分析化学酸碱平衡及酸碱滴定法精.ppt
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1、分析化学酸碱平衡及酸碱滴定法第1页,本讲稿共101页5.1 溶液中的酸碱反应与平衡溶液中的酸碱反应与平衡四大平衡体系:四大平衡体系:酸碱平衡酸碱平衡配位平衡配位平衡氧化还原平衡氧化还原平衡沉淀平衡沉淀平衡四种滴定分析法:四种滴定分析法:酸碱酸碱滴定法滴定法配位配位滴定法滴定法氧化还原氧化还原滴定法滴定法沉淀沉淀滴定法滴定法第2页,本讲稿共101页1.活度与浓度活度与浓度ai=g gi ci活度:在化学反应中表现出来的有效浓度。活度:在化学反应中表现出来的有效浓度。通常用通常用a表示表示 溶液无限稀时溶液无限稀时:g g=1中性分子中性分子:g g =1溶剂活度溶剂活度:a =1第3页,本讲稿共
2、101页Debye-Hckel公式:公式:(稀溶液(稀溶液I0.1 mol/L)I:离子强度:离子强度,I=1/2ciZi2,zi:离子电荷:离子电荷,B:常数常数,(=0.00328 25),与温度、介电常数有关与温度、介电常数有关,:离子体积参数:离子体积参数(pm)-lgg gi=0.512zi2 I1+B I-lgg gi=0.512zi2 I第4页,本讲稿共101页 酸酸 共轭碱共轭碱 +质子质子 2.酸碱平衡酸碱平衡 HF F-+H+H2PO4-HPO42-+H+H6Y2+H5Y+H+NH4+NH3 +H+通式通式:HA A +H+酸碱半反应酸碱半反应第5页,本讲稿共101页 例例
3、:HF在水中的离解反应在水中的离解反应 半反应半反应:HF F-+H+半反应半反应:H+H2O H3O+总反应总反应:HF+H2O F-+H3O+简写简写:HF F-+H+酸碱反应的实质是质子转移酸碱反应的实质是质子转移第6页,本讲稿共101页3.酸碱反应类型及平衡常数酸碱反应类型及平衡常数HA +H2O A-+H3O+A +H2O HA +OH-一元弱酸一元弱酸(碱碱)的解离反应的解离反应aH+aA-Ka=aHAaHA aOH-Kb=aA-第7页,本讲稿共101页多元酸碱的解离反应多元酸碱的解离反应pKb1+pKa3=14.00pKb2+pKa2=14.00pKb3 +pKa1=14.00
4、H3PO4 H2PO4-HPO42-PO43-Kb2Kb1Kb3Ka1Ka2Ka3Kbi=KwKa(n-i+1)第8页,本讲稿共101页H2O+H2O H3O+OH-(25C)共轭酸碱对共轭酸碱对(HA-A)的的Ka与与Kb的关系为的关系为溶剂分子的质子自递反应溶剂分子的质子自递反应aH+aA-Ka Kb=KwaHAaHA aOH-aA-Kw=aH+aOH-=1.010-14 pKa+pKb=pKw=14.00第9页,本讲稿共101页H+OH-H2O H+Ac-HAcOH-+HAc H2O+Ac-酸碱中和反应酸碱中和反应(滴定反应滴定反应)Kt 滴定反应常数滴定反应常数1Kt=10 14.00
5、Kw1Kt=KaKbKw1Kt=KbKaKw第10页,本讲稿共101页活度常数活度常数 K 与温度有关与温度有关反应:反应:HAB HB+A-平衡常数平衡常数aHB+aA-K=aBaHA浓度常数浓度常数 Kc 与温度和离子强度有关与温度和离子强度有关HB+A-Kc=BHAaHB+aA-=aBaHAg gB g gHA-g gH HB+g gA-K K g gH HB+g gA-第11页,本讲稿共101页物料平衡物料平衡(Material(Mass)Balance):各物种的平衡浓度之和等于其分析浓度。各物种的平衡浓度之和等于其分析浓度。电荷平衡电荷平衡(Charge Balance):溶液中正
6、离子所带正电荷的总数等于负离子所带负电荷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的总数(电中性原则电中性原则)。质子平衡质子平衡(Proton Balance):溶液中酸失去质子数目等于碱得到质子数目。溶液中酸失去质子数目等于碱得到质子数目。4.质子条件式质子条件式第12页,本讲稿共101页质量平衡方程质量平衡方程(MBE)2 10-3 mol/L ZnCl2 和和 0.2 mol/L NH3Cl-=4 10-3 mol/L Zn2+Zn(NH3)2+Zn(NH3)22+Zn(NH3)32+Zn(NH3)42+=2 10-3 mol/L NH3+Zn(NH3)2+2Zn(NH3)
