分析化学:第四章--酸碱滴定法课件.ppt
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1、第四章第四章 酸碱滴定法酸碱滴定法概述概述水溶液中的酸碱平衡酸碱指示剂酸碱滴定法的基本原理滴定终点误差应用与示例 1 1 概概 述述酸碱滴定法(酸碱滴定法(acid-base titrationacid-base titration):以质子传递反应为基础的滴定分析法,是滴定分析中最重要的方法之一。应用的对象:应用的对象:一般酸、碱以及能与酸、碱直接或间接发生质子转移反应的物质。2水溶液中的酸碱平衡l l一、酸碱质子理论一、酸碱质子理论l l1.1.酸碱定义和共轭酸碱对酸碱定义和共轭酸碱对l l凡凡能能给给给给出出出出质质质质子子子子的的物物质质是是酸酸,如如HClHCl、HAcHAc、NHN
2、H4 4+、HPOHPO4 42-2-等等;凡凡能能接接接接受受受受质质质质子子子子的的物物质质是是碱碱,如如ClCl-、AcAc-、NHNH3 3、POPO4 43-3-等。等。l l 酸酸失失去去质质子子后后变变成成相相应应的的共共轭轭碱碱;而而碱碱接接受受质质子后变成相应的共轭酸。如下式表示:子后变成相应的共轭酸。如下式表示:l l酸酸碱碱质子质子 HA-AHA-A-称为称为共轭酸碱对共轭酸碱对酸碱反应实际上是两两个个共共轭轭酸酸碱碱对对之之间间的的质子的传递反应质子的传递反应,其通式为:l l其中酸酸1与碱碱1为共轭酸碱对;酸酸2与碱碱2为共轭酸碱对。2、酸碱反应 酸碱反应的实质是质子
3、的转移。例如,盐酸与氨在水溶液中的反应 HCl+H2O H3O+Cl-NH3+H3O+NH4+H2O总式:HCl+NH3 NH4+Cl-以下各类型的质子转移,均可看作是酸碱反应酸的离解:酸的离解:如 HAc+H2O H3O+Ac-酸1 碱2 酸2 碱1碱的离解:碱的离解:如NH3+H2O OH-+NH4+碱1 酸2 碱2 酸1酸碱中和:酸碱中和:如 HCl+NH3 NH4+Cl-酸1 碱2 酸2 碱1盐的水解:盐的水解:如 NaAc+H2O NaOH+HAc 碱1 酸2 碱2 酸1溶剂(水)的质子自递反应溶剂(水)的质子自递反应 溶剂的质子自递反应:在溶剂分子间发生的质子转移反应。反应式为:H
4、2O+H2O OH+H3O+酸1 碱2 酸2 碱1KW=H3O+OH-=1.010-14 25即 pKW=pH+pOH=143 3、共轭酸碱对共轭酸碱对Ka和Kb的关系(1)(1)一元酸碱一元酸碱HA +H2O H3O+A-酸度常数酸度常数(酸的解离常数)KaKa,给质子能力,给质子能力强,酸的强度强,酸的强度K Kb b,得质子能力得质子能力强,碱的强度强,碱的强度共轭酸碱对共轭酸碱对共轭酸碱对共轭酸碱对HAHAHAHA和和和和A A A A-有如下关系有如下关系有如下关系有如下关系:A-+H2O OH-+HA 碱度常数碱度常数(碱的解离常数)(2)多元酸碱)多元酸碱H3PO4 H2PO4-
5、+H+Ka1 Kb3 H2PO4-HPO42-+H+Ka2 Kb2 HPO42-PO43-+H+Ka3 Kb1 讨论:讨论:多元酸碱在水中逐级离解,强度逐级递减多元酸碱在水中逐级离解,强度逐级递减形成的多元共轭酸碱对中最强酸的解离常数形成的多元共轭酸碱对中最强酸的解离常数 K Ka1a1对应最弱共轭碱的解离常数对应最弱共轭碱的解离常数K Kb3b3二、酸碱溶液中各型体的分布二、酸碱溶液中各型体的分布(一)酸的浓度和酸度一)酸的浓度和酸度l l酸的浓度酸的浓度酸的浓度酸的浓度:是指在一定体积溶液中含有某种酸溶质是指在一定体积溶液中含有某种酸溶质的量,即酸的的量,即酸的分析浓度分析浓度,包括已离解
6、的酸浓度和未,包括已离解的酸浓度和未离解酸的浓度,用离解酸的浓度,用c c酸酸表示。表示。l l酸酸酸酸度度度度:溶溶液液中中的的氢氢离离子子浓浓度度HH+,当当其其值值很很小小时时,常用常用pHpH表示。表示。平衡浓度平衡浓度平衡浓度平衡浓度:平衡时溶质存在的各型体浓度各型体浓度,用 表示,各型体平衡浓度之和为总浓度总浓度。(二)酸碱的分布系数(二)酸碱的分布系数 分布系数分布系数:在弱酸(碱)溶液中各型体存在的在弱酸(碱)溶液中各型体存在的平衡浓平衡浓度与溶液的分析浓度的比值度与溶液的分析浓度的比值,称为分布系数分布系数,用表示。n1.1.一元弱酸溶液中各型体的分布系数一元弱酸溶液中各型体
