酸碱平衡和酸碱滴定

1、第 8 章 酸碱平衡和酸碱滴定 第 8 章 酸碱平衡和酸碱滴定 一、要点 1. 一元弱酸、弱碱溶液pH的计算: 精确式 c(H3O+)/ moldm-3 = ()() w 3 a dm/molHAKcK+ 近似式 c(H3O+)/ moldm-3 = ()() 3 a dm/molHA cK 最简式 c(H3O+)/ moldm-3 = ()() 3 0 a dm/molHA cK 2. 缓冲溶液 在外加的少量酸、碱引入时，能够阻止溶液pH值发生较大变化的溶液称为pH缓冲溶 液。一般缓冲溶液是由弱酸/弱酸盐或弱碱/弱碱盐组成。缓冲溶液pH的计算： c(HA)/moldm-3 pH = lgc(

2、H3O+)/moldm-3 = a pKlg c(A-)/moldm-3 3. 缓冲范围 缓冲溶液的缓冲作用都有一个有效的pH范围。能够起缓冲作用的pH区间称为缓冲溶 液的有效缓冲范围。一般缓冲溶液的缓冲范围为 ：pH = a pK1。 4. 缓冲容量 一般缓冲溶液的缓冲作用都是有限度的。 缓冲容量作为衡量缓冲溶液缓冲能力大小的 尺度，其数学表达式为： = db/dpH = - da/dpH . 它的物理意义为1L溶液中的pH增加dpH单位时所需强碱的量为db(mol)；或使1L溶液 的pH减小dpH单位时所需强酸的量为da。 5. 化学计量点 滴定剂与被测物质按照化学反应方程式完全反应时达到

3、的平衡点称为化学计量点。 用 SP表示。 6. 滴定终点 在滴定过程中，指示剂的变色点称为滴定终点，用EP表示。 7. 酸碱指示剂 一般是某种有机弱酸或弱碱，它们在酸碱滴定过程中也能参与质子转移反应，因分 子结构的改变而引起自身颜色的变化，并且这种颜色伴随结构的转变是可逆的。 指示剂的变色范围： pH = a pK1 理论变色点的pH为：pH = a pK 8. 滴定曲线 滴定过程中溶液pH 随滴定剂加入量变化的曲线称为酸碱滴定的滴定曲线。 9. 滴定突跃范围 化学计量点前后0.1% 误差时pH的变化范围,称为滴定曲线的滴定突跃范围。 10. 影响滴定曲线突跃范围的因素 对于强酸强碱的滴定：

4、被测定物质的分析浓度c0 。分析浓度愈大，滴定突跃范围越大。 对于强酸或强碱滴定一元的弱碱或弱酸： 被测定物质的分析浓度c0 和弱酸、弱碱的强弱即 a K或 b K的大小。 a K或 b K越大， 滴定突跃越大，分析浓度c0越大，滴定突跃越大。 二、习题及答案 8.1 Calculate (a) K 一b for the fluoride ion, F-; (b) K一a for the ammonium ion, NH4+ . Given K 一a(HF) =6.810-4, and K一b(NH3)=1.810-5. 已知 a K(HF) = 6.810-4， a K(NH3) =1.81

5、0-5，计算： （a）F-的 a K； （b）NH4+的 a K。 解答解答 根据 a K b K = w K （a） b K(F-) = w K/ a K (HF) = 10-14/6.810-4 = 1.510-11 （b） a K (NH4+) = w K/ b K(NH3) = 10-14/ 1.810-5 = 5.610-10 8.2 Predict whether the salt Na2HPO4 will form an acidic or basic solution on dissolving in water.Given K 一a(HPO42-) =4.210-13, an

6、d K一a(H2PO4-)=6.210-8. 已知 a K(HPO42-) = 4.210-13， a K(H2PO4-) = 6.210-8，试判断 Na2HPO4水溶液的酸 碱性。 解答 解答 根据 a K b K = w K b K (HPO42-) = w K/ a K(H2PO4-) = 10-14/ 6.210-8 = 1.610-7 4.210-13 即 b K(HPO42-) a K(HPO42-)，也就是说，HPO42-的水解作用远大于其自身的离 解作用，所以 Na2HPO4水溶液呈碱性。 8.3 Explain the important distinctions betw

7、een each pair of terms: (a) hydration and hydrolysis; (b) buffer range and buffer capacity; (c) endpoint and stoichiometric point. 区分下列概念：(a) 水合与水解；(b) 缓冲范围与缓冲容量；(c) 滴定终点与化学计量 点。 解答解答 (a) 水合是 H2O 分子以其偶极的一端在离子周围取向， H2O 分子作为整体参与反应； 而水解是 H2O 分子被撕裂产生 OH- 或 H+，再与离子结合。 (b) 缓冲容量是指维持系统 pH 大体恒定的条件下， 缓冲溶液能够中和

8、外来酸或外来 碱的量；缓冲范围是指能够起缓冲作用的 pH 区间。 (c) 滴定终点是指示剂的实际变色点；而化学计量点指滴定剂与被滴定物之间按照化 学计量关系完全反应时所达到的点。 8.4 What is the pH of a buffer solution prepared by dissolving 25.5 g NaC2H3O2 in a sufficient volume of 0.550 moldm-3 NaC2H3O2 to make 500.0 mL of the buffer? 将25.2g NaC2H3O2加入到0.550 moldm-3的HC2H3O2溶液中， 得到500m

