无机化学课件第4章.ppt

2023/8/16,1,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,酸碱平衡与酸碱滴定,Acid-Base Equilibrium and Acid-Base Titration,第 四 章,2023/8/16,2,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.1 电解质溶液 4.2 酸碱理论 4.3 溶液酸度的计算 4.4 缓冲溶液 4.5 弱酸(碱)溶液中各型体的分布 4.6 酸碱滴定法,2023/8/16,3,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,1.熟悉弱电解质平衡，了解活度、离子强度等概念。2.了解近代酸碱理论的基本概念。3.掌握各种平衡的计算原理与方法。4.掌握缓冲溶液的缓冲原理与配制方法。5.掌握酸碱滴定的基本原理与实际应用。,学习要求,2023/8/16,4,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.1 电解质溶液4.1.1 强电解质与弱电解质,电解质：熔融态或水溶液具有导电性的物质。可分为强电解质和弱电解质。一般认为强电解质可以完全解离，而弱电解质只是小部分解离。如：,2023/8/16,5,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解离度(),例如：0.10 molL1 HAc的解离度是1.32%，则溶液 的c(H+)=0.10 molL11.32%=0.00132 molL1 pH=2.88。,2023/8/16,6,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.1.2 活度与活度系数,离子氛：由于带不同电荷离子之间以及离子和溶液 分子之间的相互作用，使得每一个离子的 周围都吸引着一定数量带相反电荷的离子，形成了离子氛。,2023/8/16,7,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,NaCl溶液中离子氛示意图,2023/8/16,8,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,由于离子氛的存在而使得离子参加化学反应的有效浓度要比实际浓度低，这种离子在化学反应中起作用的有效浓度称为活度。,活度,2023/8/16,9,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,在强电解质溶液中，应该用活度代替浓度，但当离子强度小于104时，离子间牵制作用就降低到极微弱的程度，活度系数可以近似地认为是1，所以对于稀溶液通常用浓度代替活度。对于强电解质溶液，若浓度比较大时，则必须采用活度。离子强度I：反映离子间牵制作用强弱的物理量。,2023/8/16,10,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.2 酸碱理论,酸碱理论简介1.酸碱电离理论(1880-1890 阿仑尼乌斯)酸：解离的正离子全部为H+的物质；碱：解离的负离子全部为OH的物质。2.酸碱质子理论(1923年 布朗斯特、劳莱)酸：能给出质子(H+)的物质；碱：能接受质子(H+)的物质。3.酸碱电子理论(1923年 路易斯)酸：能接受电子对的物质；碱：能给出电子对的物质。4.软硬酸碱理论(1963年 皮尔逊)根据酸碱电子理论，结合授受电子对的难易程度进行软硬分类。,2023/8/16,11,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.2.1 酸碱质子理论,酸碱质子理论1923年由布朗斯特(Brnsted)和劳莱(Lowry)各自独立地提出。,2023/8/16,12,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,酸碱定义 酸：凡是能给出质子的物质；碱：凡是能接受质子的物质；酸碱可以是阴离子、阳离子或中性分子。,2023/8/16,13,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,酸碱共轭关系,2023/8/16,14,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,共轭酸碱对 满足酸碱共轭关系的一对酸和碱称为共轭酸碱对，酸越强它的共轭碱就越弱，酸越弱，它的共轭碱就越强。,共轭碱,共轭酸,2023/8/16,15,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2023/8/16,16,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,两性物质：同一物质在一个反应中它是酸，但在另一个反应中又是碱，这种在一定条件下可以失去质子，而在另一种条件下又可以接受质子的物质称为(酸碱)两性物质。,2023/8/16,17,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,“盐”：在酸碱质子理论中没有“盐”的概念,2023/8/16,18,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,酸碱反应的实质 两个共轭酸碱对之间的质子传递反应，即由强酸、强碱生成弱酸、弱碱的过程。