第四章-酸碱滴定法
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第四章酸碱滴定法本章主要讲授以下内容:§4—1酸碱滴定法的理论基础酸碱质子理论酸碱离解平衡共轭酸碱对的Ka和Kb的关系§4—2分布系数和分布曲线§4—3酸碱溶液pH值的计算质子条件:强酸(碱)溶液、一元弱酸(碱)溶液、多元酸(碱)溶液、两性物质溶液、缓冲溶液;根据质子条件计算P H值§4—4酸碱滴定终点指示方法指示剂法电位滴定法§4—5一元酸碱滴定强碱滴强酸的滴定曲线和pH突跃范围、Ka(Kb)和浓度对突跃范围的影响、弱酸(碱)被滴定的条件、指示剂的选择§4—6多元酸、混合酸和多元碱的滴定分步滴定的条件和指示剂的选择§4—7酸碱滴定应用示例§4—8酸碱标准溶液的配制和标定§4—9酸碱滴定结果计算示例本章主要掌握以下内容:1. 掌握酸碱滴定法的基本原理、指示剂的变色原理2. 熟练掌握分布系数、分布曲线、质子条件、滴定误差等基本概念,正确书写各种溶液的质子条件,并由质子条件正确计算pH 值。
3. 熟悉一元酸碱滴定的滴定曲线、pH 突跃影响因素,指示剂的选择原理,熟练计算滴定误差。
4. 了解多元酸、混合酸和多元碱的滴定曲线、滴定误差,掌握多元酸、碱、混合酸的分步滴定条件和指示剂的选择原则。
5. 熟练掌握酸碱滴定法结果计算§4—1 酸碱平衡的理论基础酸碱质子理论电离理论:电解质电离时所生成的阳离子全部是H +的是酸,离解时所生成的阴离子全部是OH -的是碱。
局限性:该理论只适用于水溶液,不适用于非水溶液,不能解释有的物质(如NH 3)不含有OH -,但却有碱性的事实。
酸碱质子理论(1923年,布朗斯台德提出):凡是能给出质子(H +)的物质是酸,凡是能接受质子的物质是碱,它们之间的关系是:例如:上式中HA C 是酸,它给出质子后,转化成A C -对于质子具有一定的亲和力,能接受质子,因而是一种碱。
共轭酸碱对:因一个质子的得失而互相转变的每一对酸碱,称为共轭酸碱对。
第四章酸碱滴定法1.写出下列各酸的共轭碱:H2O,H2C2O4,H2PO4-,HCO3-,C6H5OH,C6H5NH3+,HS-,Fe(H2O)63+,R-NH+CH2COOH.答:H2O的共轭碱为OH-;;H2C2O4的共轭碱为HC2O4-;H2PO4-的共轭碱为HPO42-;HCO3-的共轭碱为CO32-;;C6H5OH的共轭碱为C6H5O-;C6H5NH3+的共轭碱为C6H5NH2;HS-的共轭碱为S2-;Fe(H2O)63+的共轭碱为Fe(H2O)5(OH)2+;R-NH2+CH2COOH的共轭碱为R-NHCH2COOH。
2. 写出下列各碱的共轭酸:H2O,NO3-,HSO4-,S2-,C6H5O-,C u(H2O)2(OH)2,(CH2)6N4,R—NHCH2COO-,COO-C O O-。
答:H2O的共轭酸为H+;NO3-的共轭酸为HNO3;HSO4-的共轭酸为H2SO4;S2的共轭酸为HS-;C6H5O-的共轭酸为C6H5OHC u(H2O)2(OH)2的共轭酸为Cu(H2O)3(OH)+;(CH2)6N4的共轭酸为(CH2)4N4H+;R—NHCH2COO-的共轭酸为R—NHCHCOOH,COO-C O O-的共轭酸为COO-C O O-H3.根据物料平衡和电荷平衡写出(1)(NH4)2CO3,(2)NH4HCO3溶液的PBE,浓度为c(mol·L-1)。
答:(1)MBE:[NH4+]+[NH3]=2c; [H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]=cCBE:[NH4+]+[H+]=[OH-]+[HCO3-]+2[CO32-]PBE:[H+]+2[H2CO3] +[HCO3-]=[NH3]+[OH-](2)MBE:[NH4+]+[NH3]=c; [H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]=cCBE:[NH4+]+[H+]=[OH-]+[HCO3-]+2[CO32-]PBE:[H+]+[H2CO3]=[NH3]+[OH-]+[CO32-]4.写出下列酸碱组分的MBE、CEB和PBE(设定质子参考水准直接写出),浓度为c (mol·L-1)。
