第三章-酸碱滴定法优秀PPT.ppt
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1、第三章第三章第三章第三章 酸碱滴定法酸碱滴定法酸碱滴定法酸碱滴定法(acid-base titrimetry)acid-base titrimetry)Analytical chemistryAnalytical chemistry分布系数计算分布系数计算酸碱溶液酸碱溶液pH值计算值计算酸碱滴定突跃及终点酸碱滴定突跃及终点 计算计算酸碱指示剂变色原理酸碱指示剂变色原理及选择及选择本章重点:本章重点:一一.现代酸碱理论现代酸碱理论Modern theory of acids and basesBrsted-Lowry theory质子酸碱理论质子酸碱理论共轭酸共轭酸 共轭碱共轭碱 +H+conj
2、ugate acid conjugate base proton 酸碱共轭关系酸碱共轭关系 酸碱反应的实质酸碱反应的实质 酸碱的强度酸碱的强度(一一)理解质子酸碱理论:理解质子酸碱理论:(二)(二)酸碱反应的平衡常数酸碱反应的平衡常数Equilibrium constant酸的离解:酸的离解:碱的离解:碱的离解:Acid dissociationBase dissociation水的自递:水的自递:对共轭酸碱对对共轭酸碱对 HAA-例题例题3-1求求HS-的的pKb。解:解:多元酸多元酸pKa1pKa2pKa3pKb3pKb2pKb1(三三)活度与浓度活度与浓度activity and con
3、centration离子的活度离子的活度 与浓度与浓度c 通过活度系数通过活度系数 联系起来:联系起来:活度活度 :物质在:物质在化学反应化学反应中表现出的有效浓度。中表现出的有效浓度。浓度浓度c:与物质的量干脆相关。:与物质的量干脆相关。活度系数活度系数 :衡量实际溶液:衡量实际溶液对志向溶液的偏离程度,对志向溶液的偏离程度,可由可由Debye-Hckel 方程求方程求出:出:二二.pH对酸碱各型体分布的影响对酸碱各型体分布的影响对一元弱酸:对一元弱酸:总浓度总浓度 c,也叫分析浓度,也叫分析浓度 Analytical concentration:各种存在形式的平衡浓度的总和各种存在形式的平
4、衡浓度的总和平衡浓度平衡浓度 equilibrium concentration:HA,A-NoticeNotice:HAHA,A-A-随随随随pHpH的变更而变更。酸的总浓的变更而变更。酸的总浓的变更而变更。酸的总浓的变更而变更。酸的总浓度度度度 c c不随不随不随不随pHpH变更。变更。变更。变更。species distribution(一)分布系数分布系数分布系数分布系数 Distribution coefficientDistribution coefficient分布系数分布系数:某种存在形式的平衡浓度占总浓度的某种存在形式的平衡浓度占总浓度的分数,以分数,以 表示。表示。分布曲线
5、分布曲线:分布系数与分布系数与pH值间的关系曲线。值间的关系曲线。一元弱酸一元弱酸多元弱酸:多元弱酸:1.一元酸(碱)的分布系数一元酸(碱)的分布系数一元弱酸:一元弱酸:Monobasic acid HAc的分布曲线的分布曲线HAcAc一元弱酸的分布曲线分析一元弱酸的分布曲线分析作图,即分布曲线作图,即分布曲线 ipH0.51.0pKaHAA作图,可得分布曲线作图,可得分布曲线一元弱碱的分布系数一元弱碱的分布系数对于一元弱碱,可以转化成其共轭酸处理。对于一元弱碱,可以转化成其共轭酸处理。例:例:已知已知NH3的的pKb=4.75,求求pH=2.00 时时NH3 和共轭酸的和共轭酸的分布系数。分
6、布系数。解:解:先思索:什么为主要存在型体?先思索:什么为主要存在型体?2.多元酸(碱)的分布系数多元酸(碱)的分布系数二元弱酸二元弱酸N 元酸元酸二元酸的分布曲线二元酸的分布曲线二元酸的分布曲线二元酸的分布曲线 i iHH2 2A AHAHAA A(6(6)(7(7)(3)(3)(4)(4)(5)(5)(1)(1)(2)(2)p pK Ka1a1p pK Ka2a2*留意留意留意留意pKapKa的的的的大小。大小。大小。大小。离解常数离解常数对分布曲线的影响对分布曲线的影响3.优势区域图优势区域图pH 0 2 4 6 8 10 12 14(1)HF,pKa=3.17HFF-(2)HAc,pK
