4.试设计测定下列混合物中各组分的方法,写出滴定原理、指示剂、操作步骤及计算公式。 (1)HCl和H3PO4;(2)HCl和硼酸;(3)HCl和NHC4Cl; (4)HCl和HAc;(5)Na3PO4和NaOH;(6)Na3PO4和Na2HPO4;(7)NaHSO4和NaH2PO4 ;(8)NH3·H2O和NH4Cl
-8
解:设计测定混合酸或碱方法是:混合酸体系(HA+HB),根据cKHA(HB)≥10分别判断各个质
4
子能否被准确滴定;根据c(HA)K(HA)/c(HB) K(HB)≥10判断能否实现分步滴定;由终点pH选择合适的指示剂。混合碱以同样方法处理。
(1)HCl和H3PO4:取一份试液以甲基橙为指示剂,用NaOH滴定,消耗体积为V1;另取一份试液以酚酞为指示剂,用NaOH滴定,消耗体积为V2。按下式计算:
;
(2)HCl-H3BO3:H3BO3的
,不能用NaOH滴定,而加入甘油后可用NaOH直接
滴定。所以,可先用NaOH标准溶液滴定HCl,以甲基橙为指示剂,由红变黄,记下体积,可求出HCl的含量;再将适量的甘油加入后摇匀,加入酚酞指示剂,用NaOH标准溶液滴定至粉红色,记下体积即可测定硼酸的含量。
;
+
(3)HCl-NH4Cl:NH4的pKa=9.25,显然不能用NaOH滴定。当用NaOH标准溶液滴定HCl
+
完全后,溶液NH4+NaCl,其pH≈5.2,可选用甲基红(4.4~6.2)指示剂。设所消耗的体积
+
为V1。在上述溶液中加入甲醛,NH4Cl可与甲醛反应释放出H后,以酚酞为指示剂,用NaOH标准溶液滴定,体积为V2,终点产物为(CH2)6N4。
; 。
-2-2
(4)HCl和HAc:HCl为强酸,HAc pKa=4.76为弱酸,当,cHCl>10mol/L,cHAc>10mol/L,而pKHCl/ pKHAc>4,可以分步滴定。用NaOH滴定,第一计量点溶液组成为NaCl+HAc,
,选甲基橙为指示剂。第二计量点溶液组成为NaCl+NaAc,,选酚酞为指示剂。
;
(5)Na3PO4+NaOH:取混合液一份,以百里酚酞为指示剂,用HCl滴定至无色,设消耗HCl体积为V1。NaOH全部被滴定,Na3PO4滴定为NaH2PO4。 在上溶液中加入甲基橙作指示剂,用HCl滴定至红色,设消耗HCl体积为V2。以V2计算Na2HPO4的含量。NaOH消耗HCl体积为(V1-V2)。
:
(6)Na3PO4和Na2HPO4:取混合液一份,以酚酞为指示剂,用HCl滴定至无色,溶液组成为:Na2HPO4,消耗HCl体积为V1。在上溶液中加入甲基橙作指示剂,用HCl滴定至红色,设消耗HCl体积为V2。溶液组成为:NaH2PO4。
1
;
(7)NaHSO4和NaH2PO4:取混合液一份,以甲级红为指示剂,用NaOH滴定至黄色,溶液组成为:NaH2PO4+ Na2SO4,消耗NaOH体积为V1。在上溶液中加入百里酚酞作指示剂,用HCl滴定至蓝色,设消耗NaOH体积为V2。溶液组成为:Na2HPO4+ Na2SO4。
;
-8
(8)NH3H2O和NH4Cl:NH3·H2O为弱碱,cKb>10,可用HCl标准溶液滴定,指示剂为甲基红。同上(3),然后用甲醛法测定NH4Cl含量。
;
7.取苯甲酸溶液25.00ml,用NaOH溶液(0.1000mol/L)滴定,误选甲基红作指示剂,当滴定剂加到20.70ml时达到终点,溶液的pH为6.20。计算(1)滴定终点误差;(2)计量点的pH值;(3)苯甲酸溶液的浓度。
解:(1)滴定终点误差:终点pH为6.20,终点在计量点前,酸过量,为负误差 +-7--8[H]=10-6.20=6.31×10,[OH]=10-7.80=1.58×10
代入公式:
