滴定分析法 (2)优秀课件.ppt
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1、滴定分析法第1页,本讲稿共104页本 章 内 容 分析化学中的溶液平衡 酸碱质子理论 水溶液中弱酸(碱)各型体的分布 酸碱溶液中氢离子浓度的计算 酸碱缓冲溶液 酸碱指示剂 酸碱滴定及其应用第2页,本讲稿共104页活度、活度系数与平衡常数活度与活度系数 由于溶液体系中各粒子之间都存在着相互作用力,使得离子或分子参加化学反应的有效浓度往往低于其浓度(分析浓度),为此引入活度及活度系数。物质在溶液中的活度,可认为是该物质在化学反应中起作用的有效浓度。活度与浓度之间存在以下关系a:某一物质的活度,c:其浓度,:物质的活度系数 第3页,本讲稿共104页Debye-Hckel公式:(稀溶液I0.1mol/
2、L)I:离子强度,I=1/2ciZi2,zi:离子电荷,B:常数,(=0.0032825),与温度、介电常数有关,:离子体积参数(pm)-lg gi=0.512zi2I1+B I-lg gi=0.512zi2 I第4页,本讲稿共104页活度常数 K与温度有关反应:HABHB+A-平衡常数aHB+aA-K=aBaHA浓度常数 Kc与温度和离子强度有关HB+A-Kc=BHAaHB+aA-=aBaHAgB gHA-gHB+gA-K gHB+gA-第5页,本讲稿共104页一般情况下,反应都是在稀溶液中进行,可忽略离子强度的影响,用浓度常数代替活度常数进行计算。第6页,本讲稿共104页 第二节 酸碱质子
3、理论一 基本内容酸:能给出质子的物质HA和A-称为共轭酸碱对,共轭酸碱彼此只相差一个质子。碱:能接受质子的物质第7页,本讲稿共104页HCl+H2O=H3O+Cl-NH3+H3O+=NH4+H2OHCl+NH3=NH4+Cl-在上述反应中,质子的转移是通过水合质子H3O+的媒介作用完成的。水分子也是两性物质。碱1酸1碱2酸2酸碱反应的实质是质子转移第8页,本讲稿共104页溶剂水分子之间的质子转移作用称为水的质子自递反应,实质亦是酸碱反应:两个共轭酸碱对是H3O+与H2O、H2O与OH-H2O+H2O H3O+OH-碱1酸1碱2酸2第9页,本讲稿共104页三 酸碱的强度、共轭酸碱对Ka与Kb的关
4、系酸碱的强度是相对的相对的,与本身本身和溶液的性质溶液的性质有关,即取决于酸(碱)给出(接受)质子的能力与溶剂分子接受(给出)质子的能力的相对大小。水溶液中,酸碱的强度用其解离常数Ka与Kb的大小来衡量。HClKa=103HAcKa=1.810-5H2SKa1=5.710-8第10页,本讲稿共104页HA+H2OA-+H3O+A+H2OHA+OH-一元弱酸(碱)及其共轭碱(酸)的Ka、Kb关系aH+aA-Ka=aHAaHA aOH-Kb=aA-共轭酸碱对(HA-A)的Ka与Kb的关系为aH+aA-Ka Kb=KwaHAaHA aOH-aA-pKa+pKb=pKw=14.00第11页,本讲稿共1
5、04页pKb1+pKa3=14.00pKb2+pKa2=14.00pKb3+pKa1=14.00H3PO4 H2PO4-HPO42-PO43-Kb2Kb1Kb3Ka1Ka2Ka3Kbi=KwKa(n-i+1)多元弱酸(碱)及其共轭碱(酸)的Ka、Kb关系第12页,本讲稿共104页第三节 水溶液中弱酸碱各型体的分布一、分析浓度与平衡浓度分析浓度:溶液中溶质的总浓度,符号c,单位 molL-1平衡浓度:在平衡状态时,溶质各型体 的浓度,符号,单位 molL-1二、酸度与酸的浓度酸度:溶液中H+的平衡浓度(pH)酸的浓度:酸的分析浓度,包含未解离的和已解离的 酸的浓度。对一元弱酸:cHAHA+A-第
6、13页,本讲稿共104页三 酸度对弱酸(碱)各型体分布的影响 分布分数:溶液中某酸碱组分的平衡浓度占其分析浓 度的分数,用 表示“”将平衡浓度与分析浓度联系起来HAHAcHA,A-=A-cHA一元弱酸溶液多元弱酸溶液第14页,本讲稿共104页分布分数一元弱酸HAcHAcKaHAc+H+=HAc Ac-H+cHAc=HAc+Ac-HAcHAc=cHAcdefH+=H+Ka HAcHAc+Ac-HAc=Ac-Ac-Ac-=cHAcHAc+Ac-defH+Ka Ka=Ac-第15页,本讲稿共104页 HAA-1分布分数的一些特征 仅是pH和pKa 的函数,与酸的分析浓度c无关 对于给定弱酸,仅与pH
