分析化学第三章酸碱缓冲溶液.ppt

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1、3.4 酸碱缓冲溶液酸碱缓冲溶液生理缓冲溶液生理缓冲溶液人体液人体液(37)正常正常pH 为为7.35-7.45。每人每天耗。每人每天耗O2600L,产生产生CO2酸量约合酸量约合2L浓浓HCl,除呼出除呼出CO2及肾排酸外及肾排酸外,归功于血液归功于血液的缓冲作用。的缓冲作用。血红蛋白血红蛋白:HHb-KHb 血浆蛋白血浆蛋白:HPr-NaPr氧络血红蛋白氧络血红蛋白:HHbO2-KHbO2磷酸盐磷酸盐:H2PO4-HPO42-碳酸盐碳酸盐:H2CO3-HCO3-(1.35mmolL-127 mmolL-1)pH=6.10+lg20=7.4013.4.1 缓冲容量缓冲容量 (p87)1L 溶

2、液中引入强碱或强酸的溶液中引入强碱或强酸的 mol数与数与pH变化量的比值。变化量的比值。2 -pH曲线曲线(p88)1 3 5 7 9 11 13 pH2.88 4.76 8.88pKa1086420102 H+HAc+Ac-OH-0.1molL-1 HAc Ac-0.1molL-1强酸强酸:H+=2.3H+2.3c(HCl)(pH11)共轭体系共轭体系:HA A-HA A-=2.3cx1x0 3共轭体系缓冲容量的特点：共轭体系缓冲容量的特点：（1）c,c增大增大,增大增大（2）H+=Ka(pH=pKa)时时,max=0.575c（3）缓冲范围缓冲范围:pKa-1 pH pKa+1pKa-1

3、x1=0.9,x0=0.1=0.36 maxpKa+1x1=0.1,x0=0.9=0.36 maxpKa20.99,0.01=0.04 max43.4.2 缓冲溶液的选择缓冲溶液的选择1.有较大的缓冲能力有较大的缓冲能力:c 较大较大(0.011molL-1);pHpKa,即即ca cb1 14.5 6810HAc NaAc:pKa=4.76 (pH 45.5)NH4OHNH3:pKb=4.75 (pH )(CH2)6N4(CH2)6N4H+:pKb=8.87 (pH )2.不干扰测定不干扰测定(EDTA滴定滴定Pb2+,不用不用HAc-Ac-)。5常用缓冲溶液常用缓冲溶液(p89)缓冲溶液缓

4、冲溶液pKa缓冲范围缓冲范围氨基乙酸氨基乙酸+HCl2.351.53.0氯乙酸氯乙酸+NaOH2.8623.5甲酸甲酸+NaOH3.7734.5HAc+NaAc4.7645.5六次甲基四胺六次甲基四胺+HCl5.134.56.0H2PO4-+HPO42-7.216.58三羟甲基甲胺三羟甲基甲胺+HCl8.217.59硼砂硼砂(H3BO3+H2BO3-)9.248.510NH4+NH39.258.51063.4.3 缓冲溶液的配制方法缓冲溶液的配制方法 1.按比例加入按比例加入HA和和A(NaAc+HAc,NH4Cl+NH3);2.溶液中溶液中H+大大,加过量加过量A-,溶液中溶液中OH-大大,

5、加过量加过量HA;3.溶液中有溶液中有HA,可加可加NaOH中和一部分中和一部分,溶液中有溶液中有A,可加可加HCl中和一部分中和一部分;形成形成HA-A-共轭体系共轭体系7配制缓冲溶液的计量方法配制缓冲溶液的计量方法方法方法1:(确定引入酸确定引入酸or碱碱)1.按所需按所需pH求求ca/cb:pH0=pKa+lg(cb/ca);2.按引入的酸按引入的酸(碱碱)量量ca及及pH变化限度计算变化限度计算ca和和cb:3.据据ca,cb及所需溶液体积配制溶液及所需溶液体积配制溶液.8方法方法2:(确定引入酸确定引入酸or碱碱)1.分别计算分别计算pH0和和pH1时的时的x(HA)、x(A)2.引

6、入酸的量引入酸的量c(HCl)=x(HA)c总总 (引入碱的量引入碱的量c(NaOH)=x(A)c总总)求出求出c总总3.pH0时时 ca=c总总x(HA)cb=c总总x(A)9方法方法3:(引入酸碱均适用引入酸碱均适用)1.根据引入的酸根据引入的酸(碱碱)量求量求2.根据所需根据所需pH求总浓度求总浓度c:=2.3cx0 x13.按按x0与与x1的比值配成总浓度为的比值配成总浓度为c的缓冲溶液的缓冲溶液.10例例3.17 (p88)欲制备欲制备200 mL pH=9.35 的的NH3-NH4Cl缓冲溶液，且使该溶液在加入缓冲溶液，且使该溶液在加入1.0 mmol 的的HCl或或NaOH时，时

