Question

【題目】自然界水體中的碳元素主要以碳酸鹽、碳酸氫鹽和有機(jī)物形式存在。水體中有機(jī)物含量是水質(zhì)的重要指標(biāo)，常用總有機(jī)碳來衡量(總有機(jī)碳＝水樣中有機(jī)物所含碳元素的質(zhì)量/水樣的體積)。某學(xué)生興趣小組用如下實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定采集水樣的總有機(jī)碳。

步驟1：量取50 mL水樣，加入足量硫酸，加熱，通N2，并維持一段時(shí)間(裝置見上圖，夾持類儀器省略)。

步驟2：再向水樣中加入過量的K2Cr2O7溶液(可將有機(jī)物中的碳元素氧化成CO2)，加熱充分反應(yīng)，生成的CO2完全被100 mL 0.205 mol·L－1的Ba(OH)2溶液吸收。

步驟3：將吸收CO2后的濁液過濾并洗滌沉淀，再將洗滌得到的濾液與原濾液合并，加水配制成500 mL溶液。量取25.00 mL溶液于錐形瓶中，加入指示劑，并滴加0.050 00 mol·L－1的H2C2O4溶液，發(fā)生反應(yīng)：Ba(OH)2＋H2C2O4＝BaC2O4↓＋2H2O。恰好完全反應(yīng)時(shí)，共消耗H2C2O4溶液20.00 mL。

（1）步驟1的目的是__________________________________。

（2）計(jì)算水樣的總有機(jī)碳(以mg·L－1表示)，并寫出計(jì)算過程。_______________

（3）用上述實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定的水樣總有機(jī)碳一般低于實(shí)際值，其原因可能是（寫出一條即可）____

（4）高溫燃燒可將水樣中的碳酸鹽、碳酸氫鹽和有機(jī)物所含碳元素轉(zhuǎn)化為CO2，結(jié)合高溫燃燒的方法，改進(jìn)上述實(shí)驗(yàn)。

①請(qǐng)補(bǔ)充完整改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方案：取V L的水樣，分為兩等份；將其中一份水樣高溫燃燒，測(cè)定生成CO2的物質(zhì)的量為n1 mol；__________，測(cè)定生成CO2的物質(zhì)的量為n2 mol。

②利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，所取水樣的總有機(jī)碳為_____________mg·L－1(用含字母的代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】將水樣中的CO32-和HCO3-轉(zhuǎn)化為CO2，并將CO2完全趕出 120 mg·L－1 加熱過程中，損失了部分易揮發(fā)有機(jī)物 向另一份水樣中加入足量硫酸，加熱，通N2，維持一段時(shí)間

【解析】

（1）將水樣中的CO32－和HCO3－轉(zhuǎn)化為CO2，并將CO2完全趕出；

（2）根據(jù)反應(yīng)Ba(OH)2＋H2C2O4＝BaC2O4↓＋2H2O進(jìn)行相關(guān)計(jì)算；

（3）由于加熱過程中損失了部分易揮發(fā)有機(jī)物，因此測(cè)定的水樣總有機(jī)碳一般低于實(shí)際值；

（4）根據(jù)質(zhì)量守恒進(jìn)行求算。

（1）碳酸鹽與稀硫酸反應(yīng)生成二氧化碳，則步驟1的目的是將水樣中的CO32－和HCO3－轉(zhuǎn)化為CO2，并將CO2完全趕出；

（2）n(H2C2O4)＝＝1.000×10－3mol，與H2C2O4反應(yīng)的Ba(OH)2的物質(zhì)的量n1[Ba(OH)2]＝n(H2C2O4)＝1.000×10－3mol。與CO2反應(yīng)的Ba(OH)2的物質(zhì)的量n2[Ba(OH)2]＝－1.000×10－3 mol×＝5.000×10－4 mol，由水樣中有機(jī)物轉(zhuǎn)化而成CO2的物質(zhì)的量，n(CO2)＝n2[Ba(OH)2]＝5.000×10－4 mol，水樣中有機(jī)物所含碳元素的物質(zhì)的量n(C)＝n(CO2)＝5.000×10－4 mol，水樣的總有機(jī)碳＝＝120 mg·L－1；

（3）由于加熱過程中損失了部分易揮發(fā)有機(jī)物，因此測(cè)定的水樣總有機(jī)碳一般低于實(shí)際值；

（4）由于碳酸鹽能與酸反應(yīng)生成二氧化碳，則另一種方案為向另一份水樣中加入足量硫酸，則根據(jù)碳原子守恒可知所取水樣的總有機(jī)碳為mg/L=mg/L。