(2)计量点的pH值:化学计量点时溶液组成为苯甲酸钠
, pOH=5.57,pH=8.43
(3)苯甲酸溶液的浓度:
8.取某一元弱酸(HA)纯品1.250g,制成50ml水溶液。用NaOH溶液(0.0900mol/L))滴定至化学计量点,消耗41.20ml。在滴定过程中,当滴定剂加到8.24ml时,溶液的pH值为4.30。计算(1)HA的摩尔质量;(2)HA的Ka值;(3)化学计量点的pH值。 解:(1)HA的摩尔质量:
(2)HA的Ka值:
,
2
,Ka=1.26×10
(3)化学计量点的pH值:
-5
故选酚酞作指示剂。
9.用0.1000mol/L NaOH滴定0.1000mol/L HAc20.00ml,以酚酞为指示剂,终点pH9.20。(1)计算化学计量点的pH;(2)分别用林邦公式和式(4-10)计算终点误差,并比较结果。
解:(1)化学计量点时pH:
pOH=5.27,pH=8.73
(2)林邦公式计算终点误差:△pH=pHep-pHsp=9.2-8.72=0.48,csp=0.05mol/L
+-10--5
(3)式(4-10)计算终点误差:pHep=9.2,[H]=6.3×10,[OH]=1.6×10,
10.在0.2815克含CaCO3及中性杂质的石灰石里加入HCl溶液(0.1175mol/L)20.00ml,滴定过量的酸用去5.60mlNaOH溶液,1mlNaOH溶液相当于0.975mlHCl,计算石灰石的纯度及CO2的百分含量。 解:
11.配制高氯酸冰醋酸溶液(0.05000mol/L)1000ml,需用70% HClO4 2ml,所用的冰醋酸含量为99.8%,相对密度1.05,应加含量为98%,相对密度1.087的醋酐多少毫升,才能完全除去其中的水分?
解:除去HClO4中的水所需酸酐:
除去冰醋酸中的水所需酸酐:
3
V= V1+ V2=11.72+11.16=22.88(ml)
12.高氯酸冰醋酸溶液在24℃时标定的浓度为0.1086mol/L,试计算此溶液在30℃的浓度。 解:
第五章 配位滴定法
1.计算pH=2时,EDTA的酸效应系数。
-
解: pH=2时,[H+]=102mol/L。
= 1+ 108.26+1012.42+1013.09+1013.09+1012.69+1011.59 = 3.25×1013 lgαY(H) = 13.51
本题若采用EDTA的累积质子化常数计算,则公式就和金属离子的副反应系数的公式相一致:αY(H) = 1+β1H[H+]+β2H[H+]2+β3H[H+]3+β4H[H+]4+β5H[H+]5+β6H[H+]6,质子化常数是离解常数的倒数,累积质子化常数可由逐级质子化常数求得。
2.在pH6.0的溶液中,含有浓度均为0.010mol/L的EDTA、Ca2+和Zn2+。计算αY(Ca)和αY值。
解:因为是计算αY(Ca)和αY值,所以将Zn2+与Y视作主反应,Ca2+作为共存离子,根据题意滴定是在pH6的溶液中进行,因此,总的副反应包括酸效应和共存离子效应。查表得:KCaY = 10.69,pH6时,αY(H) = 104.65。
所以:αY(Ca)=1+KCaY[Ca2+] = 1+1010.69×0.010 = 108.69 αY=αY(H) + αY(Ca) = 104.65 +108.69≈108.69
3.在0.10mol/L的AlF溶液中,游离F的浓度为0.010mol/L。求溶液中游离Al3+的浓度,
-
并指出溶液中配合物的主要存在形式。
------