7、，pH的改变的改变不大于不大于0.12单位，需用多少克单位，需用多少克NH4Cl和多少毫升和多少毫升1.0 mol/L氨水？氨水？pKb(NH3)=4.7511解解又又m(NH4Cl)=cx(NH4+)V M(NH4Cl)V(NH3)=c x(NH3)V/c(NH3)12全域缓冲溶液全域缓冲溶液-pH图图0 2 4 6 8 10 12 14pH 0.1000.0750.0500.0250.000pKa:3,5,7,9,11五种弱酸五种弱酸c0.1mol/L,max=0.058Britton-Robinson缓冲溶液缓冲溶液 (H3PO4-HAc-H3BO3)133.4.4 常用标准缓冲溶液常用

8、标准缓冲溶液 (p91)标准缓冲溶液的标准缓冲溶液的pH是实验测定的是实验测定的,用于校准酸度计。用于校准酸度计。缓缓 冲冲 溶溶 液液pH(25oC)饱和酒石酸氢钾饱和酒石酸氢钾(0.034molkg-1)3.557邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾(0.050molkg-1)4.0080.025molkg-1 KH2PO4+0.025molkg-1 Na2HPO4 6.865硼砂硼砂(0.010molkg-1)9.180饱和氢氧化钙饱和氢氧化钙12.454143.5 酸碱指示剂酸碱指示剂(p93)甲基橙甲基橙 Methyl Orange(MO)(CH3)2N(CH3)2N=N=N H=NNSO3

9、-SO3-OH-H+红红3.1-4.0(橙橙)-4.4黄黄pKa=3.43.5.1 作用原理作用原理:酸形和碱形具有不同的颜色酸形和碱形具有不同的颜色.15甲基橙的甲基橙的x-pH图图 (p95)0 2 4 6 8 pHpKa=3.4,pT=4.0(滴定指数滴定指数)红红 橙橙 黄黄3.1 4.40.660.340.910.090.80.21.00.50.0 x16MOMRPP3.1 4.44.4 6.28.0 9.64.0 pT5.0 pT=pKa9.0常用单一酸碱指示剂常用单一酸碱指示剂(要记住要记住)百里酚酞百里酚酞:无色无色 9.4-10.0(浅蓝浅蓝)-10.6蓝蓝17混合指示剂：混

10、合指示剂：甲基红甲基红+溴甲酚绿溴甲酚绿 5.0-5.1-5.2 暗红暗红 灰灰 绿绿 用于用于Na2CO3标定标定HCl时指示终点时指示终点由于颜色互补使变色间隔变窄由于颜色互补使变色间隔变窄,变色敏锐变色敏锐.183.5.2 影响指示剂变色间隔的因素影响指示剂变色间隔的因素1.指示剂用量指示剂用量:宜少不宜多宜少不宜多,看清颜色即可看清颜色即可2.温度温度:温度影响温度影响pKa,影响变色间隔影响变色间隔,一般应室温滴定一般应室温滴定3.盐类盐类:离子强度影响离子强度影响pKa 193.6 酸碱滴定曲线和指示剂的选择酸碱滴定曲线和指示剂的选择选择指示剂的原则选择指示剂的原则:指示剂的变色点

11、尽可能与化学计量点接近，指示剂的变色点尽可能与化学计量点接近，以减小滴定误差。在滴定以减小滴定误差。在滴定突跃突跃范围变色的指示范围变色的指示剂可使滴定剂可使滴定(终点终点)误差误差小于小于0.1%。直接滴定直接滴定：指示剂在化学计量点：指示剂在化学计量点前前变色，误差为变色，误差为 ；指示剂在化学计量点指示剂在化学计量点后后变色，误差为变色，误差为。返滴定返滴定：滴定曲线：滴定曲线：溶液溶液pH 随中和百分数（随中和百分数（T%）变化的曲线。）变化的曲线。误差符号相反。误差符号相反。203.6.1 强酸碱滴定强酸碱滴定 0.10molL-1 NaOH滴定滴定20.00mL 0.10molL-

12、1 HCl H+OH-=H2O Kt=1/Kw=1014.00-0.1%时时:pH=4.302.滴定开始到滴定开始到sp前前:H+=c(HCl)(未中和未中和)1.滴定前滴定前:H+=c(HCl)=0.1000molL-1 pH=1.00213.sp时时:H+=OH-pH=7.004.sp后后:OH-=c(NaOH)(过量过量)+0.1%时时:H+=2.010-10molL-1 pH=9.70220.1000molL-1 NaOH滴定滴定20.00mL 0.1000molL-1 HCl(p99)NaOHmLT%剩余剩余HClmL过量过量NaOHpHH+计算计算0.00020.01.00滴定前滴

13、定前:H+=c(HCl)18.0090.02.002.28sp前前:H+=19.8099.00.203.0019.9899.90.024.30 sp:H+=OH-=10-7.0020.00100.00.000.007.0020.02100.10.029.7020.20101.00.2010.70sp后后:OH-=22.00110.02.0011.6840.00200.020.0012.52突突跃跃23强酸碱滴定曲线强酸碱滴定曲线 (p99)0.10molL-1 NaOH0.10molL-1 HCl0.10molL-1 HCl0.10molL-1 NaOHpH1210864200 100 200

