三章节酸碱滴定法.ppt
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1、三章节酸碱滴定法 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望学习指南学习指南酸碱滴定法(acid-basetitration)是基于酸和碱之间进行质子传递的滴定分析方法,是重要的滴定方法之一。通过本章学习,应进一步理解酸碱质子理论、酸碱平衡和分布系数等基本知识,掌握缓冲溶液的缓冲容量和缓冲范围的物理意义及选择缓冲溶液的基本原则;熟练掌握酸碱水溶液中H+的计算方法;理解酸碱指示剂的变色原理,掌握常用酸碱指示剂变色范围和变色点,掌握酸碱指示剂的使用方法;了解各类酸
2、碱滴定滴定曲线的特征,掌握影响各类酸碱滴定突跃范围的因素;掌握一元弱酸(碱)、多元酸(碱)和混合酸(碱)滴定可行性判断方法及指示剂的选择方法;掌握酸、碱标准滴定溶液的配制和标定方法;了解酸碱滴定法在生产实际中应用;了解非水滴定的原理;掌握非水滴定滴定剂、溶剂的选择和终点的确定方法;了解非水滴定的应用。在学习过程中,应复习无机化学中酸碱平衡及其有关计算,这些相关的知识对掌握酸碱滴定基本原理会有很大的帮助。返回2022/11/22制作人:刘开敏第一节第一节 概概 述述一、酸碱平衡的研究二、浓度、活度和活度系数三、酸碱质子理论四、分布分数的计算五、酸碱水溶液中H+浓度计算公式及使用条件六、酸碱缓冲溶
3、液返回2022/11/23制作人:刘开敏一、酸碱平衡研究的内容一、酸碱平衡研究的内容1由投料组分的浓度c和相关平衡常数Ka,求算各种形式的浓度c 或活度a。例如,pH的计算。2从pH和相关的平衡常数Ka,求算分布分数。例如,pH从0到14,EDTA由H6Y2+至Y4-,七种形式的分布分数i与pH的关系。3测出了某些形式的浓度,且已知投料组分的浓度c,则可以测算相关的平衡常数。4缓冲溶液的理论及应用。5酸碱指示剂,滴定曲线和终点误差。返回2022/11/24制作人:刘开敏二、浓度、活度和活度系数二、浓度、活度和活度系数浓度、活度和活度系数之间的关系:=ici为i的活度系数,表达实际溶液和理想溶液
4、之间偏差大小。对于强电解质溶液,当溶液的浓度极稀时,离子之间的距离是如此之大,以致离子之间的相互作用力可以忽略不计,活度系数就可以视为1,即=c。返回2022/11/25制作人:刘开敏三、酸碱质子理论三、酸碱质子理论1酸与碱的定义 凡能给出质子的物质是酸,酸失去1个质子后转化成它的共轭碱;凡是能接受质子的物质是碱,碱得到1个质子后转化成它的共轭酸,如HAc和Ac-为共轭酸碱对。既能给出质子,有可得到质子的物质为两性物质,如H2O、HCO32-为两性物质。2酸碱反应的实质 酸碱反应是质子转移的反应,酸给出质子而碱同时接受质子。3酸碱强度 酸碱的离解常数反映了酸碱的强度,酸碱的离解常数越大,酸碱的
5、强度越强。酸越强,其共轭碱就越弱;酸越弱,其共轭碱就越强。4共轭酸碱对关系 KaKb=Kw=1.010-14返回2022/11/26制作人:刘开敏四、分布系数四、分布系数计算计算 1分析浓度与平衡浓度分析浓度:一定体积溶液中含某种物质的量,包括已离解和未离解两部分,也称总浓度,用c表示。平衡浓度:溶解达到平衡时,溶液中存在的各组分的物质的量浓度,用表示。2酸的浓度与酸度,碱的浓度与碱度酸的浓度又叫酸的分析浓度,指单位体积溶液中所含某种酸的物质的量(mol),包括未解离的和已解离的酸的浓度。酸度是指溶液中H+的浓度或活度,常用pH表示。碱的浓度又叫碱的分析浓度,指单位体积溶液中所含某种碱的物质的
6、量(mol),包括未解离的和已解离的碱的浓度。碱度是指溶液中OH-的浓度或活度,常用pOH表示。2022/11/27制作人:刘开敏四、分布系数四、分布系数计算计算 3分布系数溶液中某酸碱组分的平衡浓度占其总浓度的分数,称为分布系数,以表示。分布系数取决于该酸碱物质的性质和溶液H+浓度,与总浓度无关。分布系数能定量说明溶液中的各种酸碱组分的分布情况。通过分布系数,可求得溶液中酸碱组分的平衡浓度,酸度对溶液中酸(或碱)的各种存在形式的分布的影响规律,对掌握反应的条件具有指导意义。各种存在形式的分布系数的和等于1。2022/11/28制作人:刘开敏四、分布系数四、分布系数计算计算 4计算及分布图(1
