《分析化学:酸碱滴定法》.ppt
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- 分析化学:酸碱滴定法 分析化学 酸碱 滴定法
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1、分析化学:酸碱滴定法2第五章 酸碱滴定法(acid-base titration)水溶液中的酸碱平衡水溶液中的酸碱平衡酸碱指示剂酸碱指示剂酸碱滴定法的基本原理酸碱滴定法的基本原理滴定终点误差滴定终点误差酸碱滴定的应用与示例酸碱滴定的应用与示例 非水溶液中的酸碱滴定非水溶液中的酸碱滴定(自学)自学)3第五章第五章 酸碱滴定法酸碱滴定法(acid-base titration)酸碱滴定法酸碱滴定法(中和滴定法):(中和滴定法):以水溶液中的质子转移反应为基础的滴定以水溶液中的质子转移反应为基础的滴定分析法。分析法。4电离理论电离理论质子理论质子理论5酸碱质子HACAc-+H+H2CO3HCO3-+
2、H+HCO3-CO32-+H+NH4+NH3+H+H6Y2+H5Y+H+NH3OH+NH2OH+H+(CH2)6N4H+(CH2)6N4+H+根据酸碱质子理论,根据酸碱质子理论,H2PO-4是是_,它的共轭,它的共轭酸是酸是_,它的共轭碱是,它的共轭碱是_。两性物质两性物质H3PO4HPO42-共轭酸碱对共轭酸碱对67酸碱半反应酸碱半反应:酸给出质子和碱接受质子的反应。酸给出质子和碱接受质子的反应。醋酸在水中的离解:醋酸在水中的离解:8小结小结 !酸碱半反应不可能单独发生酸碱半反应不可能单独发生酸碱反应是两对酸碱反应是两对共轭酸碱对共轭酸碱对共同作用的结果共同作用的结果 酸碱反应的实质是酸碱反
3、应的实质是质子的转移质子的转移 质子的转移是通过质子的转移是通过溶剂合质子溶剂合质子来实现的来实现的酸碱是相对的酸碱是相对的 9例如例如 水水143100.1OHOHKKwspHpOH 14水的离子积水的离子积发生在溶剂分子间的质子转移发生在溶剂分子间的质子转移该反应的平衡常数该反应的平衡常数 溶剂的质子自递常数溶剂的质子自递常数 Ks10(1)(1)、一元酸碱的强度、一元酸碱的强度KH OAHAa3KOHHAAb11 K Ka a,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HAHA和和A A-有如下关系有
4、如下关系KKKabwHCl +H2O H3O+Cl-Ka=1.55106HAc +H2O H3O+Ac-Ka=1.7510-5NH4+H2O H3O+NH3 Ka=5.510-10酸强度:酸强度:HCl HAc NH4+12(2 2)、多元酸碱的强度)、多元酸碱的强度13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 KKKaaa123321bbbKKK14132231100.1WbababaKKKKKKK14例:例
5、:计算计算HS-的的Kb值。值。解:解:HS-为两性物质,这里指的是作为碱时的离为两性物质,这里指的是作为碱时的离解常数,由解常数,由 7814100.2101.51000.112aWbKKK查得查得 H2S的的Ka1=5.110-8,则,则HS-+H2O H2S+OH-15 酸的浓度酸的浓度:是指在一定体积溶液中含有:是指在一定体积溶液中含有某种酸溶质的量,即某种酸溶质的量,即酸的分析浓度酸的分析浓度用用c酸酸表示表示。酸度酸度:溶液中的氢离子浓度:溶液中的氢离子浓度H+,当其当其值很小时,常用值很小时,常用pH表示表示。16分析浓度平衡浓度(1)、一元弱酸)、一元弱酸n以HAc为例 HAc