,2023/8/16,19,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,1)解离反应,2)中和反应,3)水解反应,2023/8/16,20,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.2.2 酸碱的相对强弱,2023/8/16,21,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2023/8/16,22,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,1.水的解离平衡与离子积常数1)水的离子积常数与温度的关系 水的解离是吸热反应，温度升高，离子积常数也升高。,室温下常采用此数值,2023/8/16,23,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2)溶液的酸碱性,c(H+)=c(OH)=1107molL1 溶液显中性c(H+)1107molL1，c(H+)c(OH)溶液显酸性c(H+)1107molL1，c(H+)c(OH)溶液显碱性,2023/8/16,24,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2.弱酸、弱碱的解离平衡1)弱酸、弱碱的解离常数,Ka：酸常数,2023/8/16,25,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,Kb：碱常数,NH3+H2O NH4+OH,2023/8/16,26,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2)酸碱的相对强弱,弱酸弱碱的解离常数Ki(一),2023/8/16,27,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,通常把 Ka=102 107的酸称为弱酸，把 Ka 107的酸称为极弱酸；同理，弱碱也可以按 Kb的大小进行分类。,弱酸弱碱的解离常数Ki(二),2023/8/16,28,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,3)共轭酸碱对的Ka与Kb之间的关系,KaKb=c(H+)c(OH)=Kw=1.01014,2023/8/16,29,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,NH4+H2O NH3+H3O+,例：,NH3+H2O NH4+OH-,2023/8/16,30,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4)多元弱酸弱碱的解离,2023/8/16,31,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2023/8/16,32,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,?,2023/8/16,33,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,三元酸：,二元酸：,2023/8/16,34,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,3.解离度和稀释定律,1)解离度和解离常数之间的区别,解离常数属平衡常数，其值不受电解质浓度的影 响；解离度属平衡转化率，表示弱电解质在一定条件下的解离百分数，大小与电解质浓度有关。,HAc溶液的解离度与解离常数,2023/8/16,35,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,c0 0 0,对弱电解质：当 5%时，1-1,2)解离度和解离常数之间的关系,2023/8/16,36,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,稀释定律,稀释定律:弱电解质溶液的解离度与其浓度的平方根成反比，与其解离常数的平方根成正比。（温度一定的条件下，浓度越稀，其解离度越大）,2023/8/16,37,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,例4-1：将300mL0.20molL1 HAc溶液稀释到什么体积才能使解离度增加一倍？解：,2023/8/16,38,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解：因为解离度 5%，所以可以用公式(43)计算，即 故,例4-2：氨水是一弱碱，当氨水浓度为0.200 mol.L1时，NH3H2O的解离度为0.946，问 当浓度为0.100 mol.L1时NH3H2O的解离度为 多少？,2023/8/16,39,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,*酸碱电子理论,酸碱定义 酸电子对接受体，接受电子对的物质为酸；碱电子对给予体，提供电子对的物质为碱。酸碱反应A+:B=A:B Lewis酸 Lewis碱 酸碱加合物如：H+:OH=H2O BF3+:F=BF4 SO3+CaO:=CaSO4 Ag+:Cl=AgCl 等,2023/8/16,40,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,酸碱电子理论注意以下几点：1.Lewis酸碱电子理论中只有酸、碱和酸碱络合物，没有盐的概念。2.应该在具体的环境中确认物质的酸碱归属。同一 种物质，在不同的反应环境中，既可以作酸，也 可以作碱。3.正离子一般起酸的作用，负离子一般起碱的作用；AlCl3,SnCl2,FeCl3,BF3,SnCl4,BCl3,SbCl5等都是 常见的Lewis酸。4.这一理论的不足之处在于酸碱的强度没有统一、明 了的标准。为此，皮尔逊(Pearson R G)等又提出了“硬软酸碱规则”。