大学化学酸碱平衡和 酸碱滴定ppt课件.ppt

酸碱平衡和酸碱滴定 第5章 Acid baseequilibriumandacid basetitration Chapter5 1 熟悉弱酸 弱碱水溶液的质子转移平衡 2 了解水溶液中酸碱各种组分的分布系数概念 3 掌握各类酸 碱及缓冲溶液pH的计算方法 4 了解各类离子与水的作用机理 5 了解酸碱指示剂的作用原理 变色点和变色范围等概念 6 掌握强酸 碱 滴定强碱 酸 或弱碱 酸 的滴定曲线 滴定突跃大小及其影响因素 指示剂的选择原则 7 了解滴定方式及应用实例 5 3水解Hydrolysis 5 1弱酸 弱碱水溶液的质子转移平衡Thetransferequilibriumoftheprotoninweakacidandbaseaqueoussolution 5 2计算溶液的H3O 浓度的精确式 近似式和最简式Exactformula approximationformulaandsimplestformulaofcalculatingc H3O insolution 5 4缓冲溶液Buffersolution 5 5酸碱滴定原理Principleofacid basetitration 5 6滴定方式和应用实例Titrationmethodsandapplicationexamples 5 1 1一元弱酸和弱碱的质子转移平衡Thetransferequilibriumoftheprotonofmonobasicweakacidandbase 5 1 2二元弱酸和弱碱的质子转移平衡Thetransferequilibriumoftheprotonofbibasicweakacidandbase 5 1 1一元弱酸和弱碱的质子转移平衡 本章讨论自始至终围绕溶液中c H3O 和c OH 的计算方法进行 酸碱溶液c H 的计算 c H 的精确表达式 近似式 最简式 酸碱平衡 即质子转移平衡 中酸离解出的质子数等于碱得到的质子数 1 质子转移平衡 1 先选零水准 大量存在 参与质子转移的物质 2 将零水准得质子后的形式写在等式的左边 失质子后的形式写在等式的右边 3 有关浓度项前乘上得失质子数 对醋酸水溶液 质子条件为c H3O c Ac c OH 零水准 ZeroLevel H2O HA 质子转移 得失质子数相等 c H3O c A c OH 水溶液中布朗斯特酸 HB 的平衡常数为 当HB的浓度不是很低而酸度又较弱时 则计算弱酸水溶液中氢离子浓度的公式 2 一元弱酸的质子转移平衡 计算弱碱溶液中OH 离子浓度的公式 3 一元弱碱的质子转移平衡 布朗斯特碱与水之间存在类似的平衡 B H2OHB OH Question1 Solution 将题给条件代入式 乳酸 CH3CHOHCOOH 存在于酸奶之中 大量用于毛纺工业 染色 和鞣革工业 中和石灰 其 1 37 10 4 25 试计算0 10mol dm 3乳酸水溶液的pH Question2 某弱碱B的摩尔质量为125g mol 1 在25 时取0 500g溶于50 00cm3水中 所得溶液的pH为11 30 试计算B的 Question3 已知羟氨盐的p 5 96 求羟氨的 5 1 2二元弱酸的质子转移平衡 1 质子转移是分步进行的 如氢硫酸在水溶液中的平衡 H2S H2OHS H3O 1 32 10 7HS H2OS2 H3O 7 1 10 15 2 一般情况下 各级离解常数之间的关系为 溶液中的H3O 主要来自第一步反应 如果 计算c H3O 时可只考虑第一步离解即按一元弱酸的质子转移平衡处理 3 总反应的离解常数等于各级离解常数之乘积 Question4 已知氢硫酸和盐酸的混合溶液中的c H3O 为0 30mol dm 3 而c H2S 为0 10mol dm 3 试计算溶液中S2 的浓度 Solution 想一想 这个题能给我们什么启示 5 2计算溶液的H3O 浓度的精确式 近似式和最简式Exactformula approximationformulaandsimplestformulaofcalculatingtoc H3O insolutions 1 分析浓度与平衡浓度 分析浓度 Analyticalconcentration 一定体积溶液中含某种物质的量 包括已离解和未离解两部分 也称总浓度 平衡浓度 Equilibriumconcentration 溶解到平衡时溶液中存在的各组分的物质的量浓度 2 酸 碱 的浓度与酸度 碱度 酸的浓度指单位体积溶液中所含某种酸的物质的量 mol 包括未解离的和已解离的酸的浓度 酸度是指溶液中H 的浓度或活度 常用pH表示 各型体的的平衡浓度在总浓度中占有的分数叫做那个型体的分布系数 distributioncoefficient 符号为 显然系统中各型体分配系数之和应为1 HAc Ac 1 3 分布系数 Distributioncoefficient 