Question

【題目】砂質(zhì)土壤分析中常用 Karl Fischer法是測定其中微量水含量，該方法是利用I2和SO2反應(yīng)定量消耗水作為原理(假設(shè)土壤中其他成分不參加反應(yīng))，據(jù)此回答下列問題：

(1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式：_______________________。

步驟I：反應(yīng)樣品中的水

下圖是某同學(xué)在實驗室模擬Karl Fischer法的實驗裝置圖：

(2)裝置連接的順序為a→____________(填接口字母順序)；M儀器的名稱為________________，其在實驗過程中的作用是：____________；

(3)操作步驟為：①連接裝置并檢查裝置氣密性，②裝入藥品，____________________；③關(guān)閉彈簧夾，打開分液漏斗活塞；④反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉分液漏斗活塞，繼續(xù)通入N2，⑤取下D裝置，···

步驟④中繼續(xù)通入N2的目的是________________________________

步驟 II：測定剩余的碘

向反應(yīng)后的D裝置加入蒸餾水，過濾，充分洗滌，并合并洗滌液和濾液，將其配成250.00mL溶液，取25.00mL用0.20mol·L-1 Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)液滴定剩余的I2單質(zhì)，已知反應(yīng)如下：2S2O32－+I2=S4O62－+2I－。

(4)Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)液應(yīng)裝在_____________(填“酸式”、“堿式”)滴定管中；上述操作中，合并洗滌液和濾液的目的是__________________________；

(5)滴定實驗重復(fù)四次得到數(shù)據(jù)如下:

實驗	①	②	③	④
消耗的標(biāo)準(zhǔn)液的體積/mL	18.37	20.05	19.95	20.00

①若實驗開始時，向D裝置中加入10.00 g土壤樣品和10.16克I2(已知I2過量)，則樣品土壤中水的含量為_________%。

②若Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)液已部分氧化變質(zhì)，則水含量測定結(jié)果將____________(填“偏高”、“ 偏低”或“不變”)。

Answer 1

【答案】SO2+I2+2H2O=H2SO4+2HI d→e→i→h→g→f→b→(c) 長頸漏斗 平衡內(nèi)外氣壓，防止壓強(qiáng)過大 打開彈簧夾，通入氮氣 將裝置中的SO2全部趕入B裝置中吸收 堿式 使所有剩余的碘均進(jìn)入濾液，測量結(jié)果更準(zhǔn)確 7.2% 偏低

【解析】

(1)利用I2 和SO2反應(yīng)定量消耗水，碘單質(zhì)具有氧化性，二氧化硫具有還原性，二者在水中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碘化氫和硫酸，據(jù)此寫出反應(yīng)的方程式；

(2)裝置A是制備二氧化硫氣體，裝置B中的堿石灰可以吸收尾氣，并防止外界水蒸氣加入裝置，應(yīng)該在整套裝置的最后，D裝置應(yīng)該為二氧化硫與樣品反應(yīng)的裝置，進(jìn)入該裝置的二氧化硫需要用濃硫酸(E)干燥，C裝置為安全瓶，因此裝置的順序為ACEDB，據(jù)此分析解答；

(3)操作步驟：①連接裝置并檢查裝置氣密性，②裝入藥品，打開彈簧夾，通入氮氣，把裝置內(nèi)空氣趕凈，③關(guān)閉彈簧夾，打開分液漏斗活塞；④反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉分液漏斗活塞，繼續(xù)通入N2 ，將裝置中的SO2全部趕入B裝置中吸收，據(jù)此分析解答；

