Question

水中氧的含量測定步驟如下:

步驟1：水中的氧在堿性溶液中將Mn²⁺氧化為MnO(OH)₂。

步驟2：加入碘離子將生成的MnO(OH)₂再還原成Mn²⁺離子。

步驟3：用硫代硫酸鈉標準溶液滴定步驟2中生成的碘。

有關(guān)的測定數(shù)據(jù)如下：

1：Na₂S₂O₃溶液的標定。取25.00 mL KIO₃標準溶液(KIO₃濃度：174.8 mg·L^-1)與過量KI在酸性介質(zhì)中反應，用Na₂S₂O₃溶液滴定，消耗12.45 mL。

2：取20.0°C下新鮮水樣103.5mL，按上述測定步驟滴定，消耗Na₂S₂O₃標準溶液11.80 mL。已知該溫度下水的飽和O₂含量為9.08 mg·L^-1。

3．在20.0°C下密閉放置5天的水樣102.2 mL，按上述測定步驟滴定，消耗硫代硫酸鈉標準溶液6.75 mL。

5-1 寫出上面3步所涉及的化學反應方程式。

5-2     計算標準溶液的濃度（單位mol·L^-1）。

5-3 計算新鮮水樣中氧的含量（單位mg·L^-1）。

5-4 計算陳放水樣中氧的含量（單位mg·L^-1）。

5-5 以上測定結(jié)果說明水樣具有什么性質(zhì)？

Answer 1

5-1 步驟1   2Mn²⁺ + O₂ + 4OH^– = 2MnO(OH)₂                                (1分)

步驟2  2I^– + MnO(OH)₂ + 4H⁺ = Mn²⁺ + I₂ + 3H₂O                          (1分)

    或

步驟3  I₂ + 2S₂O₃^2– = 2I^– + S₄O₆^2–                                   (1分)

    或

5-2  標準溶液的濃度：9.841??10^–3 mol·L^-1

     計算過程:

      c(IO₃^–) = 174.8??10^{–3 g}·L^-1 / 214.0g·mol^-1 = 8.168 ?? 10^–4 mol·L^-1        (1分)

      c(S₂O₃^2–)= 6?? c(IO₃^–) ??V(IO₃^–)/V(S₂O₃^2–)

            = 6??8.168??10^–4mol·L^-1??25.00mL/12.45mL=9.841??10^–3mol·L^-1  (3分)

5-3  新鮮水樣中氧的含量: 8.98 mg·L^-1                                       

     計算過程:  103.5mL水樣中氧的含量:

     n(O₂) = 0.25??c(S₂O₃^2-)??V(S₂O₃^2-)

          =0.25??9.841??10^-3mol·L ^-1??11.80??10^-3L=2.903??10^-5 mol

    氧含量: r(O₂) = 2.903??10^-5 mol??32.00??10³mg·mol^-1/103.5??10^-3L

                = 8.98mg·L^-1                                    （3分）

      注: 新鮮水樣的氧飽和度= (8.98/9.08) ??100%= 98.9%

5-4  陳放水樣中氧的含量: 5.20 mg·L^-1                              

     計算過程: 102.2mL中氧的含量:

n(O₂) = 0.25??c(S₂O₃^2-)??V(S₂O₃^2-)

     = 0.25??9.841??10^-3mmol·mL^-1??6.75 mL= 1.66??10^-2 mmol

氧含量: r(O₂) = 1.66??10^-2 mmol??32.00mg·mmol^-1/102.2??10^-3L = 5.20 mg·L^-1   (3分)

     注: 陳放引起氧的消耗量= 8.98mg·L^-1 – 5.20mg·L^-1 = 3.78 mg·L^-1

5-5  表明水樣里存在好氧性（或喜氧性）微生物(1.5分)或者存在能被氧氣還原

    的還原性物質(zhì)(1.5分)。                                          （共3分）

注：若計算結(jié)果正確，任何正確計算過程均得滿分；若濃度值錯誤, 再看計算過程, 若關(guān)系式正確, 運算錯誤, 給一半分。

解析:

本題圍繞測定水中的氧分成3個層次。第一個層次是測定氧的3個反應。試題對第一個反應給的信息很完全，而且信息也不難理解，預計所有應試者都應寫得出化學方程式。試題對第二個反應的信息不完全。沒有說反應的酸堿性條件。應試者應對反應的酸堿性條件作出判斷。判斷的基礎(chǔ)是：I₂在堿性條件下能否穩(wěn)定存在？這屬于中學化學知識的活用。當然，如果學生有Mn(OH)₂在堿性溶液很容易被空氣氧化的知識更好，即在堿性溶液里Mn（IV）是比Mn（II）更穩(wěn)定的價態(tài)，要想在堿性溶液里把MnO(OH)₂還原為Mn(OH)₂使用像I^– 這樣的還原劑是難以實現(xiàn)的，但沒有這種深入知識而單靠中學知識已能作出正確判斷。第3個反應決非中學知識，但在高考試題里以信息的形式出現(xiàn)過3次，命題人認為已經(jīng)是“亞中學知識”了，而且，若不單純從中學化學課本出發(fā)來考察，此知識點確實屬于“重要”知識，是容量分析少數(shù)最重要的反應之一，因此命題人認為是“適度的”的“不拘泥于中學化學”，可以當作學生已有知識來要求。

    第二部分是容量分析計算。標準溶液濃度計算的基礎(chǔ)首先是測定反應中n(IO₃^–) : n(I₂) : n(S₂O₃^2–)(摩爾比)問題，其次是cV = c'V' 的關(guān)系式。第一個反應不必寫出配平的化學方程式就可確定。因此試題并未要求寫方程式。寫方程式當然更明確，但浪費了寶貴的應試時間。測氧的計算的原理和知識點完全相同。

    第三部分是考察中學生對水中的氧的一般知識。純屬常識考察。