7、的分布系数n以HAc为例 HAc H+Ac-n HAcHAc 分布系数与溶液分布系数与溶液pHpH关系曲线的讨论:关系曲线的讨论:(1)+=1(2)pH=pKa 时;时;=0.5(3)pH pKa 时;时;Ac-()为主)为主pkapkapkapka是决定型体分布的内部因素,而是决定型体分布的内部因素,而是决定型体分布的内部因素,而是决定型体分布的内部因素,而pHpHpHpH控制是外部条件。控制是外部条件。控制是外部条件。控制是外部条件。与总浓度与总浓度c无关,是无关,是pH和和pKa的函数。的函数。HAc和和Ac-与总浓度与总浓度c有关。有关。l l例计算pH=5.0时,HAc和Ac-的分布
8、系数l l解:H H+=10=10-5-5一元弱碱的分布系数一元弱碱的分布系数 (以以NHNH3 3为例为例)l lNHNH3 3+H+H2 2OOHOOH+NH+NH4 4+多元弱酸溶液的分布系数多元弱酸溶液的分布系数l l以二元弱酸H2A为例:H2A分布系数与溶液分布系数与溶液pH关系曲线的讨论:关系曲线的讨论:pHpKa1时,时,H2C2O4为主为主;p pK Ka1 1 pH ppH ppHpK Ka2 2时,时,C2O4 2-为主为主.当当pH=pKa1,=当当pH=pKa2,=磷酸:磷酸:磷酸:磷酸:H H3 3POPO4 4,H H2 2POPO4 4-,HPOHPO4 42-2
9、-,POPO4 43-3-H3PO4为分布曲线的为分布曲线的讨论讨论:(p pK Ka1a1=2.12=2.12;p pK Ka2a2=7.20=7.20;p pK Ka3a3=12.36=12.36)(1 1)三个)三个)三个)三个p pK Ka a相差较大,共存相差较大,共存相差较大,共存相差较大,共存 现象不明显现象不明显现象不明显现象不明显;(2 2)pH=4.7pH=4.7时,时,时,时,2 2=0.994 =0.994 3 3 =1 1 =0.003 =0.003(3 3)pH=9.8pH=9.8时,时,时,时,1 1=0.994 =0.994 0 0 =2 2 =0.003 =0
10、.003l同理可得同理可得HnA弱酸与弱酸与M(OH)n弱碱溶液弱碱溶液 各型体的分布系数各型体的分布系数:(一一)强酸(强碱)溶液强酸(强碱)溶液 强酸溶液强酸溶液 HH+-c-ca a=OH=OH-A最简式最简式H+=Ca(C Ca a1010-6-6mol/Lmol/L)B精确式精确式(C Ca a 1010-6-6mol/Lmol/L)三、酸碱溶液的三、酸碱溶液的pHpH计算计算 强碱溶液强碱溶液A最简式最简式OH-=Cb(Cb10-6mol/L)B精确式精确式(Cb 10-6mol/L)OH-cb=H+(二)一元弱酸(碱)和多元弱酸(碱)二)一元弱酸(碱)和多元弱酸(碱)一元弱酸(一
11、元弱酸(一元弱酸(一元弱酸(HAHA)A A最简式:最简式:最简式:最简式:(CKCKCKCKa a a a20K20K20K20Kw w w w及及及及C/KC/KC/KC/Ka a a a400400400400)B B近似式:近似式:近似式:近似式:(CKCKCKCKa a a a20K20K20K20Kw w w w及及及及C/KC/KC/KC/Ka a a a400400400400)(CKCKCKCKa a a a20K20K20K20Kw w w w及及及及C/KC/KC/KC/Ka a a a400400400400)精确计算:精确计算:H+=A-+OH-HA可由可由HA求。求
12、。一元弱碱一元弱碱B+HB+H2 2OBHOBH+OH+OH-A A最简式:最简式:最简式:最简式:(CKCKCKCKb b b b20K20K20K20Kw w w w及及及及C/KC/KC/KC/Kb b b b500500500500)B B近似式:近似式:近似式:近似式:(CKCKCKCKb b b b20K20K20K20Kw w w w及及及及C/KC/KC/KC/Kb b b b500500500500)(CKCKCKCKb b b b20K20K20K20K20K20K20Kw w w w,忽略忽略忽略忽略HAHAHAHA-和水的离解)和水的离解)和水的离解)和水的离解)最简式
