色沉淀,认为溶液中一定存在SO42-。其实溶液中存在SO32-,不存在SO42-时,也会出现此现象。
3.向某溶液中加入Ca(OH)2溶液,有白色沉淀生成,认为溶液中一定存在CO32-。其实溶液中存在HCO3-、SO32-、HSO3-时,也会出现此现象。
4.向某溶液中加入稀盐酸,产生能使澄清石灰水变浑浊的气体,认为溶液中一定存在CO32-。其实溶液中存在HCO3-、SO32-、HSO3-时,也会出现此现象。
5.石蕊溶液是常见的酸碱指示剂,认为石蕊溶液也可作为酸碱中和滴定的指示剂。其实因石蕊溶液颜色变化不明显,如红和紫是渐变过程,灵敏性差,且变色范围过大,一般不作滴定指示剂。
6.误认为滴定终点就是酸碱恰好中和的点。其实酸碱恰好完全反应是指酸与碱按照化学方程式系数比恰好完全反应,而滴定终点是指示剂颜色恰好变化的点,两者并不相同。
7.滴定管盛标准溶液时,误认为调液面一定要调到“0”刻度,其实调节液面时,调节活塞(或挤压玻璃球),赶走气泡使滴定管尖嘴部分充满溶液,并使液面处于“0”刻度或“0”刻度以下某一刻度处都可以。
离子
试剂
现象
沉
淀
法
Cl-、Br-、
I-
AgNO3溶液、稀硝酸
AgCl(白色沉淀)、AgBr(淡黄色沉淀)、AgI(黄色沉淀)
SO42-
稀盐酸、BaCl2溶液
白色沉淀
Fe2+
NaOH溶液
白色沉淀→灰绿色沉淀→红褐色沉淀
Al3+
NaOH溶液
先生成白色沉淀,NaOH过量,沉淀逐渐溶解
Mg2+
NaOH溶液
生成白色沉淀,NaOH过量,沉淀不溶解
Ba2+
稀H2SO4(或硫酸盐溶液)、稀硝酸
生成不溶于稀硝酸的白色沉淀
Ag+
盐酸(或氯化物溶液)、稀硝酸
生成不溶于稀硝酸的白色沉淀
氨水
先生成白色沉淀,NH3·H2O 过量,沉淀逐渐溶解
沉
淀
法
PO43-
AgNO3溶液、
稀硝酸
生成黄色沉淀,沉淀可溶于稀硝酸
SiO32-
稀硝酸
白色絮状沉淀
S2-
CuSO4或
CuCl2溶液
黑色沉淀
[Al(OH)4]-
稀盐酸
先生成白色沉淀,稀盐酸过量,沉淀逐渐溶解
气
体
法
NH4+
浓NaOH溶液(加热)和湿润的红色石蕊试纸
生成无色、具有刺激性气味、能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体
SO32-
浓硫酸、品红溶液
生成无色、具有刺激性气味、能使品红溶液褪色的气体
CO32-
稀盐酸、澄清石灰水
产生无色无味、能使澄清石灰水变浑浊的气体
NO3-
稀硫酸、金属铜
溶液变蓝色,有无色、具有刺激性气味的气体产生,遇空气后气体变红棕色
离子
试剂
现象
显
色
法
H+
紫色石蕊试液
石蕊试液变红
I-
氯水、淀粉溶液
淀粉溶液变蓝
Fe3+
KSCN溶液
溶液呈红色
Fe2+
KSCN溶液、
氯水
加KSCN后无颜色变化,再滴加氯水,溶液变成红色
Na+、K+
铂丝、稀盐酸
火焰呈黄色(Na+),透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色(K+)
选项
目标物质(杂质)
除杂方法
A
NaCl固体
(NaHCO3)
加热
B
SO2气体
(HCl)
依次通过饱和NaHSO3溶液和浓硫酸
C
Na2SO4溶液
(MgSO4)
加NaOH溶液,过滤,向滤液中加适量硫酸
D
FeSO4溶液
(CuSO4)
加入足量的铁粉,过滤
指示剂
变色范围(颜色与pH的关系)
石蕊
<5.0红色
5.0～8.0紫色
>8.0蓝色
酚酞
<8.2无色
8.2～10.0浅红色
>10.0红色
甲基橙
<3.1红色
3.1～4.4橙色
>4.4黄色
步骤
操作
c待
洗涤
未用标准溶液润洗滴定管
偏高
锥形瓶用待测溶液润洗
偏高
