题目

下列哪个反应的滴定曲线是对称的，且其突跃范围大小与反应物的初始浓度无关？A (Ce)^4+ + (Fe)^2+ leftharpoons (Ce)^3+ + (Fe)^3+B (MnO)_4^- + 5(Fe)^2+ + 8(H)^+ leftharpoons (Mn)^2+ + 5(Fe)^3+ + 4(H)_2(O)C (I)_2 + 2(S)_2(O)_3^2- leftharpoons 2(I)^- + (S)_4(O)_6^2-D (Cr)_2(O)_7^2- + 6(Fe)^2+ + 14(H)^+ leftharpoons 2(Cr)^3+ + 6(Fe)^3+ + 7(H)_2(O)

下列哪个反应的滴定曲线是对称的，且其突跃范围大小与反应物的初始浓度无关？

A $\text{Ce}^{4+} + \text{Fe}^{2+} \rightleftharpoons \text{Ce}^{3+} + \text{Fe}^{3+}$

B $\text{MnO}_4^{-} + 5\text{Fe}^{2+} + 8\text{H}^+ \rightleftharpoons \text{Mn}^{2+} + 5\text{Fe}^{3+} + 4\text{H}_2\text{O}$

C $\text{I}_2 + 2\text{S}_2\text{O}_3^{2-} \rightleftharpoons 2\text{I}^- + \text{S}_4\text{O}_6^{2-}$

D $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 6\text{Fe}^{2+} + 14\text{H}^+ \rightleftharpoons 2\text{Cr}^{3+} + 6\text{Fe}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O}$

题目解答

答案

在氧化还原滴定中，滴定曲线的对称性及突跃范围与反应物的化学计量数和电对的电子转移数密切相关。

  • 选项A：${Ce^{4+} + Fe^{2+} <=> Ce^{3+} + Fe^{3+}}$

    该反应中，氧化剂${Ce^{4+}}$得1个电子，还原剂${Fe^{2+}}$失1个电子，电子转移数相等（n₁ = n₂ = 1）。根据滴定理论，当两电对的电子转移数相等时，滴定曲线在化学计量点处对称，且突跃范围大小与初始浓度无关，仅取决于两电对的标准电极电位差。此反应是典型的对称滴定反应，符合题意。

  • 选项B：${MnO4^- + 5Fe^{2+} + 8H^+ <=> Mn^{2+} + 5Fe^{3+} + 4H2O}$

    此反应中，${MnO4^-}$得5个电子，${Fe^{2+}}$失1个电子，电子转移数不相等（n₁ = 5, n₂ = 1）。滴定曲线不对称，突跃范围受浓度影响，不符合题意。

  • 选项C：${I2 + 2S2O3^{2-} <=> 2I^- + S4O6^{2-}}$

    ${I2}$得2个电子，${S2O3^{2-}}$失1个电子（每个硫原子平均失1个电子），电子转移数不相等（n₁ = 2, n₂ = 1）。滴定曲线不对称，突跃范围与浓度相关，不符合题意。

  • 选项D：${Cr2O7^{2-} + 6Fe^{2+} + 14H^+ <=> 2Cr^{3+} + 6Fe^{3+} + 7H2O}$

    ${Cr2O7^{2-}}$得6个电子（每个Cr得3个电子），${Fe^{2+}}$失1个电子，电子转移数不相等（n₁ = 6, n₂ = 1）。滴定曲线不对称，突跃范围受浓度影响，不符合题意。

综上，只有选项A满足滴定曲线对称且突跃范围与初始浓度无关的条件。

答案：

A

解析

本题考查氧化还原滴定中滴定曲线的对称性及突跃范围与反应物化学计量数和电对电子转移数的关系。解题的关键在于分析每个选项中氧化剂和还原剂的电子转移数，根据电子转移数是否相等来判断滴定曲线是否对称以及突跃范围是否与初始浓度无关。

选项A

对于反应$\text{Ce}^{4+} + \text{Fe}^{2+} \rightleftharpoons \text{Ce}^{3+} + \text{Fe}^{3+}$：

  • 氧化剂$\text{Ce}^{4+}$得到$1$个电子生成$\text{Ce}^{3+}$，即$n_1 = 1$。
  • 还原剂$\text{Fe}^{2+}$失去$1$个电子生成$\text{Fe}^{3+}$，即$n_2 = 1$。
  • 由于$n_1 = n_2 = 1$，两电对的电子转移数相等。根据滴定理论，当两电对的电子转移数相等时，滴定曲线在化学计量点处对称，且突跃范围大小与初始浓度无关，仅取决于两电对的标准电极电位差。所以该反应符合题意。

选项B

对于反应$\text{MnO}_4^{-} + 5\text{Fe}^{2+} + 8\text{H}^+ \rightleftharpoons \text{Mn}^{2+} + 5\text{Fe}^{3+} + 4\text{H}_2\text{O}$：

  • 氧化剂$\text{MnO}_4^{-}$得到$5$个电子生成$\text{Mn}^{2+}$，即$n_1 = 5$。
  • 还原剂$\text{Fe}^{2+}$失去$1$个电子生成$\text{Fe}^{3+}$，即$n_2 = 1$。
  • 因为$n_1 = 5$，$n_2 = 1$，电子转移数不相等。此时滴定曲线不对称，突跃范围受浓度影响，不符合题意。

选项C

对于反应$\text{I}_2 + 2\text{S}_2\text{O}_3^{2-} \rightleftharpoons 2\text{I}^- + \text{S}_4\text{O}_6^{2-}$：

  • 氧化剂$\text{I}_2$得到$2$个电子生成$2\text{I}^-$，即$n_1 = 2$。
  • 还原剂$\text{S}_2\text{O}_3^{2-}$失去$1$个电子（每个硫原子平均失$1$个电子）生成$\text{S}_4\text{O}_6^{2-}$，即$n_2 = 1$。
  • 由于$n_1 = 2$，$n_2 = 1$，电子转移数不相等。所以滴定曲线不对称，突跃范围与浓度相关，不符合题意。

选项D

对于反应$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 6\text{Fe}^{2+} + 14\text{H}^+ \rightleftharpoons 2\text{Cr}^{3+} + 6\text{Fe}^{3+} + 7\text{H}_2\text{O}$：

  • 氧化剂$\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$得到$6$个电子（每个$\text{Cr}$得$3$个电子）生成$2\text{Cr}^{3+}$，即$n_1 = 6$。
  • 还原剂$\text{Fe}^{2+}$失去$1$个电子生成$\text{Fe}^{3+}$，即$n_2 = 1$。
  • 因为$n_1 = 6$，$n_2 = 1$，电子转移数不相等。因此滴定曲线不对称，突跃范围受浓度影响，不符合题意。