第二章第二节滴定分析基本理论精选文档.ppt
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1、第二章第二节滴定分析基本理论本讲稿第一页,共四十五页2)酸碱反应的平衡常数解离常数HA=H+A-本讲稿第二页,共四十五页2、配合物或微溶化合物中的平衡反应 M+LML ML+LML2 MLn-1+LMLn 本讲稿第三页,共四十五页二、分布系数 1、分析浓度与平衡浓度对于滴定分析中常用的酸碱反应、配位反应和沉淀反应可用通式表示(忽略电荷),vM+nL=MLn这些反应常常是分步进行的,v M+LMLvML+LML2vvMLn-1+LMLn 本讲稿第四页,共四十五页v反应的最后产物是MLn,在体系中就有n+1种型体,各型体的平衡浓度用表示。各型体的平衡浓度之和称为总浓度,又叫分析浓度,用c表示。各型
2、体的平衡浓度占整个体系分析浓度的比例称为分布系数,用表示。本讲稿第五页,共四十五页2、酸碱平衡体系分布系数1 1)一元酸)一元酸v以乙酸(以乙酸(HAc)为例:溶液中物质存在形式:)为例:溶液中物质存在形式:HAc;Ac-,总浓度为,总浓度为 c设:设:HAc 的分布系数为的分布系数为1;Ac-的分布系数为的分布系数为0;则:则:1=HAc/c=HAc/(HAc+Ac-)=1/1+(Ac-/HAc)=1/1+(Ka/H+)=H+/(H+Ka)0=Ac-/c=Ka/(H+Ka)v由上式,以由上式,以对对pH作图:分布曲线作图:分布曲线本讲稿第六页,共四十五页HAc HAc 分布系数与溶液分布系数
3、与溶液pHpH关系曲线的讨论:关系曲线的讨论:(1)0+1=1(2)pH=pKa 时;时;0=1=0.5(3)pH pKa 时;时;Ac-(0)为主)为主本讲稿第七页,共四十五页2 2)二元酸)二元酸以草酸(以草酸(H2C2O4)为例:)为例:存在形式:存在形式:H2C2O4;HC2O4-;C2O42-;(2);(;(1);(;(0););总浓度总浓度 c=H2C2O4+HC2O4-+C2O42-2=H2C2O4/c =1/1+HC2O4/H2C2O4+C2O42-/H2C2O4 =1/1+Ka1/H+Ka1Ka2/H+2 =H+2/H+2+H+Ka1+Ka1Ka2 1=H+Ka1/H+2+H
4、+Ka1+Ka1Ka2 0=Ka1Ka2/H+2+H+Ka1+Ka1Ka2 本讲稿第八页,共四十五页H2A分布系数与溶液分布系数与溶液pH关系曲线的讨论:关系曲线的讨论:a.pHpKa1时,时,H2C2O4为主为主b.pKa1 pH pKa2时,时,C2O4 2-为主为主d.pH=2.75时时,1最大;最大;1=0.938;2=0.028;3=0.034本讲稿第九页,共四十五页3)三元酸)三元酸 (以以H3PO4为例为例)四种存在形式:四种存在形式:H3PO4;H2PO4-;HPO42-;PO43-分布系数:分布系数:3 2 1 03=H+3 2=H+2 Ka1H+3+H+2 Ka1+H+Ka
5、1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka31=H+Ka1 Ka2H+3+H+2 Ka1+H+Ka1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka30=H+3+H+2 Ka1+H+Ka1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka3Ka1 Ka2 Ka3H+3+H+2 Ka1+H+Ka1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka3本讲稿第十页,共四十五页vH3PO4为分布曲线的讨论:为分布曲线的讨论:(pKa1=2.12;pKa2=7.20;pKa3=12.36)(1)三个)三个pKa相差较大,共存相差较大,共存 现象不明显;现象不明显;(2)pH=4.7时,时,2=0.994 3 =1 =0.003(3)pH=9.8时时 1=0.994 0