,2023/8/16,41,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.3 溶液酸度的计算,酸性溶液：中性溶液：碱性溶液：,2023/8/16,42,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,质子平衡式：酸或碱溶液的平衡系统中，碱获得的质子数等于酸失去的质子数。,选择参考水平：溶液中大量存在并参与质子转移的物质得失质子的物质分别归组，酸给出质子数等于碱得到质子数，参考水平组分不在平衡式中出现。,4.3.1 质子平衡式,2023/8/16,43,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,一元弱酸水溶液,HAc水溶液：参考水准：HAc、H2O质子平衡式：,2023/8/16,44,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,NaAc水溶液,一元弱碱水溶液,2023/8/16,45,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,多元弱酸水溶液,H2S水溶液,2023/8/16,46,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,两性物质水溶液,Na2HPO4水溶液,2023/8/16,47,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,HCl+HAc混合溶液,2023/8/16,48,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.3.2 一元弱酸(碱)溶液酸度的计算,溶液中平衡：质子平衡式：,2023/8/16,49,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2023/8/16,50,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,近似式,最简式,2023/8/16,51,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,一元弱酸水溶液c(H+)计算公式：,一元弱碱水溶液c(OH)计算与弱酸类似，只需将c(H+)c(OH)；ca cb；Ka Kb,2023/8/16,52,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解：因为 所以,例4-3 已知HAc的=1.8105，计算0.10molL1HAc溶液的pH与HAc的解离度。,2023/8/16,53,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解：因为 所以,例4-4 计算0.10molL1CHCl2COOH(二氯代乙酸)溶液 的pH？已知CHCl2COOH的Ka=5.0102。,2023/8/16,54,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解：,例4-5 已知Kb(NH3H2O)=1.8105，计算0.050molL1 NH4Cl 溶液的pH。,2023/8/16,55,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解：,例4-6 已知=1.8105，计算0.10molL1NaAc溶液的pH。,2023/8/16,56,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解：,例4-7 已知pKHCN=9.21，计算1.0106molL1HCN溶 液的pH。,2023/8/16,57,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,多元弱酸分步解离，一般有：可按一元弱酸处理。当当,4.3.3 多元弱酸(碱)溶液酸度的计算,且,2023/8/16,58,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,多元弱碱溶液,当,当,2023/8/16,59,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解：,例4-8 已知H2C2O4的=5.37102，=5.37105，计算0.10molL1H2C2O4溶液的pH。,2023/8/16,60,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解：,例4-9 已知H2CO3的=4.17107，=5.621011，计算0.10molL1Na2CO3溶液的pH。,2023/8/16,61,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.3.4 两性物质溶液酸度的计算,1.酸式盐(NaHA)存在平衡：PBE：,2023/8/16,62,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2023/8/16,63,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,弱酸盐水溶液：,弱酸弱碱盐溶液,呈酸性；,呈碱性。,两性物质水溶液,2023/8/16,64,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解：,例4-10 已知H2CO3的=4.17107，=5.621011，计算0.10molL1NaHCO3溶液的pH。,2023/8/16,65,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,1.