Question

【題目】自然界水體中的碳元素主要以碳酸鹽、碳酸氫鹽和有機物形式存在。水體中有機物含量是水質的重要指標，常用總有機碳衡量(總有機碳＝)。

某學生興趣小組用如下實驗方法測定采集水樣的總有機碳。

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

步驟2：再向水樣中加入過量的K2Cr2O7溶液(可將有機物中的碳元素氧化成CO2)，加熱，充分反應，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，發生反應：Ba(OH)2＋H2C2O4===BaC2O4↓＋2H2O，恰好完全反應時，共消耗H2C2O4溶液20.00 mL。

（1）步驟1的目的是________。

（2）計算水樣的總有機碳(以mg·L－1表示)，并寫出計算過程。____________

（3）用上述實驗方法測定的水樣總有機碳一般低于實際值，其原因可能是__________________________________________。

（4）高溫燃燒可將水樣中的碳酸鹽、碳酸氧鹽和有機物所含碳元素轉化為CO2，結合高溫燃燒的方法，改進上述實驗。

①請補充完整改進后的實驗方案：取V L的水樣，分為兩等份；將其中一份水樣高溫燃燒，測定生成CO2的物質的量為n1 mol；____________________________________，測定生成CO2的物質的量為n2 mol。

②利用實驗數據計算，所取水樣的總有機碳為________mg·L－1(用含字母的代數式表示)。

Answer 1

【答案】 將水樣中的CO和HCO轉化為CO2，并將CO2完全趕出 n(H2C2O4)＝＝1.000×10－3 mol，與H2C2O4反應的Ba(OH)2的物質的量n1[Ba(OH)2]＝n(H2C2O4)＝1.000×10－3 mol與CO2反應的Ba(OH)2的物質的量n2[Ba(OH)2]＝ －1.000×10－3 mol×＝5.000×10－4 mol，由水樣中有機物轉化而成CO2的物質的量，n(CO2)＝n2[Ba(OH)2]＝5.000×10－4 mol，水樣中有機物所含碳元素的物質的量n(C)＝n(CO2)＝5.000×10－4 mol，水樣的總有機碳＝＝120 mg·L－1 加熱過程中，損失了部分易揮發有機物 向另一份水樣中加入足量硫酸，加熱，通N2，維持一段時間

【解析】（1）碳酸鹽與稀硫酸反應生成二氧化碳，則步驟1的目的是將水樣中的CO32－和HCO3－轉化為CO2，并將CO2完全趕出。（2）n(H2C2O4)＝＝1.000×10－3mol，與H2C2O4反應的Ba(OH)2的物質的量n1[Ba(OH)2]＝n(H2C2O4)＝1.000×10－3mol。與CO2反應的Ba(OH)2的物質的量n2[Ba(OH)2]＝－1.000×10－3 mol×＝5.000×10－4 mol，由水樣中有機物轉化而成CO2的物質的量，n(CO2)＝n2[Ba(OH)2]＝5.000×10－4 mol，水樣中有機物所含碳元素的物質的量n(C)＝n(CO2)＝5.000×10－4 mol，水樣的總有機碳＝＝120 mg·L－1；（3）由于加熱過程中損失了部分易揮發有機物，因此測定的水樣總有機碳一般低于實際值。（4）由于碳酸鹽能與酸反應生成二氧化碳，則另一種方案為向另一份水樣中加入足量硫酸，則根據碳原子守恒可知所取水樣的總有機碳為＝mg·L－。