解:αAl(F)= 1 + β1[F] + β2[F]2+ β3[F]3+β4[F]4+β5[F]5+ β6[F]6 = 1+1.4×106× 0.010+1.4×1011 ×(0.010)2 + 1.0×1015×(0.010)3+ 5.6×1017 × (0.010)4 + 2.3 ×1019 × (0.010)5 +6.9×1019 ×(0.010)6 = 1+1.4 ×104 + 1.4×107 + 1.0 ×109 + 5.6 ×109+2.3 ×109 + 6.9 ×107 =8.9×109 所以
比较αAl(F)计算式中右边各项的数值,可知配合物的主要存在形式有AlF3、AlF4-和AlF52-。 4.在0.010mol/L锌氨溶液中,若游离氨的浓度为0.10mol/L,计算pH10和pH12时锌离子的总副反应系数。
4
解:因溶液酸度较低(pH10或12),将引起金属离子水解,可视作羟基配位效应。若溶液中有两种或两种以上配合剂同时对金属离子M产生副反应,则其影响应以M的总副反应系数αM表示:
αM=αM(L1)+ αM(L2)+……+ (1-P)
pH10时,αZn(NH3)=1 + β1[NH3] + β2[NH3]2+β3[NH3]3+β4[NH3]4 =1+102.37×0.10+104.81×(0.10)2+107.31×(0.10)3+109.46×(0.10)4 = 105.49
查表可得:αZn(OH)2=102.4 αZn(NH3) >>αZn(OH)2所以αZn(OH)2可略 αZn = αZn(NH3)+ αZn(OH)2-1 αZn(NH3)=105.49 pH12时,查表可得:αZn(OH)2=108.5
αZn(OH)2 >> αZn(NH3) 所以αZn(NH3)可略 αZn = αZn(NH3)+ αZn(OH)2-1 αZn(NH3)=108.5
-
5.用EDTA溶液(2.0×10 2mol/L)滴定相同浓度的Cu2+,若溶液pH为10,游离氨浓度为0.20mol/L,计算化学计量点时的pCu'。
--
解:化学计量点时,CSP =(1/2)×2.0×10 2=1.0×102(mol/L) pCu(SP) =2.00 [NH3]sp =(1/2)×0.20= 0.10(mol/L)
αCu(NH3)=1 + β1[NH3] + β2[NH3]2+β3[NH3]3+β4[NH3]4 =1+104.13×0.10+107.61×0.102 +1010.48×0.103+1012.59× 0.104≈109.26 pH10时αCu(OH)2 = 101.7<<109.26, lgαY(H) =0.45 所以αCu(OH)2 可以忽略,αCu≈109.26
所以lgK'CuY= lgKCuY –lgαY(H) – lgαCu = 18.7–0.45–9.26=8.99 pCu'=(pC Cu(sp)+lgK'CuY)/2 =(2.00+8.99)/2=5.50
-+
6.在pH5.0时用2×104mol/LEDTA滴定同浓度得Pb2,以二甲酚橙为指示剂。(1)以HAc-NaAc缓冲溶液控制酸度,[HAc]=0.2mol/L,[Ac-] = 0.4mol/L;(2)以六次亚甲基四胺
+
缓冲溶液控制酸度。已知乙酸铅配合物的β1=101.9,β2 =103.3;(CH2)6N4基本不与Pb2配位。计算终点误差。
解:pH5.0时查表可得二甲酚橙指示剂的颜色转变点pPbt = 7.0 (1)在HAc-NaAc缓冲溶液中
--
终点时 [Ac] = 0.4/2= 100.7(mol/L)
--
αPb(Ac)=1 + β1[Ac-] + β2[Ac-]2 = 1+101.9×100.7+103.3×(100.7)2≈102.0 此时指示剂的颜色转变点pPbt=7.0-2.0 =5.0