同离子效应 在弱电解质溶液中加入与弱电解质含有相同离子的强电解质，使弱电解质的解离度降低的现象称为同离子效应。,4.3.5 酸碱平衡的移动,2023/8/16,66,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,同离子效应与盐效应1)同离子效应,2023/8/16,67,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2023/8/16,68,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,在弱电解质溶液中加入强电解质，使弱电解质的解离度增大的现象称为盐效应。,2)盐效应,产生同离子效应的同时，必然伴随盐效应的发生，但同离子效应要大得多，二者共存时，常忽略盐效应，只考虑同离子效应。,2023/8/16,69,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2.同离子效应的应用,2023/8/16,70,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,1.饱和H2S溶液的浓度为0.1molL1；2.所以，表明可以通过控制 溶液的酸度达到控制s2浓度的目的；3.必须注意，此式并不表示H2S发生一步解离产生了2个H+和1个S2，也不表示溶液中不存在HS。,2023/8/16,71,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,例4-12 H2S是一个二元弱酸，其解离常数=1.1107、=1.31013。计算0.10molL1H2S溶液中各种离子的平衡浓度？,解：已知 H2S H+HS(1)；HS H+S2(2)=1.1107/1.31013 101.6，可按一元弱酸处理。又因，可采用近似式计算：按一元弱酸处理：c(HS)c(H+)=1.0104(molL1)注意：实际 c(H+)1.0104而 c(HS)1.0104。(1)+(2)：H2S 2H+S2 K=Ka1Ka2=1.35 1020 ca c(H2S)=0.10molL1 c(S2),2023/8/16,72,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.3.6 溶液酸度的测试1.酸碱指示剂原理,借助其颜色变化来指示溶液pH的物质叫做酸碱指示剂。酸碱指示剂通常是有机弱酸或弱碱。当溶液的pH改变时，其本身结构发生变化而引起颜色改变。,2023/8/16,73,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,呈现In酸色,呈现In碱色,呈现过渡色,2023/8/16,74,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,显过渡色,显酸色,显碱色,指示剂理论变色范围：,2023/8/16,75,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,酚酞结构(多元酸),pH10.1红色,2023/8/16,76,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,甲基橙结构(有机碱),pH4.4黄色,2023/8/16,77,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,一些常见酸碱指示剂的变色范围,2.4 4.4 红色-黄色,2023/8/16,78,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,8.1 10.1无色-红色,2023/8/16,79,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,常用单一酸碱指示剂(要记住),甲基橙甲基红酚酞,2023/8/16,80,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,终点颜色变化 无色有色，浅色有色例：酸滴定碱 选甲基橙 碱滴定酸 选酚酞,2023/8/16,81,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,酸碱指示剂理论变色范围为,影响酸碱指示剂变色范围的一些因素,a.人眼对颜色的敏感程度不同b.温度、溶液以及一些强电解质的存在c.指示剂的用量d.混合指示剂(变化范围越窄越好),2023/8/16,82,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,定义：在含有共轭酸碱对(弱酸弱酸盐或弱碱弱碱盐)的混合溶液中加入少量强酸或强碱或稍加稀释，溶液的pH基本上无变化，这种具有保持溶液pH相对稳定性能的溶液称为缓冲溶液。如：,4.4 缓冲溶液,2023/8/16,83,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,50mL H2O,pH=7.0,25mL0.1mol/L HAc和25mL0.1mol/L NaAc pH=4.76,L1HCl,pH 7.03.0,pH 4.75,4.4 缓冲溶液,L1HCl,2023/8/16,84,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.4.1 缓冲作用原理,25mL0.1molL1 HAc和25mL0.1molL1NaAc的混合溶液为什么具有缓冲能力呢？,1.当加入少量强酸时，平衡左移，Ac是抗酸部分2.