6、 H+Ac-aaHAcAcKHKAcHAcHAcAcAccAc11aHAcHAcKHHHAcAcHAcAcHAccHAc11HAcAcHKa1HAcAc17 Ka一定时,一定时,HA和和A-与与pH有关有关 pH,HA,A-pHpKa,HAc为主为主 pH=pKa,HAc=Ac-pH pKa时,时,Ac-为主为主18例:计算例:计算pH=5.0时,时,HAc溶液(溶液(0.1000mol/L)中中HAc和和Ac-的分布系数及平衡浓度的分布系数及平衡浓度解:36.0100.11078.1100.1555HKHaHAc64.036.01AcLmolCHAcHAc/036.036.01000.0Lm
7、olCAcAc/064.064.01000.019(2 2)、二元弱酸)、二元弱酸H2C2O4 HC2O4-+H+HC2O4-C2O42-+H+CH C OHC OC O224242421241211224HC OaaaaHC OCKHHKHKK2242122112242C OaaaaaC OCKKHKHKKCOCHOCH422422HHKHKKaaa22112012120讨论讨论Ka一定时,一定时,0,1和和2与与H+有关有关 pH pKa1,H2C2O4为主为主 pH=pKa1,H2C2O4=HC2O4-pKa1 pH pKa2,HC2O4-为主为主 pH=pKa2,HC2O4-=C2O4
8、2-pH pKa2,C2O42-为主为主21结论结论1.取决于取决于Ka,Kb及及H+的大小,与的大小,与C无无关关2.大小能定量说明某型体在溶液中的分大小能定量说明某型体在溶液中的分布布,由,由可求某型体的平衡浓度可求某型体的平衡浓度22u按照酸碱质子理论,酸碱反应的实质是按照酸碱质子理论,酸碱反应的实质是质子转移质子转移。u当酸碱反应达到平衡时,酸失去的质子当酸碱反应达到平衡时,酸失去的质子数与碱得到的数与碱得到的质子数相等。质子数相等。u这种平衡关系称为质子条件。其数学表这种平衡关系称为质子条件。其数学表达式叫称为达式叫称为质子条件式质子条件式。23 2425例例2:写出:写出Na2HP
9、O4溶液的质子条件式溶液的质子条件式 26(1 1)、强酸()、强酸(C Ca a )OHCOHAHaaCHHKCHwa242waaKCCH27(2 2)、强碱()、强碱(C Cb b )精确式精确式B+H+BH+H2O H+OH OHBHHOHKCOHWbbCOH28HAOHCKHaW1HCKHKKHaaaW0)(23wawaaaKKHKKCHKH(3 3)一元弱酸()一元弱酸(C Ca a )29近似式近似式最简式最简式*HKKCKaaaa242HC Kaa500aaKCWaaKKC20WaaKKC20HCKHKaaa30(4 4)、一元弱碱()、一元弱碱(C Cb b)最简式最简式*OH
10、KKCKbbbb242OHC Kbb31例例 计算计算HAc液(液(0.010mol/L)的)的pH值。值。解:查表得解:查表得Ka=1.810-5由于CKa20Kw,C/Ka=0.010/1.810-5500,故可按最简式计算:38.3/102.4108.1010.045pHLmolCKHa32例例 计算计算NH4Cl液(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 由于由于CKa20Kw,C/Ka=0.10/5.710-10 500,故可按最简式计算:,故可按最简式计算:13.5/105.7107.510.061