1 一元酸溶液如HAc HAc Ac 2 二元酸溶液如草酸 H2C2O4 3 多元酸溶液例如磷酸 质子条件和pH的计算 选好质子参考水准 通常是原始的酸碱组分及水 写出质子参考水准得到质子后的产物和失去质子后的产物 即得到质子条件 在处理多元酸碱时应注意浓度前的系数 在质子条件中不应出现作为质子参考水准的物质 因为这些物质不管失去质子或是接受质子都不会生成它本身 1 精确式 由质子条件知c H3O c Ac c OH 即 整理得 2 近似式 实际上 经整理这是一元二次方程的求根公式 若 c HB mol dm 3 20时 如果忽略项 引入的误差 5 如果误差允许达到5 则可进行这种忽略 此时 3 最简式 若平衡溶液中的c H3O 远小于酸的起始浓度c0 HB 即c0 HB c H3O c0 HB 则近似式可进一步简化为 类似的 对一元弱碱B可得到 精确式 近似式 最简式 Question5 Solution 氯乙酸CH2ClCOOH的为1 40 10 3 试计算c0 CH2ClCOOH 0 10mol dm 3时该酸水溶液的pH 5 3水解Hydrolysis 5 3 2盐的水解Hydrolysisofsalt 5 3 3水解常数和盐溶液的pHHydrolysisconstantandpHofsaltsolution 5 3 1离子与水的作用 水解和水合 阴 阳离子与水的三种型体 H2O H3O 和OH 之间的作用不外乎三种可能性 3 生成水合离子 任何离子在水溶液中都发生水合 即H2O分子以其偶极的一端在离子周围取向 1 与H2O水反应建立酸碱平衡并使溶液显碱性 例如 CN H2OHCN OH 2 与H2O反应建立酸碱平衡并使溶液显酸性 例如 NH4 H2ONH3 H3O 5 3 2盐的水解 盐溶液中的水解和水合 实质是离子与水的作用 1 强酸和弱碱生成的盐的水解 2 多元弱酸和强碱生成的盐的水解 3 酸式盐的水解 水溶液的酸碱性取决于哪一种倾向占优势 说明给出质子的倾向更强些 解离大于水解 NaH2PO4溶液显弱酸性 说明结合质子的倾向更强些 解离小于水解 Na2HPO4溶液显弱碱性 4 弱酸和弱碱生成的盐的水解 5 影响盐水解的因素 盐及其水解产物的性质 如Al2S3 NH4 2S完全水解 盐的浓度 c盐 水解度增大 溶液的酸碱度 加入HAc或NaOH 平衡向左移动 水解度减小 5 3 3水解常数和盐溶液的pH 水解常数显然就是离子酸的质子转移平衡常数或离子碱的质子转移平衡常数 阳离子NH4 的和阴离子Ac 的分别为 Question6 已知 HCN 6 2 10 10 计算c KCN 0 10mol dm 3的溶液中OH 离子的浓度和溶液的pH Solution pOH lg 1 3 10 3 2 89pH 14 00 pOH 11 11计算结果表明该盐溶液显碱性 阴 阳离子同时发生水解时盐溶液pH的计算 水解总反应是下述三个反应之和 NH4 H2OH3O NH3Ac H2OHAc OH H3O OH 2H2O NH4 Ac NH3 HAc Question7 Solution 即 c HCN c NH3 5 0 10 3mol dm 3 试计算NH4CN盐溶液 c0 0 010mol dm 3 的pH 已知 6 2 10 10 1 6 10 5 5 4 1缓冲溶液的概念5 4 2缓冲溶液pH值的计算5 4 3缓冲溶液的选择和配制原则 5 4缓冲溶液Buffersolution 50mLHAc NaAc c HAc c NaAc 0 10mol dm 3 pH 4 74 缓冲溶液的特性 向缓冲溶液中加入少量强酸或强碱或将溶液适当稀释 而溶液本身pH能保持相对稳定 1 缓冲溶液的概念 加入1滴 0 05ml 1mol dm 3HCl 加入1滴 0 05ml 1mol dm 3NaOH 50ml纯水pH 7 pH 4 75 pH 3 pH 11 pH 4 73 3 缓冲溶液pH的计算 1 混合溶液中HAc和NaAc的浓度均为0 10mol dm 3 试计算该溶液的pH 2 于体积为1dm3的该溶液中加入0 005molNaOH 假定体积不变 溶液的pH是多少 3 于1dm3纯水中加入0 005molNaOH 假定体积不变 溶液的pH是多少 Question8 Solution 1 pH lg 1 8 10 5 lg 0 10 0 10 4 76 2 pH lg 1 8 10 5 lg 0 095 0 105 4 80 3 pH pOH 14 00 lg 0 005 11 70 有 但作为控制酸度的缓冲溶液 对计算结果要求不十分精确 近似计算足矣 对弱酸及其共轭碱组成的缓冲系统和弱碱及其共轭酸组成的缓冲系统进行计算时分别使用下列通式 Question9 欲使甲酸 HCOOH 与甲酸钠 HCOONa 组成pH 3 80的缓冲溶液 c HCOO 与c HCOOH 的比值应是多少 甲酸的 1 77 