7、a=4.76HAcAc-(3)NH4+,pKa=9.25NH4+NH3(4)H2C2O4,pKa1=1.25,pKa2=4.29HC2O4-H2C2O4C2O42-(5)H3PO4,pKa1=2.16,pKa2=7.21,pKa3=12.32H2PO4-H3PO4PO43-HPO42-共轭酸碱对共存区共轭酸碱对共存区例题例题1、一探讨生欲探讨某二元酸物质、一探讨生欲探讨某二元酸物质H2A的各种型体在微波萃的各种型体在微波萃取过程中的行为,配制了取过程中的行为,配制了9个溶液,溶液的个溶液,溶液的pH依次从依次从2 变更变更到到8。所的结果如图示。该探讨生得出结论:酸度对该物质。所的结果如图示。
8、该探讨生得出结论:酸度对该物质的微波萃取无影响。已知该物质的的微波萃取无影响。已知该物质的pKa1 和和pKa2分别为分别为7.1 和和12.7。请问这个结论牢靠吗?。请问这个结论牢靠吗?萃萃取取率率pH0 2 4 6 8答:不行靠。答:不行靠。因为在因为在pH 27区间,主要存在区间,主要存在的型体是的型体是H2A,在,在pH7时,时,HA的浓度增大,由于试验误差,的浓度增大,由于试验误差,难以看出变更趋势。试验未达难以看出变更趋势。试验未达到到A的存在区域,不能说明的存在区域,不能说明A在在微波萃取中的行为。微波萃取中的行为。例题例题已知已知 HF 的的pKa=3.18,欲用欲用 HF 掩
9、蔽掩蔽Al(III)离离子,子,pH 应限制在多大?应限制在多大?答:答:pH 3.18。三、酸碱指示剂(一)(一)酸碱指示剂的作用原理及变色范围酸碱指示剂的作用原理及变色范围(二)(二)影响指示剂变色范围的各种因素影响指示剂变色范围的各种因素(三)(三)混合指示剂混合指示剂(一)(一)酸碱指示剂的作用原理及变色范围酸碱指示剂的作用原理及变色范围甲基橙甲基橙酚酞酚酞 酸碱指示剂一般是有机弱酸或有机弱碱,酸碱指示剂一般是有机弱酸或有机弱碱,其共轭酸碱形式具有明显不同的颜色。其共轭酸碱形式具有明显不同的颜色。COHOHCOO-HOOH-H+pKa=9.1CCOO-OO-酸碱指示剂的作用原理及变色范
10、围酸碱指示剂的作用原理及变色范围作用原理作用原理indicator作用于人眼的颜色由作用于人眼的颜色由 确定,而确定,而 又由又由 确定,确定,因此可由颜色的变化判断因此可由颜色的变化判断H+的变化,确定滴定的终点。的变化,确定滴定的终点。碱色碱色酸色酸色指示剂指示剂颜色颜色pKapT变色范围变色范围酸色酸色过度过度碱色碱色甲基橙甲基橙红红橙橙黄黄3.44.03.14.4甲基红甲基红红红橙橙黄黄5.25.24.46.2酚酞酚酞无色无色粉红粉红红红9.18.09.6指指示示剂剂变变色色范范围围理论变色点:理论变色点:pKa实际变色点:实际变色点:pT理论变色范围:理论变色范围:pKa 1甲基橙指
11、示剂的变色范围示意图HInIncolour change intervalpH在在pKHIn1到到pKHIn1 之间,才能看到指之间,才能看到指示剂颜色变更的状况。示剂颜色变更的状况。不同的指示剂有不同的不同的指示剂有不同的pKHIn值,所以有不同的值,所以有不同的变色范围。变色范围。溶液中溶液中HIn=In-,则溶液的,则溶液的H+=pKHIn,是指,是指示剂变色最灵敏点。示剂变色最灵敏点。人眼对混合色调中两种颜色的敏感程度不同,指人眼对混合色调中两种颜色的敏感程度不同,指示剂的实际变色范围并不都是两个示剂的实际变色范围并不都是两个pH单位。单位。如甲基橙:如甲基橙:pK3.4,理论变色范围
12、:理论变色范围:2.4(红)(红)4.4(黄)(黄)实际变色范围:实际变色范围:3.1(红)(红)4.4(黄)(黄)3.2 影响指示剂变色范围的各种因素影响指示剂变色范围的各种因素指示剂的用量指示剂的用量温度的影响温度的影响对对Ka的影响的影响离子强度的影响离子强度的影响Ka与与Kac的差别增大的差别增大溶剂的影响溶剂的影响 3.3 混合指示剂混合指示剂作用原理作用原理分类分类颜色互补颜色互补两种指示剂混合两种指示剂混合指示剂与染料混合指示剂与染料混合例:溴甲酚绿例:溴甲酚绿甲基红甲基红pH 0 2 4 6 8甲基红甲基红溴甲酚绿溴甲酚绿溴甲酚绿溴甲酚绿甲基红甲基红四四.酸碱滴定酸碱滴定(一)
