化学情境试题:维他命C的定量分析(Quantitative
编辑时间:2020-06-19 作者:

在回答问题之前,首先请你阅读与本试题有关的情境描述,以增加你对本试题背景知识的了解;然后思考问题解决的策略,并且写下你的答案;最后用我们提供的参考答案检查你的答案是否正确。

情境描述

现代人由于生活和工作环境的改变以及心理情绪上的压力,使得人们对维生素C(维他命C,vitamin C)需求较以往为高。有研究指出抽烟者及二手烟者,其体内血液中维生素C浓度均比没有抽烟者为低,同时其维生素C代谢也比没有抽烟者为快。再者,普遍外食的饮食习惯,适当补充维生素C是迫切需要的。维生素C摄取的来源,除了蔬菜、水果外,也经由服用人工合成维他命C锭来取代。图一为现代的人们广泛地使用药锭形式的维他命C。

化学情境试题:维他命C的定量分析(Quantitative

图一 人们广泛地使用药锭形式的维他命C
照片来源:Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Vitamin_C

市售维他命C锭中的主要成份为抗坏血酸(L-ascorbic acid),其分子式为C6H8O6,莫耳质量(分子量)为176.12 g/mol。有关市售维他命C锭中的抗坏血酸含量测定方法很多,一般採用碘滴定(一种氧化还原滴定)、酸硷滴定和紫外分光光度法。以下是测定市售维他命C锭中抗坏血酸含量的简单原理以及步骤和结果。

I. 酸硷滴定

《原理概述》
市售维他命C锭中的主要成份为抗坏血酸由于抗坏血酸为双质子弱酸(pKa1= 4.1,pKa2 = 11.8),因此可以进行酸硷滴定来测定市售维他命C锭中抗坏血酸的含量。抗坏血酸Ka2太小,可视其为单质子弱酸来进行酸硷滴定。在酸硷滴定时,当酸所消耗的氢离子莫耳数,等于硷所消耗的氢氧根离子莫耳数时,称为当量点(equivalence point)。滴定终点和当量点不一定相同,但只要选择合适的指示剂,通常可视滴定终点为当量点。

《步骤和结果》
先取一市售维他命C锭秤重,得其质量0.562克,磨碎此维他命C锭,再用约20 mL的蒸馏水溶解之。试液过滤后,用蒸馏水在滤纸上沖洗数次,最后将维他命C溶液的总体积配製为约30 mL的待测液。取该待测液置于锥形瓶后,加一酸硷指示剂,用已标定的0.107 M NaOH溶液来滴定,达滴定终点时,滴定管中用去的NaOH溶液体积为23.44 mL。

II. 氧化还原滴定

《原理概述》
市售维他命C锭中的主要成份为抗坏血酸,由于抗坏血酸本身具有较强的还原性,放置在空气中易被氧化,而成为去氢抗坏血酸(dehydro-L-ascorbic acid),因此可考虑以I2为氧化剂,并通过在弱酸溶液中用已知浓度的I2溶液,对市售维他命C药锭进行氧化还原滴定。

由于碘固体易挥发,不易配製精确的碘溶液,因此改用碘酸钾(KIO3)溶液为滴定液,在弱酸溶液中与过量的碘化钾(KI)反应所生成碘分子(I2)来代替,如反应式[1]所示:

IO3–(aq) + 5I–(aq) + 6H+(aq) → 3I2(aq) + 3H2O(l)—- [1]反应式[1]所生成碘分子可与抗坏血酸很快地进行氧化还原反应,如反应式[2]所示:

I2(aq) + C6H8O6(aq) → 2I–(aq) + C6H6O6(aq) + 2H+(aq)—- [2]当待测液中抗坏血酸完全反应用尽后,剩余过量的 I2 会与溶液中 I– 生成 I3–,如反应式[3]所示:

I2(aq) + I–(aq) → I3–(aq)—- [3]此时I3–立即与澱粉指示剂产生藍黑色的错合物,而达到滴定终点。

《步骤和结果》
取1.491克的一市售维他命C药锭,先用约60 mL蒸馏水溶解,然后用容量瓶配製成100.00 mL,再用移液管取出上述溶液10.00 mL置于锥形瓶内,同时加入2 mL 0.5%澱粉以及1.0 g KI后,搅拌溶解后进行滴定。以0.0102 M KIO3为滴定液,进行滴定至锥形瓶呈蓝黑色后,并在1分钟内不褪色即达滴定终点,此时记录所需用KIO3滴定液体积为19.72 mL。

III. 紫外分光光度法

《原理概述》
研究显示,维生素C在稀硫酸溶液中,在250.7 nm波长处有最大吸收的特性,因而可採用紫外分光光度法来测定市售维他命C锭中含抗坏血酸的重量和重量百分比。

朗伯-比尔定律(Lambert-Beer’s law):当一束平行的单色光通过均匀且无散射现象的溶液时,溶液吸收光度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。比尔定律不仅适用于有色溶液,也适用于无色溶液。光源不仅适用于可见光区的单色光,也适用于紫外和红外光区的单色光。

朗伯-比尔定律的运用于分光光度法的示意图,如图二所示:

化学情境试题:维他命C的定量分析(Quantitative

图二  朗伯-比尔定律的吸收的光束图
图片来源:Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Beer–Lambert law

朗伯-比尔定律的方程式为A = α × l × c
此处,A:溶液吸光度 = log(I0/I1),其中I0为入射光的强度,I1为透过光的强度;l:吸收槽中液层厚度;c:待测样品溶液的浓度;α:莫耳吸光係数,它为物质的特性常数。

《步骤和结果》
一市售维他命C药锭重为0.615克,取其0.0712克当作测定样本,先用0.005 M的稀硫酸溶解后,然后用量瓶配製成100.00 mL(当作溶液A)。再用移液管量取此溶液2.00 mL到量瓶,加稀硫酸稀释至100.00 mL(当作溶液B),取此溶液置于1.00 cm的吸收槽中,在最大吸收波长250.7 nm处测得吸光度A值为0.551。(由文献得知抗坏血酸的莫耳吸光係数为8250 L mol-1 cm-1)

 

情境试题

1. 根据「情境描述」中的酸硷滴定,回答下面的问题。
(1) 写出此酸硷滴定的酸硷中和之平衡反应式。
(2) 实验室现有3种酸硷指示剂,其pH範围与其变色如下:

化学情境试题:维他命C的定量分析(Quantitative

 在上述三种指示剂中,那一个最适合当作此滴定的指示剂?为什幺?滴定终点是什幺颜色?
(3) 计算此市售的维他命C锭中含抗坏血酸的毫克数和重量百分比。

2. 根据「情境描述」中的氧化还原滴定,回答下面的问题。
(1) 写出反应式[2]的氧化半反应式和还原半反应式。
(2) 解释本实验过程必须维持在弱酸环境下,进行此氧化还原滴定。
(3) 计算此市售的维他命C锭中含抗坏血酸的毫克数和重量百分比。

3. 根据「情境描述」中的紫外分光光度法,回答下面的问题。
(1) 计算溶液B的抗坏血酸浓度为溶液A的多少倍?
(2) 计算此市售的维他命C锭中含抗坏血酸的毫克数和重量百分比。

连结:维他命C的定量分析(Quantitative Analysis of Vitamin C)〔II〕

参考资料(撷取日期:2010年7月)

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