14、%滴定百分数滴定百分数,T%9.7 sp+0.1%4.3 sp-0.1%sp 7.0突突跃跃9.0 5.04.09.88.03.1*6.2*4.4PPMRMOPP 9.0MR 6.2MO 4.4PP 8.0MR 5.024不同浓度不同浓度的强碱滴定强酸的滴定曲线的强碱滴定强酸的滴定曲线(p101)NaOHHCl0 100 200%pH1210864210.79.78.77.05.34.33.3PPMRMO5.04.49.06.24.43.1.01molL-1 0.1molL-1 1molL-1浓度增大浓度增大10倍，突倍，突跃增加跃增加2个个pH单位。单位。253.6.2一元弱酸碱的滴定一元弱

15、酸碱的滴定 (Ka(HAc)=10-4.76,Ka(HA)=10-7.00)NaOHmLT%组成组成pHHAcpHHAH+计算式计算式00HA2.884.00 与滴定强酸的与滴定强酸的pH相同相同10.0050.0HA+A-4.767.0018.0090.0HA+A-5.717.9519.8099.0HA+A-6.679.0019.9699.8HA+A-7.469.5619.9899.9HA+A-7.769.7020.00100.0A-8.739.8520.02100.1 A-+OH-9.7010.0020.04100.2 A-+OH-10.00 10.1320.20101.0 A-+OH-1

16、0.70 10.7022.00110.0 A-+OH-11.6811.68-0.1%:pH=pKa+326强碱强碱滴定滴定弱酸弱酸滴定曲线滴定曲线 (p103)0.10molL-1NaOHHAc 0.10molL-10 100 200 T%pH121086420HAc Ac-Ac-+OH-突突跃跃6.24.43.19.78.77.74.35.04.0PPMRMOHAcHCl突跃处于弱碱性突跃处于弱碱性,只能选只能选酚酞酚酞作指作指示剂示剂.27pHNaOH滴定滴定HAc(浓度不同浓度不同)1molL-10.1molL-10.01molL-1642810129.238.738.23HAcHCl1

17、0.709.708.707.76突跃范围突跃范围缓冲容量缓冲容量 0 50 100 150 T%4.76(p104)浓度增浓度增大大10倍，倍，突跃增突跃增加加1个个pH单位单位28滴定突跃滴定突跃HClHAc:7.7-9.7HA A A+OH-中和百分数中和百分数pH1210 8 6 4 2HClHAcHApKa=7pKa=4.76甲基红甲基红甲基橙甲基橙O OO OO OO OO O10.09.77.764.30 50 100 150 200 百里酚酞百里酚酞酚酞酚酞0.1molL-1NaOH滴定滴定0.1molL-1 HA(Ka不同不同)Ka增增大大10倍，倍，突突跃跃增增加加一一个个p

18、H单单位位对于对于0.1molL-1 的的HA,Ka10-7才能准才能准确滴定确滴定.即即cKa10-8290.1molL-1HClNH30.1molL-1pKb=4.750 50 100 150 200%6.254.305.286.24.43.1pHNaOHNH3(p105)突跃处于突跃处于弱酸性弱酸性,选选甲基红甲基红或或甲基橙甲基橙作指示剂作指示剂.强酸强酸滴定滴定弱碱弱碱8.030H+HA HA A A+OH-(p107)O NIIIO NIIO NIMIII OMII OMI OKa=10-9Kb=10-5Ka=10-7Kb=10-7Ka=10-5Kb=10-9pH3.6.3 总结总

19、结一元弱酸或一元弱酸或弱碱及其与弱碱及其与强酸或强碱强酸或强碱混合物的滴混合物的滴定曲线定曲线(0.1molL-1)中和百分数中和百分数Q R S TKa10-7 时时,返滴定行吗返滴定行吗？Ka=10-7 为界为界313.6.4 多元酸能分步滴定的条件多元酸能分步滴定的条件:1.被滴定的酸足够强被滴定的酸足够强,cKa110-82.lgKa足够大足够大,3.若若pH=0.3,允许允许Et=0.5%,4.则需则需lgKa5多元酸一步滴完的条件多元酸一步滴完的条件:混合酸分步滴定及全部滴定的条件混合酸分步滴定及全部滴定的条件?lgKa=4,Et1%lgKa=6,Et 0.1%cKan10-832

20、pH0 100 200 300 400 (T%)0.5%0.5%10.0 9.45.04.4pKa lgKa 2.16 7.2112.325.055.11pHsp1=4.7pHsp2=9.7H3PO4 H2PO4-HPO42-PO43-H3A+H2A-H2A-+HA2-HA2-+A3-A3-+NaOHsp3sp2sp1NaOH滴定滴定0.1molL-1H3PO4 (p111)33NaOH滴定滴定H3PO4 时指示剂的选择时指示剂的选择 pKa1(2.16)pKa2(7.21)pKa3(12.32)H3PO4 H2PO4-HPO42-PO43-pHsp1=4.7 pHsp2=9.7sp3:2HPO42-+3Ca2+=Ca3(PO4)2 +2H+百里酚酞百里酚酞至至浅蓝浅蓝 (pT=10.0)MO至至黄黄(4.4)(同浓度同浓度NaH2PO4参比参比)PPNaOH34