lgK'PbY= lgKPbY- lgαPb(Ac)-lgαY(H) = 18.30-2.0-6.45 = 9.85 计量点时:pPbsp = (pCPb(SP)+ lgK'PbY)/2=( 4 + 9.85 )/2=6.93 ΔpM'= pPb'ep - pPb'sp =5.0-6.93 = -1.9
(2) 在(CH2)6N4溶液中 lgαY(H)=6.45
lgK'PbY= lgKPbY- lgαY(H)=18.30-6.45=11.85
化学计量点pPbsp=(pCPb(SP)+lgK'PbY)/2=(4.0 + 11.85 ) /2=7.92 ΔpM'= pPb'ep - pPb'sp=7.0-7.92=-0.92
5
7.浓度均为0.02mol/L的Zn2+、Cd2+溶液,加入KI掩蔽Cd2+、若[I-]ep= 1.0mol/L,在pH5.0时,以二甲酚橙为指示剂,用0.02mol/LEDTA滴定Zn2+,Cd2+干扰测定吗?为什么? 解:查表可得如下数据:lgKCdY = 16.40,lgKZnY = 16.50,pH5.0时,pCdt = 4.5,lgαY(H) = 6.45,pZnt = 4.8,Cd2+与I-的配合物的lgβ1~lgβ4分别为2.4、3.4、5.0、6.15。 αCd(I)=1 + β1[I-] + β2[I-]2+β3[I-]3+β4[I-]4 = 1+102.4×1.0 +103.4×1.02+105.0×1.03+106.15×1.04 = 106.18 因此至Zn2+ 终点时,
-
而欲使二甲酚橙变色,需 [Cd]sp=10 mol/L,可见[Cd2+]ep <<[Cd2+]sp,由于掩蔽剂I的作用,溶液中游离Cd2+的浓度降低十分显著,以至于不能使二甲酚橙显色,因而不产生干扰。
--
8.溶液中锌与钙的浓度分别为2.0×102和2.0×103mol/L,不加掩蔽剂和辅助配合剂,回答下列问题:(1)若确定计量点有±0.2pZn单位的偏差,要使终点误差在0.1%以内,能否用控制酸度的方法用EDTA测定溶液中的锌?(2)条件常数lgK'ZnY可达到的最大值是多少?在什么酸度范围内才可能具有最大值?(3)为防止产生Zn(OH)2沉淀,溶液pH值应小于多少?(4)选二甲酚橙作指示剂测定锌,要使终点误差最小(即pZnep=pZnt),溶液的酸度应控制在多少?
-
解:(1)当△pM=0.2,TE=0.1%时,要求lgCMK'≥6;若CM=1.0×102 mol/L,则要求lgK'≥8。 在钙存在时滴定锌,存在下列几种副反应:Zn与OH,EDTA与H,EDTA与Ca等,副反应系数αZn(OH)和αY(H)随溶液酸度而变化,而αY(Ca)为一定值,且有αY=αY(H) +αY(Ca)-1。 若控制合适酸度,可使αZn(OH)=1,αY(H)≤αY(Ca) ,此时副反应的影响最小,条件常数 lgK'ZnY最大。
αY=αY(H) +αY(Ca)-1≈αY(Ca)=1+[Ca]KCaY 查表得 lg KZnY=16.5,lgKCaY=10.7
-
故lgK'ZnY = lgKZnY-lgαY =16.5-lg(1+103×1010.7) =16.5-7.7 = 8.8>8 可见,可以控制合适酸度测定混合离子溶液中的锌,而钙不干扰。
(2)如(1)所解lgK'ZnY最大值为8.8。查表知,溶液pH在9.0以上时,αZn(OH) >1;αY(H)=αY(Ca)=107.7时,pH=4.3。酸度增高时将使αY(H)>αY(Ca)。
可见,只有在4.3 < pH < 9.0时,lgK'ZnY才可能具有最大值。
-
(3)查溶度积表,KspZn(OH)2> =1015.3,滴定前,为防止生成Zn(OH)2沉淀,则要求:
2+
-4.5
[OH]<
-
=10
-6.9
pOH > 6.9 即pH < 7.1.