7、22+3Zn(NH3)32+4Zn(NH3)42+=0.2 mol/L物料平衡物料平衡 各物种的平衡浓度之和等于其分析浓度。各物种的平衡浓度之和等于其分析浓度。第13页,本讲稿共101页电荷平衡方程电荷平衡方程(CBE)Na2C2O4水溶液水溶液Na+H+=OH-+HC2O4-+2C2O42-电荷平衡电荷平衡 溶液中正离子所带正电荷的总数等于负离子所带负电荷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的总数(电中性原则电中性原则)。第14页,本讲稿共101页质子平衡质子平衡 溶液中酸失去质子数目等于碱得到质子数目。溶液中酸失去质子数目等于碱得到质子数目。质子条件式质子条件式(PBE)
8、(1)先选零水准先选零水准(大量存在大量存在,参与质子转移的物质参与质子转移的物质),一般一般选取选取投料组分投料组分及及H2O(2)将零水准得质子产物写在等式一边将零水准得质子产物写在等式一边,失质子产物写在等失质子产物写在等式另一边式另一边(3)浓度项前浓度项前乘上得失质子数乘上得失质子数 第15页,本讲稿共101页 H+H2PO4-+2H3PO4=OH-+PO43-Na2HPO4水溶液水溶液 零水准:零水准:H2O、HPO42-Na(NH4)HPO4H+H2PO4-+2H3PO4=OH-+NH3+PO43-Na2CO3H+HCO3-+2H2CO3=OH-第16页,本讲稿共101页5.2
9、平衡浓度与分布分数平衡浓度与分布分数酸度对弱酸酸度对弱酸(碱碱)形体分布的影响形体分布的影响第17页,本讲稿共101页1.酸度和酸的浓度酸度和酸的浓度酸度:溶液中酸度:溶液中H的平衡浓度或活度,通常用的平衡浓度或活度,通常用pH表示表示 pH=lg H+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:酸的分析浓度,包含未解离的和已解离的 酸的浓度酸的浓度 对一元弱酸:对一元弱酸:cHAHA+A-第18页,本讲稿共101页2.分布分数分布分数分布分数:溶液中某酸碱组分的平衡浓度占其分析浓分布分数:溶液中某酸碱组分的平衡浓度占其分析浓 度的分数,用度的分数,用 表示表示“”将平衡浓度与分析
10、浓度联系起来将平衡浓度与分析浓度联系起来 HA HA c HA,A-=A-c HA 一元弱酸溶液一元弱酸溶液多元弱酸溶液多元弱酸溶液第19页,本讲稿共101页HAcHAcKaHAc+H+=分布分数分布分数 一元弱酸一元弱酸HAc Ac-H+cHAc=HAc+Ac-HAcHAc=cHAcH+=H+Ka HAcHAc+Ac-HAc=Ac-Ac-=cHAcHAc+Ac-H+Ka Ka=Ac-第20页,本讲稿共101页HA A-1分布分数的一些特征分布分数的一些特征 仅是仅是pH和和pKa 的函数,与酸的分析浓度的函数,与酸的分析浓度c无关无关 对于给定弱酸,对于给定弱酸,仅与仅与pH有关有关H+=H
11、+Ka HAH+Ka Ka=A-第21页,本讲稿共101页例例:计算计算pH4.00和和8.00时时HAc的的HAc、Ac-解解:已知已知HAc的的Ka=1.7510-5 pH=4.00时时 pH=8.00时时 HAc=5.710-4,Ac-1.0H+HAc=0.85H+Ka Ka Ac-=0.15H+Ka 对于给定弱酸,对于给定弱酸,对对pH作图作图分布分数图分布分数图第22页,本讲稿共101页HAc的分布分数图(的分布分数图(pKa=4.76)分布分数图分布分数图第23页,本讲稿共101页HF的分布分数图(的分布分数图(pKa=3.17)1.00.50.00 2 4 6 8 10 12 p