6、=2 =0.003本讲稿第十一页,共四十五页三三.酸碱溶液酸碱溶液pH的计算的计算1、酸碱质子理论酸碱质子理论 v1)Bronsted酸碱的定义v酸碱质子理论(proton theory)是在1923年布由布朗斯台德(J.N.Bronsted)和劳莱(T.M.Lowry)提出的。根据质子理论,酸是能给出质子(H+)的物质,如HOAc、H3PO4、H2PO4-、HPO42-等。碱是能接受质子的物质,如OAc-、PO43-、NH3、HPO42-等。对于Bronsted酸和碱,它们之间的关系可用下式表示vHA(酸)H+A-(碱)v而既可接受质子又可给出质子的物质称为两性物质,如H2O,HCO3-、H
7、2PO4-、HPO42-等。以H2PO4-为例:vH2PO4-H+H3PO4vH2PO4-H+HPO42-本讲稿第十二页,共四十五页v2)酸碱反应的实质)酸碱反应的实质v根据质子理论,酸碱反应的实质是质子的转移,可用下式表根据质子理论,酸碱反应的实质是质子的转移,可用下式表示示vHA(酸酸)H+A-(碱碱)v反应中酸(反应中酸(HA)失去一个质子生成其共轭碱)失去一个质子生成其共轭碱A-,碱,碱A-得到得到一个质子转变成其共轭酸一个质子转变成其共轭酸HA。这种酸碱相互转变的性质称。这种酸碱相互转变的性质称为共轭性,而这种因一个质子的得失而互相转变的每一对酸为共轭性,而这种因一个质子的得失而互相
8、转变的每一对酸(HA)碱()碱(A-)称为共轭酸碱对。如:)称为共轭酸碱对。如:HOAcOAc-,NH4+NH3、H2SO4HSO4-等。等。v由于水分子的两性作用,一个水分子可以从另外一个水分子夺取质由于水分子的两性作用,一个水分子可以从另外一个水分子夺取质子而形成子而形成H3O+和和OH-,即,即vH2O+H2OH3O+OH-v这种仅在溶剂分子之间发生的质子传递作用,称为溶剂的质子这种仅在溶剂分子之间发生的质子传递作用,称为溶剂的质子自递反应。质子与溶剂作用生成溶剂化质子自递反应。质子与溶剂作用生成溶剂化质子H3O+。这种作用。这种作用的平衡常数称为水的自递常数,用表示的平衡常数称为水的自
9、递常数,用表示v=H3O+OH-=H+OH-v在在25时,水的离子积常数等于时,水的离子积常数等于10-14,于是,于是v=10-14 p=14本讲稿第十三页,共四十五页2.质子条件和溶液质子条件和溶液pH的计算的计算1)质子条件)质子条件直接书写法:直接书写法:1、找出质子参考水平,并画出框图、找出质子参考水平,并画出框图2、写出各酸碱形式的得失质子数目、写出各酸碱形式的得失质子数目3、根据各酸碱形式的得失质子数目相等原则、根据各酸碱形式的得失质子数目相等原则写出写出PBE式式例如:例如:c moL/L HAc水溶液水溶液HAcH2O-H+Ac-H+OH-+H+H3+OH+简写为PBE:H+
10、=Ac-+OH-本讲稿第十四页,共四十五页v如如c moL/L Na2CO3水溶液水溶液2)酸碱溶液)酸碱溶液pH的计算的计算1、强酸(强碱)溶液、强酸(强碱)溶液强酸(强碱)在溶液中全部解离,在浓度不强酸(强碱)在溶液中全部解离,在浓度不是很稀时,是很稀时,H+=c,OH-=cCO32+H2O+H+HCO3-+2H+H+-H+OH-PBE:H+2H2CO3+HCO3-=OH-+H+H2CO3本讲稿第十五页,共四十五页v以以HCl溶液为例,其质子条件为溶液为例,其质子条件为vH+=OH-+cHClva)当)当HCl的浓度不是很稀时,即的浓度不是很稀时,即OH-(通常分析化学中计算(通常分析化学
11、中计算溶液酸度时允许相对误差为溶液酸度时允许相对误差为5%),当),当c20OH-时,可忽略时,可忽略OH-。一般情况下,只要。一般情况下,只要HCl溶液浓度溶液浓度10-6mol/L,则可近似,则可近似求解:求解:vH+c或或 pH=logH+=logcvb)当较小时()当较小时(10-6mol/L),),OH-不可忽略,此时不可忽略,此时vH+2cH+=0v对于强碱溶液(如对于强碱溶液(如NaOH溶液),处理方法与强酸相同溶液),处理方法与强酸相同.本讲稿第十六页,共四十五页2、一元弱酸(弱碱)溶液、一元弱酸(弱碱)溶液设有设有c moL/L的一元弱酸的一元弱酸HA溶液,其存在着溶液,其存