未用待测溶液润洗取用待测溶液的滴定管
偏低
锥形瓶洗净后瓶内还残留少量蒸馏水
无
影响
读数
滴定前仰视读数或滴定后俯视读数
偏低
滴定前俯视读数或滴定后仰视读数
偏高
滴定
滴定完毕后立即读数,半分钟内颜色又变回原色
偏低
滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后气泡消失
偏高
滴定过程中振荡时有液滴溅出
偏低
滴定过程中,锥形瓶内加少量蒸馏水
无
影响
1.通过离子反应知识学习,能分析和解决生产、生活中有关电解质溶液的实际问题。
2.通过滴定法原理学习,理解运用离子反应进行离子浓度测定的原理。
学习任务1 离子反应的应用
1.物质检验与含量测定
(1)离子的检验:可利用离子的特征反应来检验一些常见离子。
根据离子因性质不同而在实验中表现的现象不同,可把检验离子的方法归纳为三种类型:沉淀法、气体法和显色法。
续 表
(2)测定溶液中离子的浓度。
①沉淀滴定法:如溶液中的SO42-,用Ba2+将其转化为BaSO4沉淀,然后称量沉淀的质量就可求得SO42-的物质的量及其浓度。
②酸碱中和滴定法:强酸溶液中H+的浓度可以用已知准确浓度的强碱溶液滴定求得。
③氧化还原滴定法:如溶液中MnO4-的浓度可用已知准确浓度的Fe2+溶液滴定求得。
2.物质的制备与纯化
(1)物质的制备。
①氯碱工业生产烧碱和氯气:2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。
②实验室制取CO2发生的离子反应:CaCO3+2H+Ca2++H2O+CO2↑。
(2)物质的纯化。
①制高纯度的氯化钠:除去其中少量的SO42-、Mg2+、Ca2+,需要的试剂及加入的正确顺序是NaOH溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、盐酸。
②除去污水中的重金属离子:用沉淀剂将其转化为沉淀而除去,达到净水的目的。
3.生活中常见的离子反应
(1)胃酸过多的治疗。
①服用小苏打片:离子方程式为H++HCO3-CO2↑+H2O。
②服用胃舒平:离子方程式为Al(OH)3+3H+Al3++3H2O。
(2)硬水的形成及软化。
①含义:含有Ca2+、Mg2+较多的水。
②形成(暂时硬水)。
离子方程式为MgCO3+CO2+H2OMg2++2HCO3-,CaCO3+CO2+H2OCa2++2HCO3-。
③软化方法。
a.加热法:Ca2++2HCO3-CaCO3↓+CO2↑+H2O,Mg2++2HCO3-MgCO3↓+CO2↑+H2O。
b.加沉淀剂法:在硬水中加入Na2CO3等沉淀剂,离子方程式为Ca2++CO32-CaCO3↓,Mg2++CO32-MgCO3↓。
探究 离子检验中的干扰及排除
问题1:向某溶液中加入BaCl2溶液,产生了白色沉淀,则溶液中可能含有哪些离子?
提示:Ag+、SO42-、SO32-、CO32-、SiO32-等。
问题2:若要检验溶液中的SO42-,则应该排除Ag+、SO32-、CO32-、SiO32-等的干扰。请问如何排除这些干扰离子?
提示:可以先加足量盐酸,若有Ag+、SiO32-则会形成沉淀,取上层清液,加入氯化钡溶液产生白色沉淀即可检出。若有SO32-、CO32-则会形成SO2、CO2,然后加入氯化钡溶液产生白色沉淀即可检出。
问题3:某溶液含有SO32-、SO42-,若要检出其中的SO42-,能否用加入Ba(NO3)2溶液,产生白色沉淀后加入稀HNO3沉淀不溶解来检验?
提示:不能。因为SO32-与Ba2+产生的BaSO3沉淀有还原性,会被HNO3氧化为BaSO4沉淀而不溶解。
问题4:如何检验含有SO32-的溶液中的SO42-?