(1)KHP (2)NaNH4HPO4(3)NH4H2PO4(4)NH4CN答:(1)MBE:[K+]=c[H2P]+[HP-]+[P2-]=cCBE :[K +]+[H +]=2[P 2-]+[OH -]+[HP -] PBE :[H +]+[H 2P]=[P 2-]+[OH -](2)MBE :[Na +]=[NH 4+]=c[H 2PO 4-]+[H 3PO 4]+[HPO 42-]+[PO 43-]=cCBE :[Na +]+[NH 4+]+[H +]=[OH -]+[H 2PO 4-]+2[HPO 42-]+3[PO 43-] PBE :[H +]+[H 2PO 4-]+2[H 3PO 4]=[OH -]+[NH 3]+[PO 43-] (3)MBE :[NH 4+]=c[H 3PO 4]+[H 2PO 4-]+[HPO 42-]+[PO 43-]=cCBE :[NH 4+]+[H +]=[H 2PO 4]+2[HPO 42-]+3[PO 43-]+[OH -] PBE :[H +]+[H 3PO 4]=[OH -]+[NH 3]+[HPO 42-]+2[PO 43-] (4)MBE :[NH 4+]=c[CN -]+[HCN]=cCBE :[NH 4+]+[H +]=[OH -]+[CN -] PBE :[HCN]+[H +]=[NH 3]+[OH -]5. (1)讨论两种一元弱酸混合溶液的酸碱平衡问题,推导其H +浓度计算公式。
(2)0.10 mol·L -1NH 4Cl 和 0.10 mol·L -1H 3BO 3混合液的pH 值。
答:(1)设HB 1和HB 2分别为两种一元弱酸,浓度分别为C HB1和C HB2 mol·L -1。
两种酸的混合液的PBE 为[H +]=[OH -]+[B 1-]+[B 2-]混合液是酸性,忽略水的电离,即[OH -]项可忽略,并代入有关平衡常数式得如下近似式][][][][][2121++++=H K HB H K HB H HB HB21][][][21HB HB K HB K HB H +=+ (1)当两种都较弱,可忽略其离解的影响,[HB 1]≈C HB1 ,[HB 2]≈C HB2 。
式(1)简化为 2211][HB HB HB HB K C K C H +=+ (2)若两种酸都不太弱,先由式(2)近似求得[H +],对式(1)进行逐步逼近求解。
(2) 5108.13-⨯=NH K 10514106.5108.1/100.1/34---⨯=⨯⨯==+NH W NH K K K10108.533-⨯=BO H K根据公式2211][HB HB HB HB K C K C H +=+得:Lmol K C K C H HB HB HB HB /1007.1108.51.0106.51.0][510102211---+⨯=⨯⨯+⨯⨯=+=pH=lg1.07×10-5=4.976.根据图5—3说明NaH 2PO 4—Na 2HPO 4 缓冲溶液适用的pH 范围。
答:范围为7.2±1。
7.若要配制(1)pH=3.0,(2)pH=4.0 的缓冲溶液,现有下列物质,问应该选那种缓冲体系?有关常数见附录一之表1。
(1)COO -C O O- (2)HCOOH (3)CH 2ClCOOH (4)NH 3+CH 2COOH(氨基乙酸盐)答:(1) pK a1=2.95 pK a2=5.41 故pH=(pK a1+pK a2)/2=(2.95+5.41)/2=4.18(2) pK a =3.74 (3) pK a =2.86(4)pK a1=2.35 pK a2=9.60 故pH=( pK a1+pK a2)/2=(2.35+9.60)/2=5.98 所以配制pH=3.0的溶液须选(2),(3);配制pH=4.0须选(1),(2)。