7、有关H+=H+Ka HAH+Ka Ka=A-第16页,本讲稿共104页例:6-2 计算PH=5.00时,0.10molL-1HAc溶 液中各型体的分布分数和平衡浓度(已 知Ka=1.810-5molL-1)解:第17页,本讲稿共104页图图6-1 HAc6-1 HAc各型体的各型体的i i-pH-pH曲线曲线(pKa=4.74)(pKa=4.74)HAc 的分布分数图第18页,本讲稿共104页分布系数二元弱酸H2AH2A H+HA-H+A2-CH2CO3=H2CO3+HCO3-+CO32-H2A=H2Ac H2AA2-HA-defHA-=c H2AdefA2-=c H2AdefH+2H+2+H
8、+Ka1+Ka1 Ka2=H+2+H+Ka1+Ka1 Ka2H+2+H+Ka1+Ka1 Ka2H+Ka1 Ka1 Ka2第19页,本讲稿共104页图6-2H2C2O4各型体的i-pH曲线pKa1=1.22,pKa2=4.19第20页,本讲稿共104页分布系数n元弱酸HnAHnA H+Hn-1A-H+HA(n+1)-H+An-H+n=0H+n+H+n-1Ka1+Ka1Ka2.KanH+n-1 Ka1=1H+n+H+n-1Ka1+Ka1Ka2.Kan=nH+n+H+n-1Ka1+Ka1Ka2.KanKa1 Ka2.Kan第21页,本讲稿共104页图 图6-3 H 6-3 H33POPO44各型体的
9、各型体的i i-pH-pH曲线曲线(pKa=2.12,7.20,12.36)(pKa=2.12,7.20,12.36)第22页,本讲稿共104页第四节 酸碱溶液中氢离子浓度的计算一、处理水溶液酸碱平衡的方法:物料平衡(Material(Mass)Balance):各物种的平衡浓度之和等于其分析浓度。电荷平衡(ChargeBalance):溶液中正离子所带正电荷的总数等于负离子所带负电荷的总数(电中性原则)。质子平衡(ProtonBalance):溶液中酸失去质子数目等于碱得到质子数目。第23页,本讲稿共104页1 物料平衡(MBE):在平衡状态时,与溶液有关的各型体平衡浓度之和必等于它的分析浓
10、度。cHAc=HAc+Ac-第24页,本讲稿共104页2 电荷平衡(CBE):在电解质溶液中,处于平衡状态时,各种阳离子所带的正电荷的总浓度必等于所有阴离子所带负电荷的总浓度。注意:某离子平衡浓度前的系数等于它所带电荷数的绝对值。0.1molL-1Na2CO3溶液中:Na+、CO32-、HCO3-、H2CO3、OH-、H+、H2O第25页,本讲稿共104页3 质子平衡这种关系式称为质子平衡方程,又称质子条件式,简写为PBE(ProtonBalanceEquation)酸碱反应达到平衡时,酸给出质子的量(mol)应等于碱所接受的质子量。i种酸失去的质子数=j种碱得到的质子数第26页,本讲稿共10
11、4页例:浓度为c(molL-1)的NaH2PO4溶液:(1)代入法由MBE,CBE联立,消去非质子转移产物相。第27页,本讲稿共104页(2).由酸碱反应得失质子的等衡关系直接写出PBE(1)从酸碱平衡体系中选取质子参考水平(零水准)参考水平是溶液中大量存在并参与质子转移反应的物质,通常就是起始酸碱组分起始酸碱组分,包括溶剂分子 溶剂分子。(2)绘制得失质子示意图(3)根据得失质子的量相等的原则写出PBE方程第28页,本讲稿共104页H+H+2H+H+H+NH4+HPO42-H2O质子参考水平 失质子产物得质子产物H+NH3PO42OH-H2PO4H3PO4H3O+注意:注意:(1)PBE方程
12、中只包括得失质子产物相只包括得失质子产物相;(2)PBE方程中的各项系数为得失质子产物与参考水平相比该型体得失质子的量;(3)PBE 反映了酸碱平衡体系中得失质子的严密数量关系,是处理酸碱平衡问题的依据。例:Na(NH4)HPO4的PBE第29页,本讲稿共104页 二、酸碱溶液H+浓度的计算酸碱溶液的几种类型1.强酸碱 2.一元弱酸碱 HA 多元弱酸碱 H2A,H3A3.两性物质 HA-4.混合酸碱 强+弱.弱+弱5.共轭酸碱 HA+A-第30页,本讲稿共104页1 一元强酸碱溶液中氢离子浓度的计算H+2-cH+-Kw=0精确式PBE:一般来说,只要强酸的浓度不是很低,c10-6molL-1,
13、就可忽略水的解离,质子条件简化为:H+Cl-pH=-lg c 浓度c mol/L 的HCl溶液:第31页,本讲稿共104页2 一元弱酸碱溶液中氢离子浓度的计算展开则得一元三次方程,数学处理麻烦!一元弱酸(HA)质子条件式:H+=A-+OH-平衡关系式精确表达式:H+KaHA+KwH+Ka caH+HA=H+KaHAH+KwH+=+第32页,本讲稿共104页最简式:若:caKa20Kw,C/Ka400,则ca-H+caH+KacaH+KaHA+Kw精确表达式:若:Kaca20Kw,C/Ka400 时忽略KwHA=ca-A-=ca-(H+-OH-)ca-H+近似计算式:展开得一元二次方程H+2+K
