第三章 酸碱滴定法.ppt

第三章酸碱滴定法 3 1 3 3有关酸碱知识复习 凡给出质子的物质是酸 能接受质子的物质是碱 如以HB作为酸的化学式代表符号 则 酸碱定义 这种因质子得失而互相转变的一对酸碱称为共轭酸碱对 如 HCl H Cl H2SO4 H HSO4 NH4 NH3 H 水溶液中酸碱反应的平衡常数 解离常数 给出和获得质子能力的大小 通常用酸碱在水中的解离常数的大小来衡量 酸碱的解离常数越大酸碱性越强 Ka 1 70 10 5 Ka 5 60 10 10 Ka2 7 10 10 15 Ka 强度 大 小 强 弱 上述三种酸的共轭碱的强度如何 共轭酸碱对Ka与Kb的关系 缓冲溶液由足够浓度的共轭酸碱对组成 常见的缓冲对主要有3种类型 1 弱酸及其对应的盐如HAc NaAc2 多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐如NaHCO3 Na2CO33 弱碱及其对应的盐如NH3 H2O NH4 Cl 缓冲溶液 以HAc NaAc为例 HAc aq H aq Ac aq 该缓冲溶液中HAc和Ac 浓度都较大 当加少量强酸时 溶液中大量的Ac 和强酸的H 结合生成HAc分子 使解离平衡向左移动 使溶液中Ac 浓度略有减少 HAc浓度略有增加 但溶液中H 浓度不会有明显变化 如果加入少量强碱 强碱的OH aq 会与溶液中的H aq 结合生成H2O 则使HAc的解离平衡向右移动 使HAc aq 浓度略有减少 Ac aq 浓度略有增加 H aq 浓度仍不会有明显的变化 缓冲原理 缓冲溶液pH值的计算 缓冲溶液缓冲范围 缓冲溶液能控制的pH范围为pKa 1 a 3 4酸碱指示剂 酸碱滴定反应的滴定终点可由酸碱指示剂的颜色变化来判断 酸碱指示剂一般指的是弱的有机酸或有机碱 3 4 1酸碱指示剂的作用原理 酸碱指示剂多数是有机弱酸 少数是有机弱碱或两性物质 它们的共轭酸碱对有不同的结构 因而呈现不同的颜色 如pH改变 则显示不同的颜色 而且这些结构变化和颜色反应都是可逆的 1 甲基橙弱有机碱 双色指示剂 用NaR表示 2 酚酞弱有机酸 单色指示剂 酚酞溶液一般配制成0 1 或1 的90 乙醇溶液 3 4 2指示剂的变色范围 当溶液的pH值由pK1 1变化到pK1 1时 就能明显地看到指示剂酸式色变为碱式色 或者相反pH pK1 1 3 24 式 3 24 称为指示剂的变色范围 弱酸型指示剂HIn 当pH pK1此时称为指示剂的理论变色点 各种指示剂的pK1值不同 它们变色点的pH值也各异 指示剂在变色点时所显示的颜色是酸式色和碱式色的混合色 当溶液的pH值由指示剂的变色点逐渐降低时 指示剂的颜色就逐步向以酸式色为主的方向过渡 反之则向碱式色为主的方向变化 于是溶液的pH值在指示剂变色点附近改变时 溶液的颜色便随之发生变化 例如 酚酞的KHIn 10 9 1 则理论变色点pH 9 1 理论变色范围为pH pKHIn 1 9 1 1 8 1 10 1 各种指示剂的解离常数KHIn不同 它们的变色范围也不同 按上述理论推算 指示剂的变色范围都是两个pH单位 又如甲基橙的pK1 3 46 其理论变色范围为pH 2 46 4 46 但实际观察结果是pH 3 1 4 4 这说明理论计算变色范围与实际观察值之间不一致 并非总是2个pH单位 这是由于人肉眼对不同颜色的敏感程度有差别造成的 影响指示剂变色范围的因素除了人的肉眼的敏感力外 还有指示剂浓度 用量和滴定时的温度 当温度改变时 指示剂的pK和水的pKw都会发生变化 还有溶液的离子强度和使用的溶剂不同 对指示剂的变色范围都有一定影响 一般指示剂的用量都很少 