提示:先加足量稀盐酸,使SO32-转化为SO2,然后加BaCl2溶液产生白色沉淀即可检出。
离子检验中排除干扰的基本方法
1.避开干扰:例如检验Fe2+一般是用先加KSCN溶液无现象、再加氯水变红色。若有Fe3+则对此法会造成干扰。此时我们可以不用此法,而改用KMnO4检验。
2.排除干扰:利用离子反应,把干扰离子转化为沉淀过滤除掉或取上层清液检验,或转化为气体逸出等方法。
1.海洋中有丰富的矿产、水产和能源等资源,如图所示为海水利用的部分过程。下列有关说法正确的是( B )
A.过程①中按Na2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液的顺序加入试剂,可除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子
B.氯碱工业的产品可以用于生产漂白粉
C.过程③中,NaBr反应得电子
D.过程③④⑤中,溴元素均被氧化
解析:试剂添加顺序中,Ba2+最后无法被除去,加入药品的正确顺序应该为BaCl2溶液→NaOH溶液→Na2CO3溶液→过滤后加盐酸,除去过量的Na2CO3和NaOH,A错误;氯碱工业中电解饱和NaCl溶液,反应产生NaOH、Cl2、H2,Cl2与石灰乳发生反应可以制得漂白粉,B正确;过程③中,NaBr与Cl2反应,Br-失去电子被氧化为Br2,C错误;在过程④中Br2得到电子被还原为HBr,D错误。
2.(2021·上海嘉定期中)某溶液中可能含有H+、NH4+、Fe2+、SO42-、CO32-、Br-,且物质的量浓度相同。取样进行实验,结果是①测得溶液pH=2;②加入氯水,溶液颜色变深。对原溶液描述错误的是( A )
A.一定含有Fe2+
B.一定含有Br-
C.可能同时含有Fe2+、Br-
D.一定不含NH4+
解析:某溶液中可能含有H+、NH4+、Fe2+、SO42-、CO32-、Br-,且物质的量浓度相同。①虽然铵根离子水解呈酸性,但水解程度微弱,且离子的物质的量浓度相同,则测得溶液pH=2,说明存在H+,不存在CO32-;②加入氯水,溶液颜色变深,则有Fe2+被氧化为Fe3+或Br-被氧化为Br2;若溶液中含有Fe2+、H+,离子物质的量浓度相同,根据溶液呈电中性可知,同时存在SO42-、Br-,不存在铵根离子;若溶液中含有Br-、H+,符合离子物质的量浓度相同、溶液呈电中性,其他离子可以不存在;若溶液中含有Fe2+、Br-、H+,离子物质的量浓度相同,根据溶液呈电中性可知,同时存在SO42-,则不存在铵根离子。综上,一定含有Br-、H+,Fe2+与SO42-可以同时存在,也可以同时不存在,一定不存在NH4+、CO32-。若溶液中只含有Br-、H+,也满足题述现象,A错误;据分析,一定含有Br-,B正确;据分析,可能同时含有Fe2+、Br-、H+、SO42-,C正确;据分析,一定不含NH4+,D正确。
3.(2021·河南洛阳阶段练习)下列目标物质的除杂方法中,不能达到相应目的的是( A )
解析:NaHCO3固体受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳,故NaCl固体中仍然混有碳酸钠固体,不能达到除杂的目的,故A符合题意;先通过饱和NaHSO3溶液,HCl与NaHSO3反应生成二氧化硫气体,再通过浓硫酸,除去水蒸气,故能达到除杂的目的,故B不符合题意;MgSO4与NaOH反应生成氢氧化镁沉淀和硫酸钠,过滤,除去氢氧化镁沉淀,向滤液中加适量硫酸,中和过量的NaOH,能达到除杂的目的,故C不符合题意;CuSO4与铁粉反应生成硫酸亚铁和铜单质,过滤,除去铜和过量的铁粉,能达到除杂的目的,故D不符合题意。
离子推断要坚持四项原则
(1)肯定性原则:据现象推断肯定存在或肯定不存在的离子。
(2)互斥性原则:如溶液中含有Ba2+,则不存在大量的SO32-、CO32-等。
(3)进出性原则:要注意所加试剂引入什么离子,是否造成干扰。
(4)守恒原则(电中性原则):阳离子和阴离子同时存在于溶液中且正、负电荷总量相等。
学习任务2 酸碱中和滴定
1.概念和原理
(1)概念:是利用中和反应,用已知浓度的强酸(或强碱),确定待测强碱(或强酸)溶液的浓度的实验方法。
(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+)=c(OH-)·V(碱)V(酸)或c(OH-)=c(H+)·V(酸)V(碱)。
2.主要仪器使用
(1)仪器:滴定管、胶头滴管、滴定管架(铁架台和蝴蝶夹)、锥形瓶、烧杯。
仪器a是酸式滴定管,仪器b是碱式滴定管。
(2)滴定管的使用方法。
3.主要试剂
待测液、标准液、指示剂(一般用酚酞或甲基橙)。
4.实验操作
(1)实验前的准备工作。
(2)滴定。
(3)终点的判断:等到滴入最后半滴标准液,指示剂变色,且在半分钟内不变回原色,视为滴定终点并记录标准液的体积。
(4)数据处理:为减少实验误差,滴定时,要求重复实验2～3 次,求出所用标准液体积的平均值,然后再计算待测液的物质的量浓度。
滴定分析法,就是将一种已知其准确浓度的试剂加到被测物质溶液中,直到化学反应完全为止,然后根据所用试剂的浓度和体积求算被测物质的含量。在滴定过程中使用的已知准确浓度的试剂,称为标准溶液或滴定剂。被测的物质,称为试样。我们可以根据反应物与产物发生易于观察的变化(如颜色的改变、沉淀的生成等)来确定恰好完全反应的终点,即化学计量点。
探究1 指示剂变色与滴定终点判定
问题1:什么叫化学计量点?什么叫滴定终点?