8.下列酸碱溶液浓度均为0.10 mol·L -1,能否采用等浓度的滴定剂直接准确进行滴定? (1)HF (2)KHP (3)NH 3+CH 2COONa (4)NaHS (5)NaHCO 3 (6)(CH 2)6N 4 (7) (CH 2)6N 4·HCl (8)CH 3NH 2 答:(1) K a =7.2×10-4 ,C sp K a =0.1×7.2×10-4=7.2×10-5>10-8(2) K a2=3.9×10-6 ,C sp K a2=0.1×3.9×10-6=3.9×10-7>10-8(3) K a2=2.5×10-10 ,C sp K a2=0.1×2.5×10-10=2.5×10-11<10-8(4) K a1=5.7×10-8 ,K b2=K w /K a1=1.0×10-14/5.7×10-8=1.8×10-7,C sp K b2=0.1×1.8×10-7=1.8×10-8>10-8(5) K a2=5.6×10-11 , K b1=K w /K a2=1.0×10-14/5.6×10-11=1.8×10-4,C sp K b1=0.1×1.8×10-4=1.8×10-5>10-8(6) K b =1.4×10-9 ,C sp K b =0.1×1.4×10-9=1.4×10-10<10-8(7) K b =1.4×10-9 , K a =K w /K b =1.0×10-14/1.4×10-9=1.7×10-6,C sp K a =0.1×1.7×10-6=1.7×10-7>10-8(8) K b =4.2×10-4 ,C sp K b =0.1×4.2×10-4=4.2×10-5>10-8 根据C sp K a ≥10-8可直接滴定,查表计算只(3)、(6)不能直接准确滴定,其余可直接滴定。
9.强碱(酸)滴定一元弱酸(碱),c sp K a (K b )≥10-8就可以直接准确滴定。
如果用K t 表示滴定反应的形成常数,那么该反应的c sp K t 应为多少? 解:因为C sp K a ≥10-8,K a =K t •K w ,故:C sp K t ≥10610.为什么一般都用强酸(碱)溶液作酸(碱)标准溶液?为什么酸(碱)标准溶液的浓度不宜太浓或太稀?答:用强酸或强碱作滴定剂时,其滴定反应为:H ++OH -=H 2OK t =]][[1-+OH H =WK 1=1.0×1014 (25℃) 此类滴定反应的平衡常数K t 相当大,反应进行的十分完全。
但酸(碱)标准溶液的浓度太浓时,滴定终点时过量的体积一定,因而误差增大;若太稀,终点时指示剂变色不明显,故滴定的体积也会增大,致使误差增大。
故酸(碱)标准溶液的浓度均不宜太浓或太稀。
11.下列多元酸(碱)、混合酸(碱)溶液中每种酸(碱)的分析浓度均为0.10 mol·L -1(标明的除外),能否用等浓度的滴定剂准确进行分布滴定或分别滴定?如能直接滴定(包括滴总量),根据计算的pH sp 选择适宜的指示剂。
(1)H 3AsO 4 (2)H 2C 2O 4 (3)0.40 mol·L -1乙二胺 (4) NaOH+(CH 2)6N 4 (5)邻苯二甲酸 (6)联氨(7)H 2SO 4+H 3PO 4 (8)乙胺+吡啶答:根据C sp K a (K b )≥10-8,p C sp +pK a (K b )≥8及K a1/ K a2>105,p K a1-p K a2>5可直接计算得知是否可进行滴定。
(1)H 3AsO 4 K a1=6.3×10-3, pK a1=2.20 ; K a2=1.0×10-7 , pK a2=7.00; K a3=3.2×10-12, pK a3=11.50.故可直接滴定一级和二级,三级不能滴定。