通常使用的都是0 1 的溶液 每10mL滴定液加1滴即可 常用指示剂见表3 3和表3 4 P83 3 5酸碱滴定法的基本原理 酸碱滴定法是以质子传递反应为基础的滴定分析方法 在酸碱滴定中 滴定剂一般都是强酸或强碱 如HCl H2SO4 NaOH和KOH等 被滴定的是各种具有碱性或酸性的物质 如NaOH NH3 H2CO3 H3PO4和吡啶盐PyH 等 3 5 1强碱滴定强酸的滴定曲线 0 1000mol LNaOH滴定20 00mL0 1000mol LHCl 1 滴定前 溶液的 H 等于HCl的原始浓度 H 0 1000mol LpH 1 00 2 滴定开始至计量点前 溶液的 H 取决于溶液中剩余HCl的量 即V剩余HCl VHCl V加入NaOH 当滴入NaOH19 98mL时 则 pH 4 30 3 计量点时 即滴入20 00mLNaOH 此时CHCl CNaOH H OH 1 00 10 7mol LpH 7 00 4 计量点后 溶液的 H 取决于过量NaOH的量 即V过量NaOH V加入NaOH VHCl例如 滴入20 02mLNaOH 则pOH 4 30pH 9 70如此逐一计算 结果列表 图3 4强碱滴定强酸的滴定曲线 实线部分 0 1000mol LNaOH滴定0 1000mol LHCl 虚线 同浓度的HCl滴定NaOH曲线 pH 以NaOH的加入量为横坐标 以pH值为纵坐标绘制的曲线称为酸碱滴定曲线 滴定突跃范围 4 3 9 7 指示剂的选择最理想的指示剂应恰好在计量点时变化 但 实际上凡在pH 4 30 9 70范围内变色的指示剂 均可保证有足够的准确度 在满足滴定准确度要求的前提下 其变色点越接近计量点越好 注意 强酸滴定强碱的滴定曲线与强碱滴定强酸类同 只是位置相反 滴定突跃大小与滴定液和被滴定液的浓度有关 如果是等浓度的强酸强碱相互滴定 其滴定起始浓度减少一个数量级 则滴定突跃缩小两个pH单位 P87 指示剂选择的原则 各类酸碱滴定选用指示剂的原则都是一样的 所选择的指示剂变色范围 必须处于或部分处于计量点附近的pH突跃范围内 酸碱指示剂准确滴定的最低要求 即判断能否进行强碱滴定弱酸 或强酸滴定弱碱 的条件 Csp Ka 10 8或Csp Kb 10 8式中Csp为一元弱酸或一元弱碱计量点时的浓度 3 5 1强碱滴定弱酸 强酸滴定弱碱 课后习题 1 简述酸碱滴定中指示剂的选用原则2 课本习题第1 2题 3 7水中碱度和酸度 水中的碱度是指水中所含能接受质子的物质的总量 酸度是指水中所含能给出质子的物质的总量 碱度和酸度都是水质综合性特征指标之一 一般水中碱度主要有重碳酸盐 HCO3 碱度 碳酸盐 CO32 碱度和氢氧化物 OH 碱度 碱度与水中pH有关 一般pH 10时主要是OH pH 8 3 10 存在CO32 碱度 而pH 4 5 10 存在HCO3 碱度 pH 4 5时 主要是H2CO3 认为碱度 0 碱度的测定在水处理工程实践中 如饮用水 锅炉用水 农田灌溉用水和其他用水中 应用很普遍 碱度又常作为混凝效果 水质稳定和管道腐蚀控制的依据以及废水好氧厌氧处理设备良好运行的条件等 水中存在的碱度组成主要有五种 1 OH 碱度 2 OH 和CO32 碱度 3 CO32 碱度 4 CO32 和HCO3 碱度 5 HCO3 碱度 3 7 1碱度的测定 酸碱指示剂滴定法 水中碱度的测定采用酸碱指示剂滴定法 即以酚酞和甲基橙作指示剂 用HCl或H2SO4标准溶液滴定水样中碱度至终点 根据所消耗酸标准溶液的量 计算水样中的碱度 由于天然水中的碱度主要有氢氧化物 OH 碳酸盐 CO32 和重碳酸盐 HCO3 3种碱度来源 因此 