章 酸碱平衡和酸碱滴定.pptx
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1、1、明确酸碱指示剂的变色原理、变色点及常用指示 剂的变色范围2、能通过计算绘制酸碱滴定曲线并选择合适的酸碱 指示剂3、配合实验训练,掌握酸碱滴定分析技术酸碱滴定学习目标第1页/共81页6-1 酸碱质子理论 1、酸碱质子理论的定义 酸:凡是能给出质子(H+)的物质叫酸。如:HCl、NH4+、HCO3-等。碱:凡是能接受质子(H+)的物质叫碱。如:Ac-,NH3等。两性物质:既能给出质子又能接受质子的物质。如:HCO3-、H 2O、HPO42-等。第2页/共81页 酸 H+碱 HCl H+Cl-NH4+H+NH3 H 2CO3 H+HCO3-HCO3-H+CO32-H 2O H+OH-“”表示酸碱
2、对之间的共轭关系表示酸碱对之间的共轭关系,相互依存的一对酸和碱称为共轭酸碱对。相互依存的一对酸和碱称为共轭酸碱对。2、酸碱共轭对第3页/共81页 3、酸碱反应 酸碱反应的实质,是两个共轭酸碱对之间质子传递的反应。电离:HAc H+Ac-中和反应:NaOH+HCl NaCl+H2O水解反应:Ac-+H2O HAc+OH-第4页/共81页 4、酸碱强度、酸碱强度 (1)水的质子自递反应)水的质子自递反应 水是两性物质水是两性物质 H2O H+OH-Kw=c(H+)/c c(OH-)/c Kw 称为水的质子自递常数或水的离子积常数称为水的质子自递常数或水的离子积常数 在在25时时,Kw=1.0010
3、-14,常用常用Kw记记.第5页/共81页如:298K时 Ka(HAc)=1.7510-5 或p Ka(HAc)=4.25;Ka(HCN)=6.2010-10或p Ka(HCN)=9.31 HAc 的酸性比HCN 的酸性强。(2)酸、碱的电离及酸、碱的强度 酸碱的强弱常用在水中离解平衡常数大小来衡量,在同一温度下,Ka(或Kb),酸(或碱)性。a acid;b baseHAc H+Ac-第6页/共81页 (3)共轭酸碱对Ka和Kb的关系 一元酸碱HAA-中:即:水溶液中一切共轭酸碱对的离解平衡常数 之积等于水的离子积常数。HAc H+Ac-Ac-+H2O HAc+OH-水的离子积水的离子积第7
4、页/共81页p Ka +p Kb=14如:298K时 p Ka(HAc)=4.25 p Kb(Ac-)=14-4.25=9.75 第8页/共81页在多元酸和它的共轭碱中,在多元酸和它的共轭碱中,如:如:H2CO3 HCO3-和和HCO3-CO32-中中 H2CO3H+HCO3-Ka1HCO3-H+CO32-Ka2CO32-+H 2O HCO3-+HO-Kb1HCO3-+H 2O H2CO3+HO-Kb2 Ka1Kb2=Ka2Kb=Kw=1.0 10-14 第9页/共81页式中:K 弱电解质的离解常数,c弱酸或弱碱的浓度某弱电解质(weak electrolyte)(MA)的浓度为c mol/L
5、,则M+A-MA c-c c c 6-2 酸碱平衡的移动 1、浓度对酸碱平衡移动的影响当10-5 mol/L,不考虑水的电离6-3 酸碱平衡有关浓度的计算 第14页/共81页 HA H+A-起始浓度 c(HA)0 0 平衡浓度 c(HA)-c(H+)c(H+)c(Ac-)=c(H+)当c/Ka500时,c(HA)-c(H+)c(HA)c(H+)=第15页/共81页同理一元弱碱溶液中OH-浓度的计算式:c(OH-)=如:在浓度为c(NaAc)mol/L的NaAc溶液中:Ac-+H2O OH-+HAc 起始浓度 c(Ac-)0 0 平衡浓度 c(Ac-)-c(OH-)c(OH-)c(HAc)=c(
6、OH-)当c/Kb500时,c(Ac-)-c(OH-)c(Ac-)第16页/共81页例题:计算298K时,0.10mol/L HAc溶液中氢离子浓度及 电离度.解:查表知Ka(HAc)=1.7610-5 C/Ka=0.10/(1.7610-5)=5.7103500c(H+)=1.310-3mol/L=(1.310-3mol/L)/0.10mol/L=1.3%答:第17页/共81页例题例题:求0.10mol/L氨水溶液的pH值.解解:查表知Kb(NH3)=1.810-5c(OH-)=1.3410-3pOH=-lg c(OH-)=2.7 pH+pOH=14 pH=14-2.7=11.3 C/Kb=