9、l的缓冲溶液， 计算此缓冲溶液的 pH。 解答解答 此缓冲溶液 NaC2H3O2的浓度为： c(NaC2H3O2)/ moldm-3 = 5 . 0 0 . 82 2 . 25 = 0.622 根据公式：pH = a pKlg ( ) () 3 3 dmmol/ dmmol/ 共轭碱 酸 c c ，得 pH =lg(1.810-5)lg () () 3 3 /NaCAc /HAc dmmolc dmmolc = lg(1.810-5)lg 622. 0 550. 0 = 4.80 8.5 What mass of NaC2H3O2 must be dissolved in 0.300 L of

10、 0.25 moldm-3 NaC2H3O2 to produce a solution with pH = 5.09?(Assume that the solution volume remains constant at 0.300 L. ) 欲配制 pH = 5.09 的醋酸盐溶液，需向 0.300 dm3 0.25 moldm-3的 HC2H3O2溶液中加 入多少克 NaC2H3O2？ 解答解答 根据公式：pH = a pKlg ( ) () 3 3 dmmol/ dmmol/ 共轭碱 酸 c c 得 pH = 5.09 =lg(1.810-5)lg () () 3 3 dmmol/N

11、aAc dmmol/HAc c c 得： c(NaC2H3O2)/ moldm-3 = 0.550 m(NaC2H3O2)/g = c(NaC2H3O2)/ moldm-3V/dm 3M(NaC 2H3O2)/gmol - = 0.5500.30082.0 = 14.0g 8.6 What is the effect on the pH of adding (a) 0.0060 mol HCl and 0.0060 mol NaOH to 0.300 L of a buffer solution that is 0.250 moldm-3 HC2H3O2 and 0.560 moldm-3 N

12、aC2H3O2? 向 0.300 dm3含 0.250 moldm-3的 HC2H3O2和 0.560 moldm-3 NaC2H3O2的混合溶液中 加入(a) 0.0060mol HCl；(b) 0.0060mol NaOH，计算这两种情况下缓冲溶液的 pH。 解答解答 (a) 当加入 0.0060mol HCl 时，溶液中 HC2H3O2 和 NaC2H3O2的浓度分别为： c(HC2H3O2)/ moldm-3 = 3 -33 0.300dm mol006 . 0 dmmol 0.250dm 300 . 0 + = 0.270 c(C2H3O2-)/ moldm-3 = 3 -33 0.

13、300dm mol006 . 0 dmmol 0.560dm 300 . 0 = 0.540 则 pH =lg(1.810-5)lg 540 . 0 270. 0 = 5.05 (b) 当加入 0.0060mol NaOH 时，溶液中 HC2H3O2 和 NaC2H3O2的浓度分别为： c(HC2H3O2)/ moldm-3 = 3 -33 0.300dm mol006 . 0 dmmol 0.250dm 300 . 0 = 0.230 c(C2H3O2-)/ moldm-3 = 3 -33 0.300dm mol006 . 0 dmmol 0.560dm 300 . 0 + = 0.580

14、则 pH =lg(1.810-5)lg 580 . 0 230. 0 = 5.14 8.7 In the use of acid-base indicators, why must the quantity of indicator used in titration be kept as small as possible? 在滴定过程中，为什么酸碱指示剂的用量要尽可能少？ 解答解答 指示剂的量过多，不仅颜色变化不明显，而且指示剂本身亦消耗一些滴定剂，带来误 差。对单色指示剂例如酚酞，甚至会影响其变色范围。 8.8 Explain why the volume of 0.100 moldm-

15、3 NaOH required to reach the stoichiometric point in the titration of 25.00 mL of 0.100 moldm-3 HA is the same, regardless of whether HA is a strong or a weak acid, yet the pH at the stoichiometric point is not the same. 用 0.100 moldm-3 NaOH 溶液滴定 25.00cm3 0.100 moldm-3 HA 溶液， 无论 HA 是强酸 还是弱酸，在化学计量点时，

16、所消耗 NaOH 溶液的体积相同，而该点时的 pH 不同， 为什么？ 解答解答 无论 HA 是强酸还是弱酸，因为体积和浓度是固定的，所以所用 NaOH 的体积相同。 但对于弱酸来说，其形成的盐要发生水解，而强酸形成的盐不发生水解，所以化学计 量点时 pH 不同。 8.9 Calculate the pH in the titration of acetic acid by NaOH after 30.0 mL of 0.100 moldm-3 NaOH has been added to 50.0 mL of 0.100 moldm-3 HAc. 向 50.00cm3 0.100 moldm-

17、3的 HC2H3O2溶液中加入 30.00cm3 0.100 moldm -3NaOH 溶 液，计算溶液的 pH 为多少？ 解答解答 HC2H3O2 + OH- C2H3O2- + H2O 溶液中 HC2H3O2和 C2H3O2-的浓度分别为： c(HC2H3O2)/ moldm-3 = 00.3000.50 100 . 0 00.30100 . 0 00.50 + = 0.25 c(C2H3O2-)/ moldm-3 = 00.3000.50 100 . 0 00.30 + = 0.375 则得： pH = a pKlg ( ) () 3 3 dmmol/ dmmol/ 共轭碱 酸 c c

18、=lg(1.810-5)lg 375 . 0 25 . 0 = 4.92 8.10 Calculate the pH at the stoichiometric point for titrating 0.200 moldm-3 solutions of each of the following bases with 0.200 moldm-3 HCl: (a) NaOH; (b) NH2OH. 用 0.200 moldm-3 HCl 滴定 0.200 moldm-3的下列各溶液(a) NaOH；(b) NH2OH 溶液， 计算化学计量点时的 pH。 解答解答 (a) H3O+ + OH 2H2O pH =lgc(H3O+)/ moldm-3 = lg10-7 = 7.