(4)综上所述,实际滴定Zn应取pH在4.3 ~ 7.1范围之内,这时条件稳定常数大,滴定突跃大,反应完全。但要使滴定的准确度高,还必须有合适的指示剂指示终点。
根据公式,指示剂选定以后,要想准确指示终点,使pMt≈pMep,还必须选择一个最佳的pH值,因指示剂是一种弱的有机酸,溶液酸度影响指示剂与金属离子配位时的条件稳定常数lgK'MIn进而影响pMt值和ΔpM的大小。 因pZnep= (lgK'ZnY+pCZn)/2=(8.8+2.0)/2= 5.4 查表知,对于二甲酚橙,pH=5.5时的pZnt=5.7。
结论是:在这个体系中准确测定Zn的最佳pH值是5.5。
6
第六章 氧化还原滴定法
1.在酸性溶液中重铬酸钾被1mol的Fe2+还原为Cr3+时,所需质量为其摩尔质量的(B)倍。 A. 6 B. 1/6 C. 3 D. 1/3
答案:选B。反应式如下:
故当
即
= 1mol时,
。
2.硫代硫酸钠液(0.1mol/L)标定如下:取在120℃干燥至恒重的基准重铬酸钾0.15g,精密称定,置碘瓶中,加水50ml使溶解,加碘化钾 2g,轻轻振摇使溶解,加稀硫酸40ml,摇匀,密塞;在暗处放置10分钟后,用水250ml稀释,用本液滴定至近终点时,加淀粉指示液3ml,继续滴定至蓝色消失而显亮绿色,并将滴定的结果用空白试验校正。每1ml的硫代硫酸钠液(0.1mol/L)相当于4.903mg的重铬酸钾。根据本液的消耗量与重铬酸钾的取用量,算出本液的浓度,即得。请回答:①为什么称取约0.15g的K2Cr2O7?②为何在碘瓶中进行?③加KI后,需在暗处放置10分钟,为什么?若放置时间过短,会发生什么现象?④为什么滴定前要加水稀释?⑤近终点时才加入淀粉指示剂,为什么?⑥以蓝色消失而显亮绿色为滴定终点,原因何在? 解: ①有关反应如下:
(置换反应)
(滴定反应)
1molK2Cr2O7
3molI2
故
若滴定时使用50ml滴定管,为使标准溶液消耗量在30ml附近(误差较小),则应称取K2Cr2O7的质量数为:
② KI加入后,在酸性条件下,就会发生上述的置换反应,会有大量的I2析出,为防止I2的挥发,此反应需在碘瓶中进行。
③由于上述置换反应的速度较慢,为保证I2的定量析出,必须有充分的时间使反应进行完
-
全。在光照条件下,I在酸性溶液中更容易被空气中的氧氧化,析出过量的I2,给标定结果
-
带来误差,在暗处可减小I的氧化。
若放置的时间过短,置换反应不够完全,在以后滴定过程中会不断有I2生成,造成终点“回蓝”,从而影响标定结果。
6molI-6molNa2S2O3
7
④滴定前将溶液加水稀释,目的是滴定反应需在中性或弱酸性溶液中进行,若不稀释,则强酸性介质不仅会使
分解,而且I也极易被空气中的O2氧化:
另外,稀释后,置换反应的产物Cr3+亮绿色变线,便于终点观察。
⑤指示剂淀粉需在近终点时加入,否则会使终点“迟纯”,这是由于当大量I2存在时,I2被淀粉牢固吸附,不易立即与Na2S2O3作用,使蓝色褪去迟缓而产生误差。
⑥当接近化学计量点时,I2已完全与Na2S2O3作用,因而蓝色褪去而显出置换反应产物Cr3+的亮绿色。
3.取工业废水100.0ml,经H2SO4酸化后,加入K2Cr2O7溶液(0.01958mol/L )20.00ml,加催化剂并煮沸使水样中还原性物质完全氧化,用FeSO4溶液(0.2040mol/L)滴定剩余的
,消耗7.50ml。计算工业废水中化学耗氧量COD(每升水中还原性有机物及无机物,在一定条件下被强氧化剂氧化时消耗的氧的mg数)。 解:有关反应
由以上反应可知在氧化同一还原性物质时,3molO2
滴定反应:
2molK2Cr2O7即:
-
= 65.57mg/L
4.计算KI浓度为1mol/L时,Cu2+/Cu+电对的条件电极电位(忽略离子强度的影响),并判断反应:
,
解:
能否发生。 ,Ksp(CuI) = 1.1×10-12
8
若Cu2+未发生副反应,则[Cu2+] =
,当[I] = 1mol/L时,
-
这是一个讨论生成沉淀对条件电位影响的典型例题,题给反应的有关电对反应为: Cu2++eCu+ I2+2e2I-
由于
,显然Cu2+不能氧化I,即题给反应不能发生。但由于过量的I可
-
-
与Cu+ 生成溶解度很小的CuI,通过以上计算知
,
因而题给反应可进行的很完全。