提示:酸碱完全中和的pH叫化学计量点,强酸碱滴定pH=7时是理论上反应完全的点。所以强酸碱滴定“化学计量点”是pH=7。因为借助指示剂判断反应终点,指示剂变色点即为滴定终点。
问题2:什么是滴定突跃?
提示:化学计量点前后±0.1%的pH范围内,往往pH变化剧烈,其图像表现为“直线拉升”。此现象叫滴定突跃,此范围叫突跃范围。
例:
问题3:指示剂选择依据是什么?
提示:理论上指示剂变色范围在突跃范围内即可选择。
问题4:指示剂滴定终点变色如何确定?
提示:变色点越接近“化学计量点”越好。比如强酸滴定强碱,用酚酞作指示剂。酚酞pH<8.2为无色、pH在8.2～10.0之间为浅红色、pH>10.0为红色。会出现两次变色,第一次是在pH=10附近,由红色变浅红色,第二次是在pH=8.2附近,由浅红色变无色。显然8.2更靠近“化学计量点”且颜色变化也更明显。所以滴定终点是由浅红色变无色。
探究2 滴定过程误差分析
以NaOH溶液滴定未知浓度的盐酸为例。假设NaOH溶液的浓度为0.1 ml·L-1,滴定过程所取的盐酸体积为10 mL,消耗的NaOH溶液体积为 20 mL,待测盐酸的浓度记为c待。
问题5:如何计算待测液的浓度?
提示:根据HCl+NaOHNaCl+H2O,20×10-3 L×0.1 ml·L-1=10×10-3 L×c待,c待=0.2 ml·L-1。
问题6:假定待测液取用量多于10 mL,此时滴定过程消耗NaOH溶液体积比20 mL大还是小?此时如何计算c待?测量结果比原来高还是低?
提示:此时消耗氢氧化钠溶液体积大于20 mL,比如是 21 mL,而计算时由于不知道待测液取用量偏大,仍然用10 mL进行计算,c待=0.21 ml·L-1>0.2 ml·L-1,测量结果偏高。
问题7:假定所配NaOH标准液浓度高于0.1 ml·L-1,此时滴定过程消耗NaOH溶液体积比20 mL大还是小?此时如何计算c待?测量结果比原来高还是低?
提示:此时消耗氢氧化钠溶液体积小于20 mL,比如是 18 mL,而计算时不知道标准液浓度偏高,仍然用0.1 ml·L-1进行计算,c待=0.18 ml·L-1<0.2 ml·L-1,测量结果偏低。
问题8:滴定过程误差分析基本思路是什么?