7、0.10/(1.810-5)=5.7103500答:第18页/共81页3、多元弱酸、弱碱溶液pH值的计算例如:例如:S2-在水中的二级离解。S2-+H2OHS-+OH-Kb1=Kw/Ka2 =9.110-3 HS-+H2O H2S+OH-Kb2=Kw/Ka1 =1.1 10-7 Kb =Kb1 Kb2=1.0 10-9 可按一元弱碱进行计算c(OH-)=第19页/共81页4、酸度对弱酸,弱碱各组分浓度的影响:(1)酸的浓度和酸度酸度:指溶液中H+的浓度,用pH表示。酸的浓度:指在一定体积溶液中含有某种酸的量。又称分析浓度。同理碱的浓度和碱度(pOH)。第20页/共81页(2)酸碱的分布系数:例
8、如例如:浓度为c 的乙酸溶液中 存在两种型体HAc和Ac-分布系数:酸(碱)溶液中,某组分的平衡浓度占 酸(碱)总浓度的分数第21页/共81页 HAc H+Ac-起使浓度 c 0 0 平衡浓度 c -c(H+)c(H+)c(Ac-)=c(H+)c=c(HAc)+c(Ac-);HAc=Ac-HAc+Ac-=1Ac-=;第22页/共81页pH=pKa=4.75pHHAc+Ac-=1乙酸溶液分布系数与溶液pH的关系曲线第23页/共81页定义:能够抵抗少量外加的强酸、强碱或适当稀释的影响,而保持本身pH值基本不变的溶液称为缓冲溶液。缓冲溶液具有的这种作用叫缓冲作用。6-4 缓冲溶液(buffer so
9、lution)1、缓冲溶液的定义和缓冲原理缓冲溶液的组成:弱酸及其共轭碱弱碱及其共轭酸第24页/共81页缓冲原理 以以HAcNaAcHAcNaAc为例:为例:NaAc(s)=Na+(aq)+Ac-(aq)(完全电离)(完全电离)HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)加入强酸时:Ac-(aq)+H+(aq)HAc(aq)加入强碱时:H+(aq)+OH-(aq)H 2O 稀释时:c(HAc)/c(Ac-)基本保持不变,c(H+)不变,pH 值基本不变。第25页/共81页2、缓冲溶液pH计算以HAcNaAc为例:HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)起始浓度(mol/L):C酸 0 C盐 平
10、衡浓度(mol/L):C酸-c(H+)c(H+)C盐+c(H+)C酸-c(H+)C酸 C盐+c(H+)C盐 pH=pKa-lg=pKa-lg第26页/共81页弱酸及其盐组成的缓冲溶液的三个主要公式分别为:pH=pKa-lgpH=pKa-lg同理弱碱及其盐组成的缓冲溶液的三个主要公式分别为:第27页/共81页例题:将0.4mol/LNH3H2O与0.2mol/LHCl等体积混合.通过计算说明该混合体系是否为缓冲溶液?求该混合溶液的pH.解:NH3H2O和HCl的反应为:NH3H2O +HCl =NH4Cl +H2O反应前浓度0.4/2=0.2 0.2/2=0.1 反应后浓度0.2-0.1 0.1
11、-0.1 0.1 =0.1 =0混合溶液中既有抗酸成分又有抗碱成分存在,是缓冲溶液第28页/共81页=-lg(1.7710-5)-lg0.1/0.1=4.75 pH=14-4.75=9.25答:第29页/共81页例题:将0.4mol/LNH3H2O与0.2mol/LHCl等体积混合.向1L该混合液中分别加入0.001mol的HCl或NaOH(加入后体积变化忽略),该混合溶液pH如何变化?解:NH3H2O +HCl=NH4Cl +H2O加入0.001mol的HCl后,C碱=0.1-0.001=0.099(mol/L)C盐=0.1+0.001=0.101(mol/L)=-lg(1.7710-5)-
12、lg(0.099/0.101)=4.76pH=14-4.76=9.24 pH=9.24-9.25=-0.01前幻灯片 292页第30页/共81页加入0.001molNaOH后,C盐=0.1-0.001=0.099(mol/L);C碱=0.1+0.001=0.101(mol/L)=4.75-lg(0.101/0.099)=4.74pH=14-4.74=9.26 pH=9.26-9.25=0.01答:思考:若向1L纯水中加入0.001mol的HCl或NaOH后 溶液pH如何变化?加入0.001mol的HCl时,pH将由7.00降到3.00;加入0.001mol的NaOH时,pH将由7.00升到11