11、0pHLmolCKHa33练习:计算练习:计算0.100mol/L NaAc液的液的pH值。值。查表得:查表得:Ka=1.810-5 Kb=KW/Ka=5.710-10由于由于CKb20Kw,C/Kb=0.100/5.710-10500,故可按最简式计算:故可按最简式计算:Ac-的水解反应:的水解反应:Ac-+H2O HAc+OH-87.813.51413.5/105.7107.510.0610pHpOHLmolCKOHb解:解:34练习:计算练习:计算0.10mol/L NH3液的液的pH值。值。查表得:查表得:Kb=1.810-5解:由于解:由于CKb20Kw,C/Kb=0.10/1.81
12、0-5500,故可按最简式计算:,故可按最简式计算:11.1189.21489.2/103.1108.110.035pHpOHLmolCKOHb35(1 1)、多元弱酸:)、多元弱酸:设二元酸分析浓度为设二元酸分析浓度为CaHC Kaa11bbKCOHCa Ka1 20 Kw Ka1 Ka2 Ca/Ka1 5003621aaKKHH+H2A=A2-+OH-121aaaaKCCKHwaaKKC202当当NaHA近似式近似式20/1aaKC最简式最简式37例:计算例:计算0.10mol/L NaHCO3溶液的溶液的pH。已知已知 Ka1=4.210-7 ,Ka2=5.610-11解:由于解:由于C
13、Ka220KW,C/Ka1 20,故应,故应用最简式求算用最简式求算31.8/109.4106.5102.4911721pHLmolKKHaa38HA(浓度(浓度Ca)+NaA(浓度(浓度Cb)HCCKabaabaCCpKpHlgbaaCCpKpHlg或39例:计算例:计算 0.10 mol/L NH4Cl-0.20 mol/L NH3缓缓冲溶液的冲溶液的pH值。值。解解:已知已知Kb=1.810-5,Ka=Kw/Kb=5.710-10,由于由于NH4Cl和和NH3的浓度均较大,故可按下式计的浓度均较大,故可按下式计算:算:54.910.020.0lg24.9lg43NHNHpKpHa40强酸
14、强碱溶液的强酸强碱溶液的pHpH值值弱酸弱碱溶液的弱酸弱碱溶液的pHpH值值aCHbCOHaaKCHOHC KbbHC Kaa11bbKCOH21aaKKHHKKaa23HCCKabaabaCCpKpHlg小结小结:41o 酸碱指示剂的变色原理酸碱指示剂的变色原理o 酸碱指示剂的变色范围酸碱指示剂的变色范围o 影响酸碱指示剂变色范围的因素影响酸碱指示剂变色范围的因素o 关于混合指示剂关于混合指示剂v酸碱反应通常不发生外观的变化,在滴定中酸碱反应通常不发生外观的变化,在滴定中需选用适当的需选用适当的指示剂指示剂,利用它的变色作为到达,利用它的变色作为到达计量点的标志。计量点的标志。42 a弱的有
15、机酸碱弱的有机酸碱 b酸式体和碱式体颜色明显不同酸式体和碱式体颜色明显不同 c溶液溶液pH变化变化指示剂结构改变指示剂结构改变指示终点变化指示终点变化酸式体酸式体 碱式体碱式体 或 碱式体碱式体 酸式体酸式体 H H以甲基橙、酚酞为例以甲基橙、酚酞为例(H3C)2+NNNHSO3OHH+(H3C)2NSO3NHN甲基橙(MO)红色(醌式)黄色(偶氮式)pKa=3.4OHOHOHH+pKa=9.1HOCOOOOCOO羟式(无色)醌式(红色)酚酞(PP)有机弱碱有机弱碱酸式体酸式体碱式体碱式体有机弱酸有机弱酸酸式体酸式体碱式体碱式体441)In-/HIn 10 或pH p Kin+1 碱式色碱式色
16、2)In-/HIn 1/10 或 pH p Kin1 酸式色酸式色3)1/10 In-/HIn 10 或 p Kin1 pH p Kin+1 讨论:讨论:KIn一定,一定,H+决定比值大小,影响溶液颜色决定比值大小,影响溶液颜色aInKHInInHKHInInHKIn HIn H+In-45指示剂理论变色范围指示剂理论变色范围 pH=p KIn 1指示剂理论变色点指示剂理论变色点 pH=p KIn ,In-=HIn注:注:实际与理论的变色范围有差别,深色比浅色灵敏实际与理论的变色范围有差别,深色比浅色灵敏 指示剂的变色范围越窄,指示变色越敏锐指示剂的变色范围越窄,指示变色越敏锐461各种指示剂