10 4 Solution pH 3 80 c H3O 1 6 10 4mol dm 3 HCOOH H2OHCOO H3O 4 缓冲溶液的缓冲容量 缓冲容量 Buffercapacity 指缓冲溶液的缓冲能力 不同缓冲溶液有其各自的缓冲范围 Bufferrange 缓冲范围是指能够起缓冲作用的pH区间 对弱酸 共轭碱组成的有效缓冲溶液 c 酸 c 共轭碱 的比值应处于1 10和10 1之间 同样 对弱碱 共轭酸组成的有效缓冲溶液也有 常用标准缓冲溶液 Question10 人体内的血液是怎样起到缓冲作用的 Solution 肾和肺是支配缓冲体系的两个重要器官 缓冲作用涉及以下两个重要平衡 H aq H2CO3 aq CO2 g H2O l HbH O2HbO2 H 人的血液呈微碱性 pH的正常值应在7 35 7 45之间 血液的缓冲作用主要是靠体系完成的 正常血浆中和H2CO3的浓度分别约为0 024mol dm 3和0 0012mol dm 3 5 5酸碱滴定原理Principleofacid basetitration 5 5 1酸碱指示剂Acid baseindicator 5 5 2滴定曲线Titrationcurve 滴定 Titration 将已知准确浓度的试剂溶液 标准溶液 通过滴定管滴加到被测物质的溶液中 使滴加的试剂与被测物质按照化学计量关系定量反应 然后根据标准溶液的浓度和用量计算被测物质含量的一种方法 滴定剂 titrant 已知其准确浓度的试剂溶液 化学计量点 stoichiometricpoint 加入的滴定剂与被滴定物质按照化学计量关系完全反应时的情况 滴定终点 endpoint 滴定时指示剂的变色点 滴定终点与化学计量点往往不一致 会造成终点误差 滴定分析的特点和主要方法 方法 1 酸碱滴定 沉淀滴定 氧化 还原滴定络合滴定2 非水滴定法 水以外的有机溶剂中进行 特点 简便 快速 适于常量分析准确度高应用广泛 5 5 1酸碱指示剂 1 酸碱指示剂作用原理 甲基橙 MethylOrange MO 4 4黄4 0橙3 1红 2 酸碱指示剂的变色范围 称为指示剂的变色范围 c In c HIn 时 称为指示剂的理论变色点 HIn H2OIn H3O 3 常用酸碱指示剂和它们的变色范围 4 混合指示剂 混合指示剂往往较单一指示剂具有更窄的变色范围 变色更敏锐 5 5 2滴定曲线 1 强碱 酸 滴定强酸 碱 滴定前 c H3O c HCl 0 10mol dm 3pH 1 00 在化学计量点之后 当加入20 02cm3NaOH溶液时 c OH 5 0 10 5mol dm 3pOH 4 30pH 9 70 在化学计量点 加入20 00cm3NaOH溶液时c H3O mol dm 3 c OH mol dm 3 1 0 10 7pH 7 00 加入NaOH中和的过量NaOH体积 ml百分数体积 ml0 000 001 00 10 31 0018 0090 005 26 10 32 2819 8099 005 02 10 43 3019 9699 801 00 10 44 0019 9899 905 00 10 54 3020 00100 01 00 10 77 0020 02100 10 022 00 10 109 7020 04100 20 041 00 10 1010 0020 20101 00 202 00 10 1110 0722 00110 02 002 10 10 1211 7044 00200 020 003 33 10 1312 5 用0 1000mol dm3NaOH滴定20 00ml0 1000mol dm3HCl c H mol dm 3 pH 滴定曲线 滴定突跃范围与酸碱溶液浓度的关系 1mol dm 3 0 1mol dm 3 0 01mol dm 3 滴定剂和被测溶液的浓度越大 滴定突跃范围也越大 突跃范围分别为pH3 3至10 7 pH 7 4 4 3至9 7 pH 5 4 5 3至8 70 pH 3 4 2 强碱 酸 滴定弱酸 碱 NaOHc 0 10mol dm3 HAc 20 00cm3 c 0 10mol dm 3 出发点的pH就较高 HAc是弱酸 化学计量点的pH大于7 由于滴定突跃范围变小 强碱 强酸滴定中使用的某些指示剂 如甲基橙和甲基红 就不再适用了 Question11 所有的酸溶液都能用强碱进行滴定吗 Solution 不是 太弱的酸 特别是太弱而浓度又低的酸溶液不能用强碱滴定 被滴定的酸越弱 值越小 突跃范围越小 很难找到一种变色区间落在突跃范围内的酸碱指示剂 一元酸能被强碱准确滴定的判据定为 c HB mol dm 3 10 8 Question12 对二元酸而言 两步解离出来的H3O 是否都可被滴定 是否可被分步滴定 Solution 1 c H2B mol dm 3 10 8 两步解离出来的H3O 都可被准确滴定 2 c