7、)一元酸溶液如HAc:HAc,Ac-2022/11/29制作人:刘开敏四、分布系数四、分布系数计算计算Ac-随pH的增高而增大,HAc随pH的增高而减小。当pH=pKa(4.74)时,Ac-=HAc=0.50,HAc与Ac-各占一半;当pHpKa时,主要存在形式是Ac-。与总浓度c无关,是pH和pKa的函数。HAc和Ac-与总浓度c有关。2022/11/210制作人:刘开敏四、分布系数四、分布系数计算计算(2)二元酸溶液如草酸:H2C2O4,HC2O4-,C2O422022/11/211制作人:刘开敏四、分布系数四、分布系数计算计算(3)多元酸溶液如磷酸:H3PO4,H2PO4-1,PO42-
8、,PO43-2022/11/212制作人:刘开敏四、分布系数四、分布系数计算计算当pHpKa1时,主要存在形式是H2C2O4,草酸的三种形式在不同pH时的分布图如右:当pKa1pHpKa2,主要存在形式是C2O42。当pH=pKa1,0=1=0.50当pH=pKa2,1=2=0.502022/11/213制作人:刘开敏四、分布系数四、分布系数计算计算H3PO4的分布曲线:返回2022/11/214制作人:刘开敏五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+浓度计算公式浓度计算公式及使用条件及使用条件1强酸(强碱)溶液(1)强酸溶液A最简式H+=Ca(Ca10-6mol/L)B近似式(Ca10-6mo
9、l/L)(2)强碱溶液A最简式OH-=Cb(Cb10-6mol/L)B近似式(Cb10-6mol/L)2022/11/215制作人:刘开敏五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+浓度计算公式浓度计算公式及使用条件及使用条件2一元弱酸(碱)和多元弱酸(碱)(1)一元弱酸A最简式:(CKa20Kw及C/Ka500)B近似式:(CKa20Kw及C/Ka500)(CKa20Kw及C/Ka500)2022/11/216制作人:刘开敏五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+浓度计算公式浓度计算公式及使用条件及使用条件(2)一元弱碱A最简式:(CKb20Kw及C/Kb500)B近似式:(CKb20Kw及C/
10、Kb500)(CKbCHBKHB)2022/11/219制作人:刘开敏五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+浓度计算公式浓度计算公式及使用条件及使用条件 6两种弱碱的混合(CB1KHB1CB2KHB2)7两性物质(1)酸式盐如:NaHAA.近似式:HA-C,忽略HA-的离解HA-C,Ka220Kw忽略HA-和水的离解B.最简式:HA-C,Ka220Kw C20Ka12022/11/220制作人:刘开敏五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+浓度计算公式及浓度计算公式及使用条件使用条件(2)一元弱酸弱碱盐如:NH4Ac,NH4FA.近似式:(HA=A-C,忽略HA和A-的离解)(HA=A-C,
11、Ka20Kw,忽略HA、A-和水的离解)B.最简式:(HA=A-C,Ka20Kw,C20Ka)2022/11/221制作人:刘开敏五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+浓度计算公式浓度计算公式及使用条件及使用条件8多元酸的盐如:(NH4)2CO3、(NH4)2S最简式:9HAc+NaF,H3BO3+NaAc的混合液近似式:最简式:当KHAcCHAc20Kw,CF-20KHF时:2022/11/222制作人:刘开敏五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+浓度计算公式浓度计算公式 及使用条件及使用条件【例3-1】分别计算c(HCl)=0.039mol/L、c(HCl)=2.610-7mol/L的