14、aH+-caKa=0,求解即可H+Ka(ca-H+)第33页,本讲稿共104页若:Kaca20Kw但ca/Ka400酸的解离可以忽略HAca得近似式:H+KaHA+Kw精确式:H+Kaca+Kw第34页,本讲稿共104页(1)Kaca20Kw,ca/Ka 400:(2)Kaca 400:(3)Kaca20Kw,ca/Ka 400:H+KaHA+Kw精确表达式:H+Ka(ca-H+)H+Kaca+Kw(最简式)H+Kaca第35页,本讲稿共104页例6-4计算0.10molL-1HF溶液的pH,已知Ka=7.210-4解:因为cKa=0.107.210-420Kw,c/Ka=0.10/(7.21
15、0-4)400,8.210-3(molL-1)pH=2.09第36页,本讲稿共104页例6-5 计算1.010-4molL-1NH4Cl溶液的pH,已知NH3的Kb=1.810-5。pH=6.59解:NH4+的Ka=Kw/Kb=5.610-10因为cKa400,2.610-7(molL-1)第37页,本讲稿共104页质子条件式:OH-=H+HB 代入平衡关系式B-KbOH-OH-OH-Kw=+精确表达式:OH-=KbB-+Kw(1)Kbc 20Kw,c/Kb 400:(2)Kbc 400:(3)Kbc 20Kw,c/Kb 400:OH-=Kb(cb-OH-)OH-=Kb cb+KwOH-=Kb
16、cb处理方式与一元弱酸类似第38页,本讲稿共104页 多元弱酸溶液二元弱酸(H2A)质子条件:H+=HA-+2A2-+OH-2Ka2H+=Ka1H2A(1+)+KwH+酸碱平衡关系KwKa1H2AH+=+2Ka1Ka2H2AH+H+2H+第39页,本讲稿共104页,可略 近似式:以下与一元酸的计算方法相同Ka1c 20Kw2Ka2H+=Ka1H2A(1+)+KwH+2Ka2H+=Ka1H2A(1+)+KwH+2Ka2H+H+=Ka1H2A(忽略二级及以后各步离解)第40页,本讲稿共104页近似式 最简式 第41页,本讲稿共104页例6-7计算0.10molL-1H3PO4溶液中H+及各型体浓度
17、。Ka1或Ka2Ka3,水的离解,H3PO4的第二级、第三级离解均 可忽略,可按一元弱酸处理按近似式处理解:又第42页,本讲稿共104页第43页,本讲稿共104页多元弱碱溶液可仿照多元酸处理 3、两性物质溶液酸度的计算两性物质溶液中的酸碱平衡十分复杂,应根据具体情况,抓住溶液中的主要平衡进行近似处理。多元酸的酸式盐 Na2HPO4,NaH2PO4,弱酸弱碱盐 NH4Ac氨基酸 第44页,本讲稿共104页质子条件:H+H2A=A2-+OH-精确表达式:酸碱平衡关系式 酸式盐 NaHAH+Ka1(Ka2HA-+Kw)Ka1+HA-KwH+HA-Ka2HA-Ka1H+H+H+=+第45页,本讲稿共1
18、04页若:当Ka2和Kb2较小时,HA-c近似计算式:H+=Ka1(Ka2 cKw)Ka1+c若Ka2c20Kw,c20Ka1,则“Ka1”可略H+=Ka1Ka2 c Ka1+c若Ka2c 20Kw c20Ka1,则 Kw可忽略H+Ka1Ka2 若Ka2c20Ka1,忽略H2A的第二级离解第46页,本讲稿共104页对其他两性物质须将式中Ka1和Ka2作相应变换。变换方法:式中Ka2相当于两性物质中酸组分的Ka值;Ka1相当于两性物质中碱组分共轭酸的Ka值。H+=Ka1(Ka2 cKw)Ka1+c 同理,对于NH4Ac酸组分:NH4+碱组分的共轭酸 HAc第47页,本讲稿共104页 综合考虑、分
19、清主次、合理取舍、近似计算酸碱溶液H+的计算总结质子条件物料平衡电荷平衡 酸碱平衡关系 H+的精确表达式近似处理H+的近似计算式和最简式第48页,本讲稿共104页 第五节 酸碱缓冲溶液n 两类缓冲溶液:n 一般缓冲溶液,由一定浓度的共轭酸碱对组成,用以控制溶液酸度。如:标准缓冲溶液,用于校正pH计。作用:稳定体系酸度第49页,本讲稿共104页一、缓冲溶液pH的计算1.一般缓冲溶液例:HA(ca)-NaA(cb)溶液第50页,本讲稿共104页第51页,本讲稿共104页例6-13 0.20molL-1NH3-0.30molL-1NH4Cl缓冲溶液中,向该200mL缓冲溶液中加入(1)50mL0.1
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