提示:根据V标×c标=V待×c待,c待=V标×c标V待。只需分析V标变化即可,c标或V待产生误差,也是以V标来进行考虑。
滴定过程常见误差
1.(2022·河北衡水月考)用标准盐酸滴定氢氧化钠溶液(甲基橙作指示剂),下列操作正确的是( A )
A.滴定时,边摇动锥形瓶边观察锥形瓶中溶液的颜色变化
B.滴定管用蒸馏水洗涤后,即装入标准盐酸进行滴定
C.锥形瓶用蒸馏水洗涤后,再用氢氧化钠溶液润洗
D.当滴定至溶液由红色变为橙色,且半分钟不变色,即为滴定终点
解析:滴定时,眼睛注视锥形瓶中溶液的颜色变化,边摇动锥形瓶边观察锥形瓶中溶液的颜色变化,故A符合题意;滴定管用蒸馏水洗涤后,要用标准盐酸润洗,再装入标准盐酸进行滴定,若不润洗,会使消耗盐酸的体积偏大,故B不符合题意;锥形瓶用蒸馏水洗涤后,用氢氧化钠溶液润洗,会使消耗盐酸的体积偏大,故C不符合题意;用标准盐酸滴定氢氧化钠溶液,甲基橙作指示剂,当滴定至溶液由黄色变为橙色,且半分钟不变色,即为滴定终点,故D不符合题意。
2.(2021·湖北宜昌期中)室温下,用0.1 ml·L-1的Ba(OH)2溶液滴定0.1 ml·L-1的盐酸,如果达到滴定终点时不慎多滴了1滴Ba(OH)2溶液(1滴溶液的体积约为0.05 mL),此时混合溶液体积为50 mL,则混合溶液的pH约为(已知lg 2=0.3,不考虑混合后溶液体积和温度的变化)( B )
A.9.3B.10.3C.11.3D.12.3
解析:达到滴定终点时不慎多滴了1滴Ba(OH)2溶液,说明碱过量,溶液呈碱性,过量氢氧根离子的浓度为c(OH-)=0.1×2×0.05×10-3ml50×10-3L=2×10-4 ml·L-1,氢离子的浓度为c(H+)=KWc(OH-)=10-142×10-4 ml·L-1=12×10-10 ml·L-1,所以混合溶液的pH为10+lg 2=10.3,故选B。
3.(2021·江西崇义中学期中)用标准浓度的氢氧化钠溶液来滴定未知浓度的盐酸,下列操作中会使盐酸测定的浓度偏大的是 (填序号,下同),偏小的是 。
①碱式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准溶液润洗
②锥形瓶中盛有少量蒸馏水,再加待测液
③酸式滴定管用蒸馏水洗净后,未用盐酸润洗
④滴定前碱式滴定管尖嘴处没有气泡,滴定后尖嘴处有气泡
⑤滴定后观察碱式滴定管读数时,俯视刻度线
解析:①碱式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准溶液润洗,导致消耗NaOH标准溶液的体积偏大,则由此计算的待测盐酸的浓度偏大;②锥形瓶中盛有少量蒸馏水,再加待测液,对待测n(HCl)无影响,则对测定待测盐酸的浓度无影响;③酸式滴定管用蒸馏水洗净后,未用盐酸润洗,导致待测n(HCl)偏小,消耗NaOH标准溶液的体积偏小,则由此计算的待测盐酸的浓度偏小;④滴定前碱式滴定管尖嘴处没有气泡,滴定后尖嘴处有气泡,会使读出消耗NaOH标准溶液的体积偏小,则由此计算的待测盐酸的浓度偏小;⑤滴定后观察碱式滴定管读数时,俯视刻度线,会使读出消耗标准NaOH溶液的体积偏小,则由此计算的待测盐酸的浓度偏小。
答案:① ③④⑤
1.指示剂选取规律:
(1)变色明显——不选石蕊。
(2)变色灵敏——甲基橙、酚酞。
2.实例:
(1)强酸与强碱滴定:生成的盐显中性——甲基橙或酚酞。
(2)强酸滴定弱碱:生成的盐显酸性——甲基橙(黄色→橙色)。
(3)强碱滴定弱酸:生成的盐显碱性——酚酞(无色→浅红色)。
3.滴定终点判断:变色点越接近“化学计量点”越准确,指示剂的颜色发生突变并且半分钟内不变色。
【知识整合】
【易错提醒】
1.向某溶液中加入BaCl2溶液,有白色沉淀生成,再加入稀盐酸,沉淀不消失,认为溶液中一定存在SO42-。其实溶液中存在Ag+,不存在SO42-时,也会出现此现象。
2.向某溶液中加入Ba(NO3)2溶液,产生不溶于稀HNO3的白色沉淀,认为溶液中一定存在SO42-。其实溶液中存在SO32-,不存在SO42-时,也会出现此现象。