13、.00。结论:纯水不具备缓冲能力,而缓冲溶液的作用 是非常显著的第31页/共81页3、缓冲容量及缓冲范围、缓冲容量及缓冲范围缓冲容量:缓冲容量:1升缓冲溶液的升缓冲溶液的pH值改变一个单位所需值改变一个单位所需加加 入的酸或碱的数量入的酸或碱的数量(物质的量物质的量)。用。用表示。表示。缓冲能力缓冲能力.缓冲溶液的缓冲能力,与组成缓冲溶液的共轭酸碱的浓度直接相关。实验证明:(1)共轭酸碱对的总浓度(c(A)+c(B))越大,缓冲 容量越大。一般用0.1mol/L-1mol/L范围内。第32页/共81页例题:向下述两种缓冲溶液中分别加入0.001molNaOH1L浓度均为0.1mol/L的NH3
14、H2ONH4Cl 的溶液。1L浓度均为0.01mol/L的NH3H2ONH4Cl 的溶液。计算两种溶液的缓冲容量.解:加入0.001molNaOH前:=4.75pH=14-4.75=9.25 加入0.001molNaOH后:C盐=0.1-0.001=0.099(mol/L);C碱=0.1+0.001=0.101(mol/L)=4.75-lg(0.101/0.099)=4.74pH=14-4.74=9.26 pH=9.26-9.25=0.01=0.001/0.01=0.1第33页/共81页加入0.001molNaOH后:C盐=0.01-0.001=0.009(mol/L);C碱=0.01+0.0
15、01=0.011(mol/L)=4.75-lg(0.011/0.009)=4.67pH=14-4.67=9.33 pH=9.33-9.25=0.08=0.001/0.08=0.0125共轭酸碱对的总浓度(c(A)+c(B),.(2)当共轭酸碱的总浓度一定时,共轭酸碱对的浓度 比(缓冲比)等于1时,缓冲能力最大。第34页/共81页例题:向下述三种缓冲溶液中分别加入0.001mol HCl1L浓度均为0.1mol/L的HAcNaAc的溶液。1L含0.18mol的HAc和0.02mol的NaAc溶液。1L含0.02mol的HAc和0.18mol的NaAc溶液。求缓冲容量?解:解:缓冲比=1加酸前pH
16、=pKa-lg=4.75加酸后pH=pKa-lg=4.74 pH=4.75-4.74=0.01=0.001/0.01=0.1第35页/共81页 缓冲比=9加酸前pH=pKa-lg=4.75-0.95=3.80加酸后pH=pKa-lg=4.75-lg(0.181/0.019)=3.77 pH=3.80-3.77=0.03=0.001/0.03=0.033 缓冲比=1/9加酸前pH=pKa-lg=4.75-lg(1/9)=5.70加酸后pH=pKa-lg=4.75-lg(0.021/0.179)=5.68 pH=5.70-5.68=0.02=0.001/0.02=0.05第36页/共81页总浓度相
17、同,缓冲比等于1 时,缓冲容量最大(3)共轭酸碱对的浓度比在0.110之间时,溶液有较 好的缓冲作用,溶液相应的pH或pOH值变化 范围是:pH=pKa1 pOH=pKb 1 这一范围称为缓冲溶液最有效的缓冲范围。第37页/共81页4、缓冲溶液的选择及配制1)、选择的原则:缓冲组分不能与反应物或产物发生化学反应缓冲系的pKa尽量接近所需pH缓冲组分浓度控制一定范围:0.05molL1 0.5molL-1第38页/共81页 2)配制:)配制:(1)用浓度相同的共轭酸碱对,不同的体积比来配)用浓度相同的共轭酸碱对,不同的体积比来配制制 所需的缓冲溶液。所需的缓冲溶液。例例1 1 如何配制1L pH
18、=5.0具有缓冲能力的缓冲溶液?解:解:0.56第39页/共81页如何利用实验室中现有的浓度均为0.1mol/L的醋酸和醋酸钠溶液来配置该缓冲溶液?=0.56640360第40页/共81页在一定量弱酸/碱溶液中加入固体共轭碱/酸 来配制 例例 2 2:欲配制pH=9.0的缓冲溶液,应在500mL 0.10mol.L-1 NH3.H2O溶液中加入多少克NH4Cl(s)?解:解:pOH=14-9.0=5.0=4.75-=4.75-5.0=-0.25=0.56c盐0.18 mol/L w(NH4Cl)=0.180.50053.4=4.8g答答:第41页/共81页 3)在过量弱酸/碱中加入一定量强碱/
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