13、(一)各种溶液各种溶液H+的计算的计算(二)(二)酸碱滴定曲线与指示剂的选择酸碱滴定曲线与指示剂的选择(三)(三)酸碱滴定中酸碱滴定中CO2的影响的影响物料平衡式物料平衡式 mass balance equation,MBE在平衡状态,某组分的分析浓度等于其各型体的平在平衡状态,某组分的分析浓度等于其各型体的平衡浓度之和的数学表达式。衡浓度之和的数学表达式。电荷平衡式电荷平衡式电荷平衡式电荷平衡式 charge balance equation,CBE在平衡状态,溶液中正离子所带电荷总数与负离子在平衡状态,溶液中正离子所带电荷总数与负离子所带电荷总数相等的数学表达式。所带电荷总数相等的数学表达
14、式。(一)各种溶液(一)各种溶液H+的计算的计算质子平衡式质子平衡式 proton balance equation,PBE在平衡状态,体系中得失质子的物质的量相等的数在平衡状态,体系中得失质子的物质的量相等的数学表达式。学表达式。对溶液进行分析后,依据三大平衡,严格从定义推导出对溶液进行分析后,依据三大平衡,严格从定义推导出精确式,然后依据具体状况作简化处理。精确式,然后依据具体状况作简化处理。各种溶液各种溶液H+的计算的计算强酸(碱)溶液强酸(碱)溶液一元弱酸(碱)溶液一元弱酸(碱)溶液多元弱酸(碱)溶液多元弱酸(碱)溶液两性物质两性物质混合酸碱溶液混合酸碱溶液用同样的思路可处理强碱体系。
15、用同样的思路可处理强碱体系。1.强酸(强碱)溶液强酸(强碱)溶液2.2.一元弱酸(弱碱)溶液一元弱酸(弱碱)溶液一元弱酸(弱碱)溶液一元弱酸(弱碱)溶液浓度为浓度为ca mol/L 的的 HA溶液溶液20waaKCK浓度为浓度为Ca mol/L 的的 H2A溶液溶液3.3.多元弱酸(弱碱)溶液多元弱酸(弱碱)溶液多元弱酸(弱碱)溶液多元弱酸(弱碱)溶液视为一元弱酸处理视为一元弱酸处理二元酸可否作为一元酸处理,主要确定于两级二元酸可否作为一元酸处理,主要确定于两级离解常数的差别的大小。对溶液离解常数的差别的大小。对溶液pHpH的计算,一的计算,一般误差可允许般误差可允许5%1.5pK 1.5的二
16、元酸,可作一元酸处理。的二元酸,可作一元酸处理。4.两性物质两性物质两性物质:在溶液中既可以接受质子显碱的性质,又可以供两性物质:在溶液中既可以接受质子显碱的性质,又可以供应质子显酸的性质的物质。应质子显酸的性质的物质。21HaaKK=+例:例:0.10 mol/L NaHCO3,pKa1=6.38,pKa2=10.25。解:解:例:例:求求0.10 mol/L NH4Ac 溶液的溶液的pH。NH4Ac作为碱作为碱Ka(HAc)作为酸作为酸Ka(NH4+)对应对应解:解:5.缓冲溶液缓冲溶液l缓冲溶液限制缓冲溶液限制pHpH的范围为的范围为pKapKa1 1l共轭酸碱对浓度接近时共轭酸碱对浓度
17、接近时,缓冲实力最大。缓冲实力最大。混合酸混合酸两种强酸两种强酸弱酸与强酸弱酸与强酸两种弱酸两种弱酸(1)两种强酸)两种强酸(2)弱酸与弱酸混合:)弱酸与弱酸混合:例如例如 Ca1 mol/L HA+Ca2 mol/L HB6.混合酸(碱)混合酸(碱)(3)强酸与弱酸混合:)强酸与弱酸混合:例如例如 a mol/L HCl+Ca mol/L HAc(一)(一)酸碱滴定曲线与指示剂的选择酸碱滴定曲线与指示剂的选择滴定能否精确进行滴定能否精确进行滴定过程中滴定过程中pH的变更规律的变更规律怎样选择合适的指示剂怎样选择合适的指示剂 强酸强碱滴定强酸强碱滴定 强碱滴定弱酸强碱滴定弱酸 强酸滴定弱碱强酸
18、滴定弱碱 可行性推断与极弱酸的滴定可行性推断与极弱酸的滴定 多元酸的滴定多元酸的滴定 混合酸的滴定混合酸的滴定 多元碱与混合碱的滴定多元碱与混合碱的滴定(一)(一)酸碱滴定曲线与指示剂的选择酸碱滴定曲线与指示剂的选择强酸强碱滴定强酸强碱滴定滴定反应滴定反应设滴定过程中,溶液中剩余的强酸浓度为设滴定过程中,溶液中剩余的强酸浓度为 a mol.L-1,过量的过量的强碱浓度为强碱浓度为 b mol.L-1。例:例:用用0.1000 mol.L-1 NaOH 滴定滴定 20.00 mL 0.1000 mol.L-1 HCl。滴定阶段滴定阶段PBEH+计算式计算式滴定前滴定前H+=OH-+aH+=a化学
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