发现之旅 |
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我们研究物质时,常常需要鉴定物质是由哪些成分组成的,这在化学上叫做定性分析;当知道了物质的组成成分以后,又常常需要测定物质中各组成成分的含量,这在化学上叫做定量分析。
在定量分析中,用已知物质的量浓度的酸(或碱)来测定未知物质的量浓度的碱(或酸)的方法就叫做酸碱中和滴定。酸碱中和滴定常用的仪器如图所示。 |
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深入思考 |
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酸碱中和滴定足以中和反应为基础的,反应的实质是: |
H+ + OH - = H2O |
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酸碱中和滴定是定量分析,可是在实验中如何得知中和反应已经进行完全了呢?下面以盐酸和氢氧化钠为例来为大家解释这个问题。
首先来看盐酸和氢氧化钠的中和滴定实验: |
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在本实验中是用已知浓度的盐酸来滴定未知浓度的氢氧化钠。实验中选用酚酞作为指示剂,因为酚酞滴入碱溶液中,能让溶液显红色。而滴入酸溶液中,溶液显无色。盐酸和氢氧化钠完全中和后生成的产物是氯化钠和水。 |
HCl + NaOH ==== NaCl + H2O |
氯化钠为盐溶液,显中性,当氢氧化钠全部反应完,溶液应该变为无色,所以用酚酞作为指示剂能很容易指示滴定终点。即溶液正好变为无色时为滴定终点。
根据滴定过程中所用区的盐酸溶液的体积,可以很容易计算出氢氧化钠溶液的浓度。 |
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在滴定过程中,不能将酸式滴定管和碱式滴定管混用,因为酸能腐蚀橡胶,而碱能腐蚀玻璃。 |
由于酸碱指示剂实际上指示了溶液的pH值的变化,所以我们可以根据滴定过程中溶液pH值的变化情况来选择合适的指示剂。下面给出几种指示剂(甲基橙、甲基红、酚酞)在滴定过程中指示pH变化的示意图: |
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NaOH与HCl混合过程中的pH变化 |
根据上图中酸碱指示剂与pH的变化情况也可以看出,盐酸滴定氢氧化钠时选用酚酞做指示剂是最佳的选择。
指示剂的颜色变化都是在一定的pH范围内发生的,我们把指示剂发生颜色变化的pH范围叫做指示剂的变色范围。下图显示了常用的指示剂(石蕊试剂和甲基橙试剂)在酸性、碱性、中性溶液中的颜色变化。 |
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甲基橙在酸性、中性、碱性溶液中的颜色 |
石蕊在酸性、中性、碱性溶液中的颜色 |
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在做酸碱中和滴定实验时,要根据实际的情况选择合适的酸碱指示剂,否则会出现很大的误差。其他容易引起误差的操作也要格外注意。例如:读数时,视线要与滴定管中的凹液面水平;滴定时,应该是锥形瓶中溶液颜色正好发生变化时视为滴定终点。
酸碱中和滴定操作简便、快速,并且具有足够的准确度。在工农业生产和科学研究中具有很大的实用价值。 |
学有所用 |
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酸碱性食物的合理搭配 |
最近人们一直在提酸碱性食物,那么究竟如何合理的搭配算碱性食物呢?这要从人体内的环境来谈一下。人体内环境基本是中性的,略偏碱性。在新陈代谢过程中产生的大量酸性物质,都被血液中的缓冲物质所中和,不致于使人体内部环境呈酸性,但有时也可造成紊乱。如人患腹泻时,排出物呈碱性,体内酸会相对增多而呈酸性;大量呕吐时,胃酸损失过多,体内又可呈碱性。而且每餐进食,食物都有一定的酸碱度,也会影响人体的酸碱平衡。
而所谓食物的酸碱性,是说食物中的无机盐属于酸性还是属于碱性。
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一般金属元素钠、钙、镁等,在人体内其氧化物呈碱性,含这种元素较多的食物就是碱性食物,如大豆、豆腐、菠菜、莴笋、萝卜、土豆、藕、洋葱、海带、西瓜、香蕉、梨、苹果、牛奶等。
一些食物中含有较多的非金属元素,如磷、硫、氯等,在人体内氧化后,生成带有阴离子的酸根,属于酸性食物。如猪肉、牛肉、鸡肉、鸭、蛋类、鲤鱼、牡蛎、虾,以及面粉、大米、花生、大麦、啤酒等。
因此,家常菜一定要注意酸、碱食物的合理搭配,否则,进食酸性食物过多,可造成血液偏酸性。为中和这些酸性物质,又必然消耗体内大量的钙、镁等碱性元素,而引起缺钙等一系列症状,如皮肤病、神经病,特别是在节假日里,如果肉类较多,就更应该注意搭配一些新鲜蔬菜、水果等碱性食物,以免造成机体酸碱平衡失调。 |
沙场练兵 |