12、HCl溶液的pH。解:(1)因为(HCl)=0.039mol/L1.010-7mol/L所以可采用最简式计算即:H+=c(HCl)=0.039mol/LpH=lg0.039=1.41答:(HCl)=0.039mol/L的HCl溶液pH为1.41。2022/11/223制作人:刘开敏五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+浓度计算公式浓度计算公式 及使用条件及使用条件(2)c(HCl)=2.610-7mol/L浓度太稀,其c(HCl)10-8mol/L,所以需考虑水的离解,应采用精确式计算。即:H+=所以:H+=2.910-7mol/LpH=lgH+=lg2.910-7mol/L=6.53答:c
13、(HCl)=2.610-7mol/L的HCl溶液pH为6.53。2022/11/224制作人:刘开敏五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+浓度计算公式浓度计算公式 及使用条件及使用条件【例3-2】分别计算c(HAc)=0.083mol/L、c(HAc)=3.410-7mol/L的HAc溶液的pH。(pKa(HAc)=4.76)解:(1)c(HAc)=0.083mol/L时,因为4.8103500,且cKa=0.08310-4.76=1.410-620Kw因此可以使用最简式计算,即:所以H+mol/L1.210-3mol/LpH=lg1.210-3=2.92答:c(HAc)=0.083mol/
14、L的HAc溶液的pH为2.92。2022/11/225制作人:刘开敏五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+浓度计算公式浓度计算公式 及使用条件及使用条件(2)c(HAc)=3.410-4mol/L时,因为2020Kw因此应该使用近似计算式,即:所以H+=6.910-5mol/LpH=lg6.910-5=4.16答:c(HAc)=3.410-4mol/L的HAc溶液的pH为4.16。2022/11/226制作人:刘开敏五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+浓度计算公式浓度计算公式 及使用条件及使用条件【例3-3】试计算0.31mol/L的Na2CO3水溶液的pH。解:Na2CO3在水溶液中是
15、一种二元弱碱,其对应的共轭酸 H2CO3的离解常数为:弱碱的离解常数:因为,且因此可以使用最简式:pOH=lg7.410-3=2.13,pH=14-2.13=11.87答:0.31mol/L的Na2CO3水溶液的pH为11.87。返回2022/11/227制作人:刘开敏六、酸碱缓冲溶液六、酸碱缓冲溶液1酸碱缓冲溶液定义一种能对溶液的酸度起稳定作用的溶液。若往缓冲溶液中加入少量酸或少量碱,或因溶液中发生的化学反应产生了少量的酸或碱,或将溶液稍加稀释,溶液的酸度基本不变。缓冲溶液通常由浓度较大的弱酸及其共轭碱所组成。pH范围一般为212。例如,HAc-Ac-,NH4Cl-NH3等。强酸(pH12)
16、溶液也是缓冲溶液,可以抵抗少量外加酸或碱的作用,但不具有抗稀释作用。2022/11/228制作人:刘开敏六、酸碱缓冲溶液六、酸碱缓冲溶液2缓冲溶液pH值的计算 近似式:(当pH6时)(当pH8时)最简式:当Ca,Cb20H+或Ca,Cb20OH-时2022/11/229制作人:刘开敏六、酸碱缓冲溶液六、酸碱缓冲溶液【例3-4】求0.10mol/LNH4Cl和0.20mol/LNH3缓冲溶液的pH。解:已知NH3的,NH4+的,由于和均较大,故可用下式计算,得:=9.562022/11/230制作人:刘开敏六、酸碱缓冲溶液六、酸碱缓冲溶液3.缓冲指数(buffer index)表示相关酸碱组分分
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