当加入少量强碱时，平衡右移，HAc是抗碱部分,2023/8/16,85,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.4.2.缓冲溶液pH的计算以弱酸HB及共轭碱B为例若为弱碱及其共轭酸，只要将 pHpOH；ca cb；cb ca即可。,共轭酸浓度,共轭碱浓度,2023/8/16,86,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解：已知 或,例4-13有50mL含有0.20molL1 NH3水和0.10molL1 NH4+的缓冲溶液，求该缓冲溶液的pH。,2023/8/16,87,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,例4-14 有50mL含有0.10molL1 HAc和0.10molL1 NaAc的缓冲溶液，求：1.该缓冲溶液的pH；2.加入1.0 molL1的HCl 0.1mL后，溶液的pH。解：1.2.,2023/8/16,88,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,解：反应后系统为：HAc+NaAc,例4-15 90mL0.010molL1 HAc和30mL 0.010molL1 NaOH混合后，溶液的pH为多少？,2023/8/16,89,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,缓冲容量最大,配制缓冲溶液时，应使共轭酸碱的浓度比接近于1，这样缓冲容量最大，所以应选择 最接近于所配溶液的pH(pOH)的缓冲体系最好。,4.4.3.缓冲容量,缓冲范围,2023/8/16,90,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.4.4.重要缓冲溶液 pH标准缓冲溶液,2023/8/16,91,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,例4-16 今有三种酸(CH3)2AsO2H、ClCH2COOH、CH3COOH，它们的 分别为6.4107、1.4105、1.76105，试问：欲配制pH=6.50的缓冲溶液，采用哪种酸最好？需要多少克这种酸和多少克NaOH以配制1.00L缓冲溶液，其中 酸和它的对应盐的总浓度等于1.00molL1？解：(CH3)2AsO2H pKa=lg 6.4107=6.19 ClCH2COOH pKa=lg 1.4105=4.85 CH3COOH pKa=lg 1.76105=4.75 显然(CH3)2AsO2H的 p 更接近所需pH，应选(CH3)2AsO2H。加入NaOH 加入(CH3)2AsO2H,2023/8/16,92,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.5 弱酸(碱)溶液中各型体的分布,2023/8/16,93,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,HAc和Ac的-pH图,分布曲线：-pH图,2023/8/16,94,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2023/8/16,95,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,例4-17 计算pH=4.00时，浓度为0.10molL1HAc溶液中，HAc和Ac的分布分数和平衡浓度。,解：,2023/8/16,96,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,例4-18 在0.010molL1NH4Cl溶液中加入等体积的2.0 molL1NaOH溶液，求平衡时铵离子的浓度。,解：,2023/8/16,97,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.5.2 多元弱酸溶液中各种型体的分布,对二元弱酸：,2023/8/16,98,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,酒石酸的-pH图,当 时，以H2A为主,当 时，以HA为主；,当 时，以A2为主,2023/8/16,99,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2023/8/16,100,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,H3PO4的-pH图,2023/8/16,101,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.6 酸碱滴定法,4.6.1 酸碱滴定曲线1.强碱滴定强酸或强酸滴定强碱,以0.1000molL1NaOH溶液滴定20.00mL同浓度的HCl溶液滴定前：c(H+)=0.1000molL1，pH=1.00滴定开始至化学计量点前：如滴入NaOH19.98mL pH=4.30,2023/8/16,102,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,化学计量点：c(H+)=1.0107molL1，pH=7.00 化学计量点后：HCl 已被完全中和，按过量的NaOH计算 如过量0.02mLNaOH NaOH从计量点前差0.02mL到计量点后过量pH 0.02mL，溶液的pH：滴定突跃：通常把化学计量点前后滴定剂在0.1%时溶液pH的急剧变化范围称为滴定突跃。