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1.用NaOH滴定pH相同、体积相同的HS2O4、HCl、CH3COOH三种溶液,恰好中和时,所用相同浓度NaOH溶液的体积依次为V1、V2、V3,则这三者的关系是( )
A.V1>V2>V3
B.V1 <V2<V3
C.V1 = V2 >V3
D.V1 = V2<V3
答案:D
解析:强酸完全电离,弱酸部分电离,在pH值相同的情况下,即氢离子浓度相同的情况下,CH3COOH溶液中还有部分CH3COOH未电离,因此反应恰好完成中和时,这三种酸都恰好与氢氧化钠溶液反应生成盐和水,所以V3要大一些,而V1和V2相等。
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2.下列是一段关于中和滴定的实验叙述:
⑴ 取一锥形瓶,用待测NaOH溶液润洗两次;
⑵ 在锥形瓶中放入25 ml待测液NaOH溶液;
⑶ 加入几滴石蕊试剂作指示剂;
⑷ 取一支酸式滴定管,洗涤干净后;
⑸ 直接往其中注入标准酸溶液,进行滴定;
⑹ 左手旋转滴定管的玻璃活塞,右手不停摇动锥形瓶;
⑺ 两眼注视着滴定管内盐酸溶液液面下降,直至滴定终点;
其中错误的是( )
A. ⑷⑹⑺ B. ⑴⑸⑹⑺ C. ⑶⑸⑺ D. ⑴⑶⑸⑺
答案:D
解析:操作⑴的锥形瓶只能用水洗。
操作⑶中不能用石蕊作为中和滴定的指示剂,因为它的显色效果不明显。
操作⑸中滴定管必须用标准液润洗后才能注入标准液。
操作⑺中两眼应主要注视锥形瓶中溶液颜色的变化。
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3.用标准NaOH溶液滴定盐酸时,若配制标准溶液称取NaOH固体中含有下列杂质时,会引起结果偏低的是( )
A.NaCl B.Na2O
C.Na2CO3 D.NaHCO3
答案:B
解析:(1)杂质不会消耗被滴定的物质(如本题设问的NaCl)。由于杂质的存在使所配标准溶液的浓度变小,在滴定过程中必须消耗标准溶液体积增大,导致待测溶液浓度偏高。
(2)杂质也会消耗被滴定的物质(如本题设问的Na2O、Na2CO3和NaHCO3均会与HCl反应),可具体分析对比其中和能力的大小。如每消耗1molHCl需NaOH为40g,而需要Na2O、Na2CO3、NaHCO3时,则分别为31g、53g、84g。故混有Na2O使所配标准液中和能力增强,消耗标准溶液体积减少,待测溶液浓度偏低。若混有杂质Na2CO3或NaHCO3时,恰与上述相反。
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4.用0.01mol/LH2SO4溶液滴定0.01 mol/LNaOH溶液,中和后用水稀释至100mL。若在滴定操作中有误:①或多加1滴稀硫酸;②或多加1滴NaOH溶液(设每mL溶液约为20滴),则①和②两次滴定后溶液中[H+]之比为( )
A.10 B.50 C.5×103
D.104
答案:C
解析:1滴酸(或)碱的体积为 。对于反应前后溶液总体积变化不大,可以忽略不计。
多加一滴H2SO4溶液时,剩余H+离子浓度为
c[H+]1=
多加一滴NaOH溶液时,剩余的[OH-]= ,这时溶液中的H+浓度为
c[H+]2=
①和②两次滴定后溶液的[H+]之比为
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5.中和滴定开始后应注视:①滴定管内液面的变化,②锥形瓶中溶液颜色的变化,③滴定管端液流出的速度( )
A.①和② B.②和③
C.①和③ D.②
答案:B
解析:滴定管中溶液的体积应在滴定前后读出,滴定过程中应始终注视锥形瓶,以便及时观察滴定终点,故选B。
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6.用中和滴定法测定我国宁夏出产的冰碱(主要成分是Na2CO3和NaHCO3,杂质难溶于水,且不与酸反应)中NaHCO3的含量。首选称取冰碱试样1.142g。用水溶解、过滤,将滤液配成100 mL溶液A。然后采取下列实验步骤进行滴定:①用移液管向锥形瓶中移入25.00 mL A溶液,并加入酚酞试液3滴; ②向酸式滴定管中加入0.1000 mol·L-1的盐酸至0刻度线;③向其中加入甲基橙试液3滴,用0.1000mol·L-1的盐酸滴定至溶液变为红色,共用去盐酸34.20mL;④滴定至酚酞红色恰好褪去,读数为12.00mL;⑤用0.1000mol·L-1的盐酸润洗酸式滴定管三次;⑥用溶液A洗涤25 mL移液管三次。
(1)正确的实验操作步骤是( )或( )
A.⑥①⑤②④③ B.⑤②⑥①④③
C.①②③④⑤⑥ D.②①③④⑤⑥
(2)计算冰碱中NaHCO3的质量分数
答案:(1)A或B
解析:本题的关键是求出冰碱中所含NaHCO3消耗盐酸的体积。滴定过程中消耗的盐酸的体积关系如下图所示,其分析方法可从下图中得到启示。
(2)冰碱中含NaHCO3的质量分数为
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