2025年硫代硫酸钠的标定及硫酸的配制试题及答案

2025年硫代硫酸钠的标定及硫酸的配制[试题及答案]一、实验背景与要求硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃·5H₂O）是常用的还原剂，但其晶体易风化、潮解，且水中溶解的CO₂、O₂及微生物会使其分解，因此需用基准物质标定其准确浓度。硫酸（H₂SO₄）是强酸，市售浓硫酸（浓度约18mol/L）需稀释后使用，其准确浓度也需通过基准物质标定。本实验要求：1.用重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）基准物质标定0.1mol/L硫代硫酸钠溶液的浓度；2.配制0.1mol/L硫酸溶液并通过无水碳酸钠（Na₂CO₃）基准物质标定其准确浓度；3.记录完整实验数据，计算结果并分析误差。试题内容1.硫代硫酸钠溶液的标定（1）简述以K₂Cr₂O₇为基准物质标定Na₂S₂O₃溶液的反应原理，写出相关化学反应方程式。（2）称取K₂Cr₂O₇基准物质时，为何需用差减法称量？若称量时少量K₂Cr₂O₇撒出，对最终标定结果有何影响？（3）标定过程中，向K₂Cr₂O₇溶液中加入过量KI和H₂SO₄后，为何需在暗处放置5min？若未避光或放置时间不足，对结果有何影响？（4）滴定前为何需将溶液稀释至约200mL？若未稀释直接滴定，可能出现什么问题？（5）淀粉指示剂为何要在滴定至溶液呈浅黄色时加入？若过早加入会对结果产生何种误差？（6）平行标定3次，记录以下数据（表1），计算Na₂S₂O₃溶液的浓度及相对平均偏差（要求≤0.2%）。2.硫酸溶液的配制与标定（1）配制0.1mol/LH₂SO₄溶液500mL，需量取多少体积的浓硫酸（ρ=1.84g/mL，质量分数98%）？写出计算过程（H₂SO₄摩尔质量98.08g/mol）。（2）稀释浓硫酸时，为何需将浓硫酸缓慢注入水中而非相反？若操作错误可能导致什么后果？（3）简述以无水Na₂CO₃为基准物质标定H₂SO₄溶液的反应原理，写出化学反应方程式及指示剂选择依据。（4）称取无水Na₂CO₃时，若未在干燥器中冷却直接称量，对H₂SO₄浓度的标定结果有何影响？（5）滴定至终点时，溶液中生成的CO₂可能导致终点不明显，应如何处理？（6）平行标定3次，记录以下数据（表2），计算H₂SO₄溶液的浓度及相对平均偏差（要求≤0.2%）。答案与解析一、硫代硫酸钠溶液的标定（1）反应原理与方程式K₂Cr₂O₇在酸性条件下与过量KI反应，定量生成I₂，反应式为：K₂Cr₂O₇+6KI+7H₂SO₄=Cr₂(SO₄)₃+4K₂SO₄+3I₂+7H₂O生成的I₂再用Na₂S₂O₃溶液滴定，反应式为：I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆通过K₂Cr₂O₇的质量和滴定消耗的Na₂S₂O₃体积，可计算Na₂S₂O₃的浓度。（2）差减法称量的原因及误差分析差减法称量可减少基准物质与空气接触的时间，避免吸潮或污染，同时能准确称取指定质量范围的样品。若称量时K₂Cr₂O₇撒出，实际参与反应的K₂Cr₂O₇质量小于记录值，导致计算的Na₂S₂O₃浓度偏高（因公式中m(K₂Cr₂O₇)偏小，V(Na₂S₂O₃)不变，c(Na₂S₂O₃)=6m/(M·V)×1000，m减小则c偏大）。（3）暗处放置的原因及时间不足的影响KI与K₂Cr₂O₇的反应需一定时间（约5min）才能完全，避光可防止I⁻在光照下被空气中的O₂氧化（4I⁻+O₂+4H⁺=2I₂+2H₂O），避免额外生成I₂导致滴定体积偏大（c(Na₂S₂O₃)偏高）。若未避光或放置时间不足，反应未完全，生成的I₂量减少，滴定体积偏小（c偏低）。（4）稀释溶液的目的稀释可降低溶液酸度（H⁺浓度过高会加速Na₂S₂O₃分解：S₂O₃²⁻+2H⁺=S↓+SO₂↑+H₂O），同时使Cr³⁺（绿色）浓度降低，避免颜色过深影响终点观察。若未稀释，Na₂S₂O₃可能分解，导致滴定体积偏大（c偏低）；且Cr³⁺颜色过深，终点判断困难，误差增大。（5）淀粉指示剂的加入时机淀粉与I₂形成蓝色络合物，若过早加入，大量I₂被淀粉吸附，滴定后期吸附的I₂释放缓慢，导致终点延迟（滴定体积偏大，c偏低）。浅黄色时加入，此时I₂浓度较低，淀粉仅与少量I₂结合，终点（蓝色褪去）更敏锐。（6）数据记录与计算（表1）|平行次数|m(K₂Cr₂O₇)/g|V(Na₂S₂O₃)初读数/mL|V(Na₂S₂O₃)末读数/mL|V(Na₂S₂O₃)净体积/mL||-||-|-|-||1|0.1205|0.02|24.18|24.16||2|0.1210|0.05|24.32|24.27||3|0.1208|0.03|24.25|24.22|计算过程：Na₂S₂O₃浓度公式：\[c(\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3)=\frac{6\timesm(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7)\times1000}{M(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7)\timesV(\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3)}\]其中，M(K₂Cr₂O₇)=294.18g/mol。