17、的变色范围随各种指示剂的变色范围随KIn的不同而异。的不同而异。2各种指示剂在变色范围内显示出逐渐变化各种指示剂在变色范围内显示出逐渐变化的过渡颜色的过渡颜色3由实验测得的各种指示剂变色范围的由实验测得的各种指示剂变色范围的pH幅度一般在幅度一般在l2个个pH单位单位4指示剂的变色范围越窄越好。指示剂的变色范围越窄越好。47变色点变色点pHpH取决于酸、碱式体浓度的比值,与取决于酸、碱式体浓度的比值,与C CHInHIn无关无关 变色点变色点pHpH取决于取决于C CHInHIn ;C CHInHIn 则则pHpH,变色点酸移,变色点酸移KHInHInin aCaHInInHKin 48 T
18、KT Kinin 变色范围变色范围 !注意:如加热,须冷却后滴定 例:甲基橙例:甲基橙 180C 3.14.4 1000C 2.53.7 电解质电解质改变表观离解常数改变表观离解常数 变色范围变色范围 滴定顺序:滴定顺序:无色无色有色有色,浅色,浅色深色深色 例:例:酸滴定碱酸滴定碱 选甲基橙选甲基橙 黄黄橙橙 碱滴定酸碱滴定酸 酚酞酚酞 无色无色粉红粉红49组成组成 1指示剂指示剂+惰性染料惰性染料 例:甲基橙例:甲基橙+靛蓝(作背景颜色)靛蓝(作背景颜色)紫色紫色浅灰色浅灰色绿色绿色 2两种或两种以上的指示剂混合而成两种或两种以上的指示剂混合而成 例:溴甲酚绿例:溴甲酚绿+甲基红(甲基红(
19、酒红色酒红色灰色灰色绿色绿色)特点特点 变色敏锐;变色范围窄变色敏锐;变色范围窄50 强碱滴定强酸 强酸滴定强碱H+OH-H2OKHOHKtw11101014.滴定反应常数滴定反应常数:51NaOH(0.1000mol/L)HCl(0.1000mol/L,20.00mL)NaOH体积 Vbml1滴定过程中滴定过程中pH值的变化值的变化2滴定曲线的形状滴定曲线的形状3滴定突跃滴定突跃4影响滴定突跃的因素和指示剂的选择影响滴定突跃的因素和指示剂的选择521滴定过程中滴定过程中pH值的变化值的变化(1)滴定开始前(Vb=0):LmolCHa/1000.00.1pHLmolCVVVVHababa/10
20、00.51000.098.1900.2098.1900.20530.4pH53(3)化学计量点时(Vb=Va)(SP):(4)化学计量点后(Vb Va):SP后0.1%,加入NaOH 20.02mLHOHKmolLw 107/00.7pHLmolCVVVVOHbbaab/100.51.002.2000.2000.2002.20530.4pOH70.9 pH2滴定曲线的形状滴定曲线的形状 滴定开始,强酸缓冲区,滴定开始,强酸缓冲区,pH微小微小 pH=3.3 随滴定进行随滴定进行,HCl ,pH渐渐 SP前后前后0.1%,pH ,酸酸碱碱 pH=5.4 继续滴继续滴NaOH,强碱缓冲,强碱缓冲区
21、,区,pH553滴定突跃滴定突跃 滴定突跃:滴定突跃:化学计量点前后化学计量点前后0.1%0.1%的变化引起的变化引起pHpH值值 突然改变的现象突然改变的现象滴定突跃范围:滴定突跃范围:滴定突跃所在的滴定突跃所在的pHpH范围范围 用途:用途:利用滴定突跃指示终点利用滴定突跃指示终点564影响滴定突跃的因素和指示剂的选择影响滴定突跃的因素和指示剂的选择影响因素:影响因素:浓度浓度 C C,pHpH,可选指示剂,可选指示剂多多例:例:C C1010倍,倍,pHpH2 2个单位个单位选择原则:选择原则:指示剂变色范围部分或全部落在滴定突跃范围内指示剂变色范围部分或全部落在滴定突跃范围内(指示剂变
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