用酸标准溶液滴定时的主要反应有 1 氢氧化物碱度 2 碳酸盐碱度 3 重碳酸盐碱度 可见 CO32 与H 的反应分两步进行 第一步反应完成时 pH值在8 3附近 此时恰好酚酞变色 所用酸的量又恰好是完全滴定CO32 所需总量的一半 当水样首先加酚酞为指示剂 用酸标准溶液滴定至终点时 溶液由桃红色变为无色 pH值在8 3附近 所消耗的酸标准溶液的量用P mL 表示 此时水样中的酸碱反应包括两部分 和也就是说 这两部分含有OH 碱度和1 2CO32 碱度 即一般 以酚酞为指示剂 滴定的碱度称酚酞碱度 上述水样在用酚酞为指示剂滴定终点之后 接着以甲基橙为指示剂用酸标准溶液滴定至终点 此时溶液由橘黄色变成橘红色 pH值在4 4附近 所用酸标准溶液的量用M mL 表示 此时水样中的酸碱反应是 这里的HCO3 包括水样中原来的HCO3 和另一半CO32 与H 反应产生的HCO3 即 因此 总碱度等于P M 根据上述两个终点到达时所消耗的酸标准溶液的量 可以计算出水中OH CO32 和HCO3 碱度及总碱度 原有的 取一定体积水样 首先以酚酞为指示剂 用酸标准溶液滴定至终点后 接着以甲基橙为指示剂 再用酸标准溶液滴定至终点 根据前后两个滴定终点消耗的酸标准溶液的量来判断水样中OH CO32 和HCO3 碱度组成和计算含量的方法为连续滴定法 连续滴定法 令酚酞为指示剂滴定终点 消耗酸标准溶液的量为P mL 以甲基橙为指示剂滴定终点 继续滴定消耗酸标准溶液的量为M mL a 水样中只有OH 碱度 一般pH 10 则P 0 M 0P包括全部OH 和1 2CO32 但由于M 0 说明既无CO32 也无HCO3 则OH P 总碱度T P b 水样中有OH 和CO32 碱度 一般pH 10 则P MP包括OH 和1 2CO32 碱度 M为另一半CO32 碱度 则OH P MCO32 2MT P M c 水样中有CO32 和HCO3 碱度 一般pH 9 5 8 5之间 则P MP为1 2CO32 碱度 M为另一半CO32 和原来的HCO3 碱度 则CO32 2PHCO3 M P T P M d 水样中只有CO32 碱度 一般pH 9 5 则P MP为1 2CO32 碱度 M为另一半CO32 碱度 则CO32 2P 2MT 2P 2Me 水样中只有HCO3 碱度 一般pH0P 0说明水样中无OH 和CO32 碱度 只有HCO3 碱度故HCO3 MT M 碱度单位及其表示方法 1 碱度以CaO计 mg L 和CaCO3计 mg L 式中C HCl标准溶液浓度 mol L 28 04 氧化钙摩尔质量50 05 碳酸钙摩尔质量V 水样体积 mL P 酚酞为指示剂滴定至终点时消耗HCl标准溶液的量 mL M 甲基橙为指示剂滴定至终点时消耗HCl标准溶液的量 mL 2 碱度以mol L或mmol L表示 3 碱度以mg L表示 在碱度的测定中 由于以HCl标准溶液为滴定剂 则H 与OH CO32 和HCO3 的质子传递反应中 根据它们的化学计量数 过去称摩尔比 和等物质的量反应的规则 其OH 基本单元为OH CO32 基本单元为1 2CO32 HCO3 基本单元为HCO3 因此 a 如果以mol L表示碱度 应注明OH 碱度 OH mol L CO32 碱度 1 2CO32 mol L HCO3 碱度 HCO3 mol L b 如以mg L表示时 在碱度计算中 由于采用Cmol LHCl标准溶液滴定 所以各具体物质采用的摩尔质量 OH 为17g mol 1 2CO32 为30g mol HCO3 为61g mol 例3 15 取水样100 0mL 用0 1000mol LHCl溶液滴定至酚酞无色时 用去1