13、:最简式:最简式:最简式:(K K K Ka2a2a2a220K20K20K20Kw w w w,C ,C ,C ,C 20K20K20K20Ka1a1a1a1)计算计算NH4Cl溶液(溶液(0.10mol/L)的)的pH值。值。解:查表可得解:查表可得Kb=1.810-5 Ka=KW/Kb=5.710-10 CKa20Kw,C/Ka=0.10/5.710-10 500,可可按最简式按最简式计算:计算:计算HAc液(0.010mol/L)的pH值。解:查表得Ka=1.810-5 CKa20Kw,C/Ka=0.010/1.810-5500,可按最简式计算:计算0.10mol/L NaHCO3溶液
14、的pH。已知 Ka1=4.210-7 Ka2=5.610-11解:由于CKa220KW,C/Ka1 20,故应用最简式求算当NaH2PO4和Na2HPO4的浓度都较大(C/Ka 20)时:NaH2PO4溶液Na2HPO4溶液四、溶液酸度的控制四、溶液酸度的控制缓冲溶液:是一种对溶液的酸度起稳定作用的溶液。一般是由弱酸及其共轭碱(如HAc+NaAc),或弱碱及其共轭酸(如NH3+NH4Cl)组成。缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH计算公式:计算公式:(一)缓冲溶液的pH计算(二)(二)缓冲溶液的选择和配制缓冲溶液的选择和配制1.有较大的缓冲能力有较大的缓冲能力:总浓度总浓度c(0.050.050.2m
15、olL0.2molL-1-1););pHpKa,即即ca cb1 1HAc NaAc:pKa=4.76 (pH 45.5)NH4OHNH3:pKb=4.75 (pH 810)(CH2)6N4(CH2)6N4H+:pKb=8.87 (pH 4.56)2.不干扰测定不干扰测定(EDTA滴定滴定Pb2+,不用不用HAc-Ac-)。常用缓冲溶液常用缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液p pK Ka a缓冲范围缓冲范围缓冲范围缓冲范围氨基乙酸氨基乙酸氨基乙酸氨基乙酸+HClHCl2.352.351.51.53.03.0氯乙酸氯乙酸氯乙酸氯乙酸+NaOHNaOH2.862.862 23.53.5甲酸甲
16、酸甲酸甲酸+NaOHNaOH3.773.773 34.54.5HAc+NaAcHAc+NaAc4.764.764 45.55.5六次甲基四胺六次甲基四胺六次甲基四胺六次甲基四胺+HClHCl5.135.134.54.56.06.0H H2 2POPO4 4-+HPO+HPO4 42-2-7.217.216.56.58 8三羟甲基甲胺三羟甲基甲胺三羟甲基甲胺三羟甲基甲胺+HClHCl8.218.217.57.59 9硼砂硼砂硼砂硼砂(H(H3 3BOBO3 3+H+H2 2BOBO3 3-)9.249.248.58.51010NHNH4 4+NH+NH3 39.259.258.58.51010缓
17、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(NaAc+HAc,NH,NH4 4Cl+NHCl+NH3 3););2.溶液溶液中中H+大大,加过量加过量A-,溶液中溶液中OH-大大,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-AHA-A-共轭体系共轭体系3酸碱指示剂酸碱指示剂一、指示剂的变色原理一、指示剂的变色原理 酸碱指示示剂(acid-base indicator):酸碱滴定中用于指示滴定终点指示滴定终点的试剂。常用的酸碱指示剂是一些有机弱酸
18、或弱碱,这些弱酸或弱碱与其共轭碱或酸具有不同的颜色。现以酚酞和甲基橙为例。现以现以HIn代表弱酸指示剂,其离解平衡表示如下:代表弱酸指示剂,其离解平衡表示如下:HIn H+In-酸式色 碱式色以以InOH代表弱碱指示剂,其离解平衡表示如下:代表弱碱指示剂,其离解平衡表示如下:InOH OH-+In+碱式色 酸式色二、指示剂的变色范围二、指示剂的变色范围 以HIn弱酸指示剂为例。弱酸指示剂在溶液中离解平衡表示如下:HIn H+In-一定指示剂在一定温度下一定指示剂在一定温度下KHIn是是一个常数。因一个常数。因此,在一定的此,在一定的pH条件下,溶液有一定的颜色,当条件下,溶液有一定的颜色,当p
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- 分析化学 第四 酸碱 滴定法 课件
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