(4)Na2S2O3 水解顯堿性；合并洗滌液和濾液，使所有剩余的碘進(jìn)入濾液，據(jù)此分析解答；

(5)①實驗過程中碘與二氧化硫反應(yīng)后，剩余的碘用0.20 molL-1Na2S2O3 標(biāo)準(zhǔn)液滴定，根據(jù)消耗的Na2S2O3求出剩余的碘，再根據(jù)(1)中的方程式求出消耗的水，最后求樣品中水的含量；②若Na2S2O3 標(biāo)準(zhǔn)液已部分氧化變質(zhì)，消耗硫代硫酸鈉溶液體積增大，測定剩余碘單質(zhì)物質(zhì)的量增大，據(jù)此分析判斷。

(1)碘單質(zhì)具有氧化性，二氧化硫具有還原性，二者在水中發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氫碘酸和硫酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SO2+I2+2H2O=2HI+H2SO4，故答案為：SO2+I2+2H2O=2HI+H2SO4；

(2) 裝置A是制備二氧化硫氣體，裝置B中的堿石灰可以吸收尾氣，并防止外界水蒸氣加入裝置，應(yīng)該在整套裝置的最后，D裝置應(yīng)該為二氧化硫與樣品反應(yīng)的裝置，進(jìn)入該裝置的二氧化硫需要用濃硫酸(E)干燥，C裝置為安全瓶，因此裝置的順序為ACEDB，接口順序為d→e→i→h→g→f→b→(c)；根據(jù)圖示，M為長頸漏斗，在實驗過程中，可以起到平衡內(nèi)外氣壓，防止壓強(qiáng)過大的作用，故答案為：d→e→i→h→g→f→b→(c)；長頸漏斗；平衡內(nèi)外氣壓，防止壓強(qiáng)過大；

(3)操作步驟：①連接裝置并檢查裝置氣密性，②裝入藥品，打開彈簧夾，通入氮氣，把裝置內(nèi)空氣趕凈，③關(guān)閉彈簧夾，打開分液漏斗活塞；④反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉分液漏斗活塞，繼續(xù)通入N2 ，將裝置中的SO2全部趕入B裝置中吸收，⑤取下D裝置，···，故答案為：打開彈簧夾，通入氮氣；將裝置中的SO2全部趕入B裝置中吸收；

(4)Na2S2O3 水解顯堿性，標(biāo)準(zhǔn)液應(yīng)裝在堿式滴定管中；上述操作中，合并洗滌液和濾液，可以使所有剩余的碘均進(jìn)入濾液，測量結(jié)果更準(zhǔn)確，故答案為：堿式；使所有剩余的碘均進(jìn)入濾液，測量結(jié)果更準(zhǔn)確；

(5)①實驗開始時，向D 裝置中加入10.00克土壤樣品和10.16克I2(已知I2過量)，n(I2)==0.04mol，向反應(yīng)后的D裝置加入蒸餾水，過濾，充分洗滌，并合并洗滌液和濾液，將其配成250.00mL溶液，取 25.00mL 用0.20 mol·L-1 Na2S2O3 標(biāo)準(zhǔn)液滴定剩余I2單質(zhì)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可知，實驗①的誤差較大，刪除該數(shù)值，②③④實驗消耗Na2S2O3溶液的平均值=mL =20.00 mL，根據(jù)2S2O32-+I2=S4O62-+2I-，消耗碘單質(zhì)物質(zhì)的量= n(Na2S2O3)××=×0.0200L×0.20mol/L ×10=0.02mol，剩余I2物質(zhì)的量=0.04mol-0.02mol=0.02mol，即與二氧化硫反應(yīng)的碘單質(zhì)物質(zhì)的量=0.04mol-0.02mol=0.02mol，消耗水為0.04mol，土壤樣品中水的含量=×100%=7.2%，故答案為：7.2%；

②若Na2S2O3 標(biāo)準(zhǔn)液已部分氧化變質(zhì)，滴定過程中消耗的硫代硫酸鈉溶液體積增大，測定剩余碘單質(zhì)物質(zhì)的量增大，則與二氧化硫反應(yīng)的碘單質(zhì)減少，反應(yīng)的水的物質(zhì)的量減小，計算得到水的含量偏低，故答案為：偏低。