Question

【题目】自然界水体中的碳元素主要以碳酸盐、碳酸氢盐和有机物形式存在。水体中有机物含量是水质的重要指标，常用总有机碳衡量(总有机碳＝)。

某学生兴趣小组用如下实验方法测定采集水样的总有机碳。

步骤1：量取50 mL水样，加入足量硫酸，加热，通N2，并维持一段时间(装置见右图，夹持类仪器省略)。

步骤2：再向水样中加入过量的K2Cr2O7溶液(可将有机物中的碳元素氧化成CO2)，加热，充分反应，生成的CO2完全被100 mL 0.205 mol·L－1的Ba(OH)2溶液吸收。

步骤3：将吸收CO2后的浊液过滤并洗涤沉淀，再将洗涤得到的滤液与原滤液合并，加水配制成500 mL溶液。量取25.00 mL溶液于锥形瓶中，加入指示剂，并滴加0.050 00 mol·L－1的H2C2O4溶液，发生反应：Ba(OH)2＋H2C2O4===BaC2O4↓＋2H2O，恰好完全反应时，共消耗H2C2O4溶液20.00 mL。

（1）步骤1的目的是________。

（2）计算水样的总有机碳(以mg·L－1表示)，并写出计算过程。____________

（3）用上述实验方法测定的水样总有机碳一般低于实际值，其原因可能是__________________________________________。

（4）高温燃烧可将水样中的碳酸盐、碳酸氧盐和有机物所含碳元素转化为CO2，结合高温燃烧的方法，改进上述实验。

①请补充完整改进后的实验方案：取V L的水样，分为两等份；将其中一份水样高温燃烧，测定生成CO2的物质的量为n1 mol；____________________________________，测定生成CO2的物质的量为n2 mol。

②利用实验数据计算，所取水样的总有机碳为________mg·L－1(用含字母的代数式表示)。

Answer 1

【答案】 将水样中的CO和HCO转化为CO2，并将CO2完全赶出 n(H2C2O4)＝＝1.000×10－3 mol，与H2C2O4反应的Ba(OH)2的物质的量n1[Ba(OH)2]＝n(H2C2O4)＝1.000×10－3 mol与CO2反应的Ba(OH)2的物质的量n2[Ba(OH)2]＝ －1.000×10－3 mol×＝5.000×10－4 mol，由水样中有机物转化而成CO2的物质的量，n(CO2)＝n2[Ba(OH)2]＝5.000×10－4 mol，水样中有机物所含碳元素的物质的量n(C)＝n(CO2)＝5.000×10－4 mol，水样的总有机碳＝＝120 mg·L－1 加热过程中，损失了部分易挥发有机物 向另一份水样中加入足量硫酸，加热，通N2，维持一段时间

【解析】（1）碳酸盐与稀硫酸反应生成二氧化碳，则步骤1的目的是将水样中的CO32－和HCO3－转化为CO2，并将CO2完全赶出。（2）n(H2C2O4)＝＝1.000×10－3mol，与H2C2O4反应的Ba(OH)2的物质的量n1[Ba(OH)2]＝n(H2C2O4)＝1.000×10－3mol。与CO2反应的Ba(OH)2的物质的量n2[Ba(OH)2]＝－1.000×10－3 mol×＝5.000×10－4 mol，由水样中有机物转化而成CO2的物质的量，n(CO2)＝n2[Ba(OH)2]＝5.000×10－4 mol，水样中有机物所含碳元素的物质的量n(C)＝n(CO2)＝5.000×10－4 mol，水样的总有机碳＝＝120 mg·L－1；（3）由于加热过程中损失了部分易挥发有机物，因此测定的水样总有机碳一般低于实际值。（4）由于碳酸盐能与酸反应生成二氧化碳，则另一种方案为向另一份水样中加入足量硫酸，则根据碳原子守恒可知所取水样的总有机碳为＝mg·L－。