,2023/8/16,103,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,0.1000molL1NaOH溶液滴定20.00mL同浓度HCl溶液,2023/8/16,104,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,0.1000 molL1NaOH溶液滴定20.00mL同浓度HCl溶液的滴定曲线,2023/8/16,105,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,影响滴定突跃的因素,2023/8/16,106,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,1.滴定突跃 滴定剂在计量点前不足0.1%和计量点后过量0.1%引起的溶液pH的突变。2.选择指示剂的依据 滴定突约的pH变化范围。指示剂变色点(滴定终点)与化学计量点并不一定相同，但相差不超过0.02mL，相对误差不超过0.1%。3.浓度对滴定曲线的影响 浓度越大，滴定突跃越大。,讨论：,2023/8/16,107,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2.强碱滴定一元弱酸,以0.1000molL1NaOH溶液滴定20.00mL同浓度的HAc溶液滴定前：pH=2.89(与强酸比较，起始pH)滴定开始至化学计量点前：加入NaOH形成HAc-NaAc缓冲系统：如滴入NaOH19.98mL 计量点：全部中和，系统为NaAc溶液 pH=8.72 此时溶液已呈碱性,2023/8/16,108,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,化学计量点后：系统为NaOH+NaAc溶液，按强碱NaOH计算。若NaOH过量0.1%(0.02mL)：pH=9.70突跃范围：pH=7.749.70讨论：滴加体积：019.98 mL；pH=7.742.89=4.85 滴加体积：19.98 20.02 mL；pH=9.707.74=1.96 滴定开始点pH抬高，滴定突跃范围变小(pH从5.4到1.94),2023/8/16,109,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,NaOH溶液滴定不同弱酸溶液的滴定曲线,V,2023/8/16,110,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,讨论：化学计量点后 酸度主要由过量碱的浓度所决定。强碱滴定弱酸滴定突跃明显减小。被滴定的酸愈弱，Ka，滴定突跃，甚至没有明显的突跃。当ca为0.10molL1，Ka 109的弱酸就不能直接滴定。化学计量点前曲线的转折不如前一种类型的明显。这原因主要是缓冲系统的形成。化学计量点不是中性，而是弱碱性。只能选择那些在弱碱性区域内变色的指示剂。例如酚酞，变色范围pH=8.010.0，滴定由无色粉红色，也可选择百里酚蓝。,2023/8/16,111,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,一元弱酸(碱)准确滴定的判据要使终点误差0.2%,2023/8/16,112,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,0.1molL-1HCl溶液,突跃处于弱酸性，选甲基红或甲基橙作指示剂.,强酸滴定弱碱,8.0,V%,2023/8/16,113,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,3.多元酸、混酸及多元碱的滴定,第一，能否分步滴定或分别滴定；第二，滴定曲线的计算较复杂，需由实验得到；第三，滴定突跃相对较小，一般允许误差较大。,2023/8/16,114,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,能否准确滴定：,能否分步滴定：(允许误差1%),能否分别滴定：(允许误差1%),准确滴定条件,2023/8/16,115,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,以0.10molL1NaOH溶液滴定同浓度的H3PO4溶液为例。H3PO4在水溶液中存在H3PO4、H2PO4、HPO42、PO43，分布曲线见图4-3。计算可得在pH=4.7，(H2PO4)=99.4%，(H3PO4)=(HPO42)=0.3%即在pH4.7时，H3PO4还剩0.3%，已有0.3%的H2PO4被中和为HPO42了。说明多元酸的中和存在交叉现象。已知H3PO4的各级解离常数：H3PO4、H2PO4可以分步滴定，有两个较为明显的滴定突跃。HPO42不能准确滴定。对多元弱酸：一般最多有两个突跃。,2023/8/16,116,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,NaOH滴定H3PO4溶液的滴定曲线,2023/8/16,117,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,例4-20：0.1molL1氯乙酸(Ka=1.4103)和0.1molL1乙酸(Ka=1.8105)的混合溶液能否分别滴定？解：但,不能分步滴定，但可以一步同时滴定，测定总酸。,混酸：(强酸+弱酸)情况较复杂，考虑(弱酸HA+弱酸HB)。分别滴定的条件为：(cHAKHA)/(cHBKHB)104且同时满足 cHAKHA108，cHBKHB108。,2023/8/16,118,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,多元碱的滴定多元碱滴定与多元酸类似,如：0.15molL1 HCl溶液滴定20.00mL同浓度的Na2CO3；已知：基本能分步滴定。