-第1次：\(c_1=\frac{6\times0.1205\times1000}{294.18\times24.16}\approx0.1021\\text{mol/L}\)-第2次：\(c_2=\frac{6\times0.1210\times1000}{294.18\times24.27}\approx0.1023\\text{mol/L}\)-第3次：\(c_3=\frac{6\times0.1208\times1000}{294.18\times24.22}\approx0.1022\\text{mol/L}\)平均值：\(\bar{c}=\frac{0.1021+0.1023+0.1022}{3}\approx0.1022\\text{mol/L}\)相对平均偏差：\[RSD=\frac{|0.1021-0.1022|+|0.1023-0.1022|+|0.1022-0.1022|}{3\times0.1022}\times100\%\approx0.03\%\]符合≤0.2%的要求。二、硫酸溶液的配制与标定（1）浓硫酸体积计算需配制0.1mol/LH₂SO₄500mL，所需H₂SO₄物质的量：\(n=0.1\times0.5=0.05\\text{mol}\)。浓硫酸的浓度：\(c(\text{浓})=\frac{1000\times\rho\timesw}{M}=\frac{1000\times1.84\times0.98}{98.08}\approx18.4\\text{mol/L}\)。需量取体积：\(V=\frac{n}{c(\text{浓})}=\frac{0.05}{18.4}\approx0.00272\\text{L}=2.72\\text{mL}\)（实际操作中量取2.7mL）。（2）浓硫酸稀释的操作要求浓硫酸稀释时会放出大量热（ΔH=-87.9kJ/mol），若将水倒入浓硫酸中，水密度小会浮在表面，热量无法及时散失，导致局部沸腾，酸液飞溅。因此需将浓硫酸沿烧杯壁缓慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，使热量均匀扩散。操作错误可能导致酸液飞溅，造成安全事故。（3）标定原理与指示剂选择无水Na₂CO₃与H₂SO₄反应：Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O反应终点pH约为3.9（CO₂饱和溶液pH≈3.9），甲基橙（变色范围pH3.1-4.4，红→橙）或甲基红-溴甲酚绿混合指示剂（变色点pH5.1，绿→暗紫）可准确指示终点。甲基橙颜色变化明显，更常用。（4）未冷却称量的影响无水Na₂CO₃烘干后若未在干燥器中冷却，会吸收空气中的水分，导致称得的Na₂CO₃质量偏大（含水分）。实际参与反应的Na₂CO₃质量小于记录值，滴定消耗的H₂SO₄体积偏小，计算的H₂SO₄浓度偏高（c(H₂SO₄)=m/(2M·V)×1000，m偏大则c偏大，但此处m实际偏小，因水分导致真实m=记录m-水分质量，故真实m偏小，V偏小，c=m/(2M·V)，若m减小的幅度小于V减小的幅度，c可能偏高；反之需具体分析，但通常水分使m虚高，真实m低，V低，c=(真实m)/(2M·V)，若真实m/V的比值与无水分时相同，则c不变，否则可能产生正误差或负误差，需结合具体情况。更准确的分析：若Na₂CO₃未冷却，称量时因温度高，空气浮力减小（热胀冷缩），导致天平显示质量偏小（实际质量=显示质量+浮力修正），但通常实验室天平为电子天平，浮力影响可忽略，主要问题是吸潮导致真实Na₂CO₃质量小于称量值，因此滴定消耗的H₂SO₄体积偏小，计算的c(H₂SO₄)=(真实m)/(2M·V)，真实m<记录m，V<理论V，若真实m/V的比值与记录m/理论V的比值相同，则c不变；若真实m减少更多，V减少较少，则c偏高，反之则偏低。通常吸潮导致真实m减少，而V减少较少（因反应需消耗的H₂SO₄量由真实m决定），故c偏高。（5）CO₂对终点的影响及处理滴定至终点时，溶液中溶解的CO₂会使溶液pH略低（CO₂+H₂O⇌H₂CO₃），导致指示剂提前变色。处理方法：滴定至溶液呈橙色后，加热煮沸2min（驱赶CO₂），冷却后若溶液回退为黄色，需继续滴定至橙色，直至颜色稳定。（6）数据记录与计算（表2）|平行次数|m(Na₂CO₃)/g|V(H₂SO₄)初读数/mL|V(H₂SO₄)末读数/mL|V(H₂SO₄)净体积/mL||-||-|-|-||1|0.1325|0.04|24.86|24.82||2|0.1330|0.03|24.95|24.92||3|0.1328|0.02|24.89|24.87|计算过程：H₂SO₄浓度公式：\[c(\text{H}_2\text{SO}_4)=\frac{m(\text{Na}_2\text{CO}_3)\times1000}{2\timesM(\text{Na}_2\text{CO}_3)\timesV(\text{H}_2\text{SO}_4)}\]其中，M(Na₂CO₃)=105.99g/mol。-第1次：\(c_1=\frac{0.1325\times1000}{2\times105.99\times24.82}\approx0.1008\\text{mol/L}\)-第2次：\(c_2=\frac{0.1330\times1000}{2\times105.99\times24.92}\approx0.1009\\text{mol/L}\)-第3次：\(c_3=\frac{0.1328\times1000}{2\times105.99\times24.87}\approx0.1008\\text{mol/L}\)平均值：\(\bar{c}=\frac{0.1008+0.1009+0.1008}{3}\approx