5.已知电对Fe3+/Fe2+的′= 0.771V,电对Sn4+/Sn2+的′= 0.154V,那么Fe3+与Sn2+反应时,条件平衡常数的对数lgK′=____,化学计量点电位sp=____。 答案:lgK′=20.9,sp = 0.360V。原因:
lgK′= n1n2△θ′/0.059=1×2×(0.771-0.154)/0.059 = 20.9 sp =(n1θ′+n2θ′)/(n1 + n2)=(1×0.771+2×0.154)/(1+2)=0.360
9
第七章 沉淀滴定法和重量分析法
1.称取0.1510g纯的NaCl,溶于20ml水中,加AgNO3溶液30.00ml,以Fe3+离子作指示剂,用NH4SCN溶液滴定过量银离子,用去4.04ml。事先测得AgNO3溶液与NH4SCN溶液的体积比为1.040。求AgNO3溶液的物质的量的浓度。(已知MNaCl=58.49g/mol) 解:
得:
2.有纯LiCl和BaBr2的混合物试样0.7000g,加45.15ml 0.2017mol/L AgNO3标准溶液处理,过量的AgNO3以铁铵矾为指示剂,用25.00ml 0.1000mol/L NH4SCN回滴。计算试样中BaBr2的含量。
解:设混合物中BaBr2为xg,LiCl为(0.7000-x)g
0.2017×45.15×10-3-0.1000×25.00×10-3=x=0.5876g
-
3.用铁铵矾指示剂法测定0.1mol/L的Cl,在AgCl沉淀存在下,用0.1mol/LKSCN标准溶液回滴过量的0.1mol/LAgNO3溶液,滴定的最终体积为70ml,[Fe3+]=0.015mol/L。当观
-
察到明显的终点时,([FeSCN2+]=6.0×106mol/L),由于沉淀转化而多消耗KSCN标准溶液的体积是多少?(KFeSCN = 200) 解:
设多消耗KSCN的体积为Vml,则
4.吸取含氯乙醇(C2H4ClOH)及HCl的试液2.00ml于锥形瓶中,加入NaOH,加热使有机氯转化为无机Cl-。在此酸性溶液中加入30.05ml 0.1038mol/L的AgNO3标准溶液。过量AgNO3耗用9.30ml 0.1055mol/L 的NH4SCN溶液。另取2.00ml试液测定其中无机氯(HCl)时,加入30ml上述AgNO3溶液,回滴时需19.20ml上述NH4SCN溶液。计算此氯乙醇试液中的总氯量(以Cl表示);无机氯(以Cl-表示)和氯乙醇(C2H4ClOH)的含量(试液的相对密
10
度=1.033)。已知MCl=35.45g/mol, 解:
5.0.5000g磷矿试样,经溶解、氧化等化学处理后,其中PO43-被沉淀为MgNH4PO4·6H2O,高温灼烧成MgNH4PO4·6H2O,其质量为0.2018g。计算:(1)矿样中P2O5的百分质量分数; (2)MgNH4PO4·6H2O沉淀的质量(g)。
解:
6.计算下列难溶化合物的溶解度。 (1) PbSO4在0.1mol/L HNO3中。
--
(H2SO4的Ka2=1.0×102,Ksp(PbSO4)= 1.6×108) 解:
(2) BaSO4在pH10.0的0.020mol/L EDTA溶液中。 (Ksp(BaSO4)=1.1×10-10,lgKBaY=7.86,lgαY(H)= 0.45)
'
解:设BaSO4的溶解度为S, 则 [Ba2+]=S,[SO42-]=S
由于BaY有较大的条件稳定常数,且BaSO4的溶解度较大,因此,消耗在与Ba2+配位的EDTA量不可忽略。即:
2-
,根据
,则有:
11
7.于100ml含有0.1000gBa2+溶液中,加入50ml 0.010mol/L H2SO4溶液。问溶液中还剩留多少毫克的Ba2+?如沉淀用100ml纯水或100ml 0.010mol/L H2SO4洗涤,假设洗涤时达到了溶解平衡,问各损失BaSO4多少毫克? 解:混合后
故剩余Ba2+量为:
100ml水洗涤时,将损失BaSO4为:
100ml H2SO4洗涤时,将损失BaSO4为:
0.01 0.01 0.01(mol/L) +
0.01-[H] [H+
] [H+
]+0.01
解得[H+]=0.41×10-
2 mol/L。总[H+]=0.01+0.41×10-
2=1.41×10-
2 mol/L [注:亦可用关系求出[H+]]。
设洗涤时溶解度为S,则由Ksp关系得:
≈
得
(mol/L) 即将损失的BaSO4为:
12
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