,第一化学计量点：CO32 HCO3,第二化学计量点：HCO3 H2CO3 c(H2CO3)饱和=0.040 molL1,2023/8/16,119,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,HCl溶液滴定Na2CO3溶液的滴定曲线,注意：滴定过程中生成的H2CO3转化为CO2较慢，易形成CO2的饱和溶液，使溶液酸度增大，终点过早出现。在滴定至终点时应剧烈摇动溶液，使CO2尽快逸出。,2023/8/16,120,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,4.6.2.酸碱标准溶液的配制与标定,酸碱滴定中最常用的标准溶液是：0.10molL1 HCl、0.10molL1 NaOH,1.HCl标准溶液先粗配，再标定。基准物：无水碳酸钠或硼砂无水碳酸钠 采用甲基橙-靛蓝指示剂 优点：价格便宜 缺点：吸湿性强，摩尔质量小，称量误差大硼砂 Na2B4O710H2O 甲基红作指示剂 优点：摩尔质量大 缺点：易风化，需保存在相对湿定度60%的恒湿器中,2023/8/16,121,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2.NaOH标准溶液 NaOH具有很强的吸湿性，又易吸收空气中的CO2，与HCl类似，不能直接配制标准溶液，可用基准物质草酸、邻苯二甲酸氢钾等标定。草酸(H2C2O42H2O)K=5.37102，K=6.1105,K/K 104，只能一次性滴定至C2O42，选用酚酞作指示剂。草酸稳定性较高，但其摩尔质量(126.07gmol1)不太大，为减少称量误差，可以多称一些草酸配成较大浓度的溶液，标定时，移取部分溶液。邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)易溶于水，不含结晶水，在空气中不吸水，易保存，摩尔质量较大(204.2gmol1)，是标定碱液的良好基准物质。由于K=3.9106，滴定产物为邻苯二甲酸钾钠，呈弱碱性，采用酚酞作指示剂。,2023/8/16,122,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,NaOH强烈吸收空气中的CO2，在NaOH溶液中常含有少量的Na2CO3。用该NaOH溶液作标准溶液滴定时，若用甲基橙或甲基红作指示剂，则其中的Na2CO3被中和至CO2+H2O；若用酚酞作指示剂，则其中的Na2CO3仅被中和至NaHCO3，这样就使滴定引进误差。此外，在蒸馏水中也含有CO2，形成H2CO3，能与NaOH反应，但反应速度不太快。当用酚酞作指示剂时，常使滴定终点不稳定，稍放置，粉红色褪去，这是由于CO2不断转化为H2CO3，直至溶液中CO2 转化完毕为止。因此当选用酚酞作指示剂，需煮沸蒸馏水以消除CO2的影响。,2023/8/16,123,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,1.直接法 工业纯碱、烧碱以及Na3PO4等产品组成大多都是混合碱，它们的测定方法有多种。例如工业纯碱，其组成形式可能是纯Na2CO3或是Na2CO3+NaOH；或是Na2CO3+NaHCO3。可用双指示剂法测定。用HCl标准溶液滴定混合碱至酚酞的粉红色刚好消失为终点，滴定剂体积记为V1，此时刚把系统中的NaOH(如果存在的话)全部中和，同时把Na2CO3(如果存在的话)中和到NaHCO3。加入甲基橙作指示剂，继续用HCl标准溶液滴定至橙色为终点，滴定剂体积为V2。V2仅是滴定NaHCO3所消耗的HCl体积。然后根据体积数计算出各组分含量。,4.6.3.酸碱滴定应用示例,2023/8/16,124,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,V1,V2,V1,2023/8/16,125,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,例4-21 某纯碱试样1.000g，溶于水后，以酚酞为指示剂，耗用0.2500molL1HCl溶液20.40mL；再以甲基橙为指示剂，继续用0.2500molL1HCl溶液滴定，共耗去48.86mL，求试样中各组分的质量分数。解：分析：以酚酞为指示剂时，耗去HCl溶液V1=20.40mL，而用甲基橙为指示剂时，耗用同浓度HCl溶液V2=48.86 20.40=28.46mL。V2V1，可见试样为Na2CO3+NaHCO3。,2023/8/16,126,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2.间接法,许多不能直接滴定条件的酸、碱物质，如NH4+、ZnO、Al2(SO4)3以及许多有机物质，都可以考虑采用间接法滴定。如NH4+，pKa=9.25，是一种很弱的酸，在水溶液系统中不能直接滴定，但可用间接法测定。如蒸馏法、甲醛法等。其中蒸馏法是根据以下反应进行的：NH4+(aq)+OH(aq)NH3(g)+H2O(l)NH3(g)+HCl(aq)NH4+(aq)+Cl-NaOH(aq)+HCl(aq)(剩余)NaCl(aq)+H2O(l)蒸馏法准确度较高，但实验麻烦、费时。甲醛法较简单，但误差较大，在要求不高时可用此法：4NH4+6HCHO(CH2)6N4H+3H+6H2O Ka(CH2)6N4H+)=7.1106可以酚酞为指示剂用NaOH直接滴定。,2023/8/16,127,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,2023/8/16,128,第四章 酸碱平衡与酸碱滴定,例4-22 将2.000g的黄豆用浓H2SO4进行消化处理，得到被测试液，然后加入过量的 NaOH溶液，将释放出来的NH3用50.00mL0.6700molL1HCl溶液吸收，多余的HCl采用甲基橙指示剂，以0.6520molL1 NaOH 30.10mL滴定至终点。计算黄豆中氮的质量分数。解：,