3.向某溶液中加入Ca(OH)2溶液,有白色沉淀生成,认为溶液中一定存在CO32-。其实溶液中存在HCO3-、SO32-、HSO3-时,也会出现此现象。
4.向某溶液中加入稀盐酸,产生能使澄清石灰水变浑浊的气体,认为溶液中一定存在CO32-。其实溶液中存在HCO3-、SO32-、HSO3-时,也会出现此现象。
5.石蕊溶液是常见的酸碱指示剂,认为石蕊溶液也可作为酸碱中和滴定的指示剂。其实因石蕊溶液颜色变化不明显,如红和紫是渐变过程,灵敏性差,且变色范围过大,一般不作滴定指示剂。
6.误认为滴定终点就是酸碱恰好中和的点。其实酸碱恰好完全反应是指酸与碱按照化学方程式系数比恰好完全反应,而滴定终点是指示剂颜色恰好变化的点,两者并不相同。
7.滴定管盛标准溶液时,误认为调液面一定要调到“0”刻度,其实调节液面时,调节活塞(或挤压玻璃球),赶走气泡使滴定管尖嘴部分充满溶液,并使液面处于“0”刻度或“0”刻度以下某一刻度处都可以。
离子
试剂
现象
沉
淀
法
Cl-、Br-、
I-
AgNO3溶液、稀硝酸
AgCl(白色沉淀)、AgBr(淡黄色沉淀)、AgI(黄色沉淀)
SO42-
稀盐酸、BaCl2溶液
白色沉淀
Fe2+
NaOH溶液
白色沉淀→灰绿色沉淀→红褐色沉淀
Al3+
NaOH溶液
先生成白色沉淀,NaOH过量,沉淀逐渐溶解
Mg2+
NaOH溶液
生成白色沉淀,NaOH过量,沉淀不溶解
Ba2+
稀H2SO4(或硫酸盐溶液)、稀硝酸
生成不溶于稀硝酸的白色沉淀
Ag+
盐酸(或氯化物溶液)、稀硝酸
生成不溶于稀硝酸的白色沉淀
氨水
先生成白色沉淀,NH3·H2O 过量,沉淀逐渐溶解
沉
淀
法
PO43-
AgNO3溶液、
稀硝酸
生成黄色沉淀,沉淀可溶于稀硝酸
SiO32-
稀硝酸
白色絮状沉淀
S2-
CuSO4或
CuCl2溶液
黑色沉淀
[Al(OH)4]-
稀盐酸
先生成白色沉淀,稀盐酸过量,沉淀逐渐溶解
气
体
法
NH4+
浓NaOH溶液(加热)和湿润的红色石蕊试纸
生成无色、具有刺激性气味、能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体
SO32-
浓硫酸、品红溶液
生成无色、具有刺激性气味、能使品红溶液褪色的气体
CO32-
稀盐酸、澄清石灰水
产生无色无味、能使澄清石灰水变浑浊的气体
NO3-
稀硫酸、金属铜
溶液变蓝色,有无色、具有刺激性气味的气体产生,遇空气后气体变红棕色
离子
试剂
现象
显
色
法
H+
紫色石蕊试液
石蕊试液变红
I-
氯水、淀粉溶液
淀粉溶液变蓝
Fe3+
KSCN溶液
溶液呈红色
Fe2+
KSCN溶液、
氯水
加KSCN后无颜色变化,再滴加氯水,溶液变成红色
Na+、K+
铂丝、稀盐酸
火焰呈黄色(Na+),透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色(K+)
选项
目标物质(杂质)
除杂方法
A
NaCl固体
(NaHCO3)
加热
B
SO2气体
(HCl)
依次通过饱和NaHSO3溶液和浓硫酸
C
Na2SO4溶液
(MgSO4)
加NaOH溶液,过滤,向滤液中加适量硫酸
D
FeSO4溶液
(CuSO4)
加入足量的铁粉,过滤
指示剂
变色范围(颜色与pH的关系)
石蕊
<5.0红色
5.0～8.0紫色
>8.0蓝色
酚酞
<8.2无色
8.2～10.0浅红色
>10.0红色
甲基橙
<3.1红色
3.1～4.4橙色
>4.4黄色
步骤
操作
c待
洗涤
未用标准溶液润洗滴定管
偏高
锥形瓶用待测溶液润洗
偏高
未用待测溶液润洗取用待测溶液的滴定管
偏低
锥形瓶洗净后瓶内还残留少量蒸馏水
无
影响
读数
滴定前仰视读数或滴定后俯视读数
偏低
滴定前俯视读数或滴定后仰视读数
偏高
滴定
滴定完毕后立即读数,半分钟内颜色又变回原色
偏低
滴定前滴定管尖嘴部分有气泡,滴定后气泡消失
偏高
滴定过程中振荡时有液滴溅出
偏低
滴定过程中,锥形瓶内加少量蒸馏水
无
影响
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