Question

1．实验室用下列方法测定某水样中O₂的含量．
（1）用如右图所示装置，使水中溶解的O₂，在碱性条件下将Mn²⁺氧化成MnO（OH）₂，反应的离子方程式为2Mn²⁺+O₂+4OH^-=2MnO（OH）₂．
实验步骤：
①打开止水夹a 和b，从A 处向装置如图1内鼓入过量N₂，此操作的目的是赶走装置内空气，避免空气中的O₂的干扰．
②用注射器抽取20.00mL 某水样从A 处注入锥形瓶．
③再分别从A 处注入含m mol NaOH的溶液及过量的MnSO₄溶液．
④关闭止水夹a、b，将锥形瓶中溶液充分振荡；
（2）用I^-将生成的MnO（OH）₂再还原为Mn²⁺，反应的离子方程式为：MnO（OH）₂+2I^-+4H⁺═Mn²⁺+I₂+3H₂O．
实验步骤：

⑤打开止水夹a、b，分别从A 处注入足量NaI溶液及含n mol H₂SO₄溶液．
⑥重复④的操作．
（3）用Na₂S₂O₃标准溶液滴定步骤（2）中生成的I₂，反应方程式为：I₂+2Na₂S₂O₃═2NaI+Na₂S₄O₆．
实验步骤：
⑦取下锥形瓶，向其中加入2～3滴淀粉溶液作指示剂．
⑧用0.005mol•L^-1Na₂S₂O₃ 滴定至终点．
（4）计算．滴定过程中，滴定前后滴定管中的液面读数如2图所示．
⑨经计算，此水样中氧（O₂）的含量为（单位：mg•L^-1）9.4mg•L^-1．
⑩本实验中所加NaOH溶液和H₂SO₄溶液中m和n应有一定量的关系，即应加适量的H₂SO₄使溶液呈接近中性（填“酸性”、“碱性”或“接近中性”），其原因是若碱过量，则MnO（OH）₂不能全部转变为Mn²⁺，而酸过量时，滴定过程中Na₂S₂O₃可与酸反应．

Answer 1

分析 （1）根据题中反应物和生成物，利用化合价升降相等配平；
①测定的是水样中氧气含量，必须将装置中的空气赶走，避免干扰测定结果；
（3）⑦根据反应中有碘单质参与，利用碘遇到淀粉显示蓝色的特性，使用淀粉做指示剂；
（4）⑨根据反应原理找出反应的关系式，计算出试样中的氧含量；
⑩根据反应原理及硫代硫酸钠能够与酸反应分析．

解答 解：（1）溶解在水中的O₂在碱性条件下将Mn²⁺氧化成MnO（OH）₂，锰元素化合价升高2价，氧气化合价降低了4价，根据化合价升高降低相等配平反应的离子方程式为：2Mn²⁺+O₂+4OH^-=2MnO（OH）₂，
故答案为：2Mn²⁺+O₂+4OH^-=2MnO（OH）₂；
①由于测定的是水样中氧气含量，必须将装置中的空气赶走，避免干扰测定结果，
故答案为：赶走装置内空气，避免空气中的O₂的干扰；
（3）⑦由于反应中有碘单质参与，利用碘遇到淀粉显示蓝色的特性，可以选用淀粉做指示剂，
故答案为：淀粉溶液；
（4）⑨根据图2所示，滴定前读数为：1.50mL，滴定后为：6.2mL，消耗的硫代硫酸钠溶液的体积为：6.20mL-1.50mL=4.7mL，
发生的反应有：2Mn²⁺+O₂+4OH^-=2MnO（OH）₂、MnO（OH）₂+2I^-+4H⁺=Mn²⁺+I₂+3H₂O、I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆，
氧气反应的关系式为：O₂～2MnO（OH）₂～2I₂～4Na₂S₂O₃，
1000mL水样中含有的氧气的物质的量是：n（O₂）=$\frac{1}{4}$n（Na₂S₂O₃）×$\frac{1000}{20}$=0.25×0.005mol•L^-1×0.0047L×50=2.9375×10^-4mol，
氧气的质量为：2.4375×10^-4mol×32g/mol=9.4mg，此水样中氧（O₂）的含量为9.4mg•L^-1，
故答案为：9.4mg•L^-1；
⑩由于加入稀H₂SO₄使MnO（OH）₂充分转化为Mn²⁺，但加入稀H₂SO₄的量时不宜过多，否则后续滴定过程中Na₂S₂O₃与过量的酸反应导致消耗的Na₂S₂O₃溶液偏大，所以加入适量的H₂SO₄使溶液接近中性，原因是若碱过量，则MnO（OH）₂不能全部转变为Mn²⁺，而酸过量时，滴定过程中Na₂S₂O₃可与酸反应，
故答案为：接近中性；若碱过量，则MnO（OH）₂不能全部转变为Mn²⁺，而酸过量时，滴定过程中Na₂S₂O₃可与酸反应．

点评 本题考查了水样中氧气含量的测定，涉及的内容较多，本题难度较大，需要分析实验原理并联系滴定知识合理完成，充分考查了学生的分析、理解能力．