12、在着以下质子转移反应:以下质子转移反应:HA=H+A-;A-=KaHA/H+H2O=H+OH-;OH-=Kw/H+由质子平衡条件:由质子平衡条件:H+=A-+OH-得:得:H+2 =KaHA+Kw本讲稿第十七页,共四十五页溶液溶液pH计算的准确式与简化式的讨论计算的准确式与简化式的讨论:H+2=KaHA+Kw 上式为计算一元弱酸溶液中上式为计算一元弱酸溶液中H+的精确式。但的精确式。但式中的式中的HA为为HA的平衡浓度,未知项。的平衡浓度,未知项。引入分布系数引入分布系数:HA=c HA 得得 一元三次方程:一元三次方程:H+3+KaH+2-(cKa+Kw)H+KaKw=0本讲稿第十八页,共四
13、十五页讨论:讨论:1)当计算允许有小于当计算允许有小于5%的误差时,如果弱酸的浓度不是太小,即:的误差时,如果弱酸的浓度不是太小,即:c/Ka500,可近似认为可近似认为HA等于总浓度等于总浓度c,且且cKa 20Kw则:则:H+2=cKa+Kw 2)若弱酸的若弱酸的Ka也不是太小,即:也不是太小,即:c/Ka500,cKa20Kw,忽略,忽略Kw项,项,则可得则可得最简式:最简式:H+2=cKa3)若弱酸,若弱酸,c/Ka 500,cKa20Kw H+2=KaHA+Kw H+2 =KaHA由由HA=c-H+得:得:H+2+KaH+-Ka c=0注:对于一元弱碱,只要将公式中的注:对于一元弱碱
14、,只要将公式中的Ka换成换成Kb,H+换成换成OH-即可。即可。本讲稿第十九页,共四十五页3、多元酸碱溶液、多元酸碱溶液设有设有c moL/L的二元弱酸的二元弱酸H2B溶液,其质子条溶液,其质子条件:件:H+=HB-+2B2-+OH-,由,由HB-及及B2-的分布分数表达式代入上述质子条件式,的分布分数表达式代入上述质子条件式,可得到求取可得到求取H+的一元四次方程。的一元四次方程。一般地说,对于一般地说,对于多元酸碱,由于多元酸碱,由于Ka1/Ka2达到达到105,故故溶液中的溶液中的H+、OH-主要来自主要来自多元多元酸碱的第一级离解,第二级起离解的酸碱的第一级离解,第二级起离解的H+、O
15、H-可忽略不计。因此对于可忽略不计。因此对于多元酸碱溶多元酸碱溶液液一般可按一一般可按一元弱酸碱溶液处理。判别条件元弱酸碱溶液处理。判别条件只要将只要将一一元弱酸碱溶液元弱酸碱溶液pH的计算式中的的计算式中的Ka、Kb换成换成Ka1、Kb1即可。即可。本讲稿第二十页,共四十五页4、两性物质溶液1)酸式盐酸式盐应用条件:应用条件:c 20 Ka1;cKa220Kw pH=1/2(pKa1+pKa2)2)弱酸弱碱盐)弱酸弱碱盐应用条件:应用条件:c 20 Ka;cKa20Kw pH=1/2(pKa+pKa)Ka=Kw/Kb本讲稿第二十一页,共四十五页5、酸碱缓冲溶液、酸碱缓冲溶液一)、酸碱缓冲溶液
16、一)、酸碱缓冲溶液pH计算计算 pH=pKA+lg(cA/cHA)二)、缓冲指数二)、缓冲指数dc/dpH对于缓冲溶液,在HA为弱酸时,溶液的pH由HAA-的缓冲体系控制,且当pHpKa或HA=A-时,HA有极大值。三)、缓冲容量三)、缓冲容量缓冲溶液因外加强酸或强碱的量为c而发生的pH的变化为 pH。本讲稿第二十二页,共四十五页四)、常见的缓冲溶液四)、常见的缓冲溶液缓冲溶液有一般缓冲溶液和标准缓冲溶液。P43,表21,表23为常见的标准缓冲溶液,一般缓冲溶液,弱酸及弱酸盐、弱碱及弱碱盐、多元酸及其共轭碱组成。本讲稿第二十三页,共四十五页四、配位滴定中的副反应及条件稳定常数四、配位滴定中的副
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