12、H 3.17HFF-第24页,本讲稿共101页HA的分布分数图(的分布分数图(pKa)分布分数图的特征分布分数图的特征 两条分布分数曲线相交于两条分布分数曲线相交于(pKa,0.5)pHpKa时,溶液中以时,溶液中以A-为主为主第25页,本讲稿共101页分布分数分布分数 多元弱酸多元弱酸二元弱酸二元弱酸H2AH2AH+HA-H+A2-c H2CO3=H2CO3+HCO3-+CO32-H2A=H2Ac H2AA2-HA-HA-=c H2AA2-=c H2A物料平衡物料平衡酸碱解离平衡酸碱解离平衡第26页,本讲稿共101页H2AH+HA-H+A2-H2A=H2Ac H2AA2-HA-HA-=c H
13、2AA2-=c H2AH+2H+2+H+Ka1+Ka1 Ka2=H+2+H+Ka1+Ka1 Ka2H+2+H+Ka1+Ka1 Ka2H+Ka1 Ka1 Ka2第27页,本讲稿共101页n元弱酸元弱酸HnAHnAH+Hn-1A-H+HA(n+1)-H+An-H+n=0H+n+H+n-1Ka1+Ka1 Ka2.KanH+n-1 Ka1 =1H+n+H+n-1Ka1+Ka1 Ka2.Kan=nH+n+H+n-1Ka1+Ka1 Ka2.KanKa1 Ka2.Kan分布分数定义分布分数定义物料平衡物料平衡酸碱解离平衡酸碱解离平衡第28页,本讲稿共101页H2CO3的分布分数图的分布分数图1.00.00
14、2 4 6 8 10 12 pHH2CO3HCO3-CO32-第29页,本讲稿共101页酒石酸酒石酸(H2A)的的-pH图图1.00.50.00 2 4 6 8 10 12 pHH2AHA-A2-3.04 4.37第30页,本讲稿共101页磷酸磷酸(H3A)的分布系数图的分布系数图1.00.00 2 4 6 8 10 12 pHH3PO4H2PO4-HPO42-PO43-第31页,本讲稿共101页分布分数的总结分布分数的总结 仅是仅是pH和和pKa 的函数,与酸的分析浓度的函数,与酸的分析浓度c无关无关 对于给定弱酸,对于给定弱酸,仅与仅与pH有关有关H+n=0H+n+H+n-1Ka1+Ka1
15、 Ka2.KanH+n-1 Ka1 =1H+n+H+n-1Ka1+Ka1 Ka2.Kan=nH+n+H+n-1Ka1+Ka1 Ka2.KanKa1 Ka2.Kan第32页,本讲稿共101页5.3 溶液中溶液中H+的计算的计算酸碱溶液的几种类型:酸碱溶液的几种类型:一一.强酸碱强酸碱 二二.一元弱酸碱一元弱酸碱 HA 多元弱酸碱多元弱酸碱 H2A,H3A三三.两性物质两性物质 HA-四四.共轭酸碱共轭酸碱 HA+A-五五.混合酸碱混合酸碱 强强+弱;弱弱;弱+弱弱第33页,本讲稿共101页1.强酸碱溶液强酸碱溶液强酸强酸(HCl):强碱强碱(NaOH):cHCl=10-5.0and10-8.0
16、molL-1,pH=?质子条件质子条件:H+cNaOH=OH-最简式最简式:OH-=cNaOH质子条件质子条件:H+=cHCl+OH-最简式最简式:H+=cHCl第34页,本讲稿共101页2.弱酸弱酸(碱碱)溶液溶液展开则得一元三次方程展开则得一元三次方程,数学处理麻烦数学处理麻烦!一元弱酸一元弱酸(HA)质子条件式质子条件式:H+=A-+OH-平衡关系式平衡关系式精确表达式精确表达式:H+KaHA+KwH+=+H+KaHAH+KwH+Ka caH+HA=第35页,本讲稿共101页若若:Kaca 10Kw,忽略忽略Kw(即忽略水的酸性即忽略水的酸性)HA=ca-A-=ca-(H+-OH-)ca
17、-H+近似计算式近似计算式:展开得一元二次方程展开得一元二次方程H+2+KaH+-caKa=0,求解即可,求解即可最简式最简式:若若:ca/Ka 100,则则 ca-H+caH+KaHA+Kw精确表达式:精确表达式:H+Ka(ca-H+)H+Kaca第36页,本讲稿共101页若若:Kaca10Kw 但但 ca/Ka 100 酸的解离可以忽略酸的解离可以忽略 HA ca 得近似式得近似式:H+KaHA+Kw精确式:精确式:H+Kaca+Kw第37页,本讲稿共101页(1)Kaca10Kw:(2)ca/Ka 100:(3)Kaca10Kw,ca/Ka 100:H+KaHA+Kw精确表达式:精确表达
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