《酸碱滴定法》PPT课件.ppt
62页第三章第三章酸碱滴定法酸碱滴定法第一节 概述第二节 酸碱指示剂第三节 滴定条件的选择第四节 酸碱标准溶液的配制和标定第五节 酸碱滴定法应用学习指南2024/9/141学习指南学习指南 酸碱滴定法(acid-base titration)是基于酸和碱之间进行质子传递的滴定分析方法,是重要的滴定方法之一通过本章学习,应进一步理解酸碱质子理论、酸碱平衡和分布系数等基本知识,掌握缓冲溶液的缓冲容量和缓冲范围的物理意义及选择缓冲溶液的基本原则;熟练掌握酸碱水溶液中[H+]的计算方法;理解酸碱指示剂的变色原理,掌握常用酸碱指示剂变色范围和变色点,掌握酸碱指示剂的使用方法;了解各类酸碱滴定滴定曲线的特征,掌握影响各类酸碱滴定突跃范围的因素;掌握一元弱酸(碱)、多元酸(碱)和混合酸(碱)滴定可行性判断方法及指示剂的选择方法;掌握酸、碱标准滴定溶液的配制和标定方法;了解酸碱滴定法在生产实际中应用;了解非水滴定的原理;掌握非水滴定滴定剂、溶剂的选择和终点的确定方法 ;了解非水滴定的应用在学习过程中,应复习无机化学中酸碱平衡及其有关计算,这些相关的知识对掌握酸碱滴定基本原理会有很大的帮助。
返回2024/9/142第一第一节概概 述述一、酸碱平衡的研究二、浓度、活度和活度系数三、酸碱质子理论四、分布分数δ的计算五、酸碱水溶液中H+浓度计算公式及使用条件六、酸碱缓冲溶液返回2024/9/143一、酸碱平衡研究的内容一、酸碱平衡研究的内容 1.由投料组分的浓度c和相关平衡常数Ka,求算各种形式的浓度c 或活度a例如,pH的计算 2.从pH和相关的平衡常数Ka,求算分布分数δ例如,pH从0到14,EDTA由H6Y2+至Y4-,七种形式的分布分数δi与pH的关系 3.测出了某些形式的浓度,且已知投料组分的浓度c,则可以测算相关的平衡常数 4.缓冲溶液的理论及应用 5.酸碱指示剂,滴定曲线和终点误差返回2024/9/144二、浓度、活度和活度系数二、浓度、活度和活度系数 浓度、活度和活度系数之间的关系: = ic i为i的活度系数,表达实际溶液和理想溶液之间偏差大小对于强电解质溶液,当溶液的浓度极稀时,离子之间的距离是如此之大,以致离子之间的相互作用力可以忽略不计,活度系数就可以视为1, 即=c。
返回2024/9/145三、酸碱质子理论三、酸碱质子理论 1.酸与碱的定义 凡能给出质子的物质是酸,酸失去1个质子后转化成它的共轭碱;凡是能接受质子的物质是碱,碱得到1个质子后转化成它的共轭酸,如HAc和Ac- 为共轭酸碱对既能给出质子,有可得到质子的物质为两性物质,如H2O、HCO32-为两性物质 2.酸碱反应的实质 酸碱反应是质子转移的反应,酸给出质子而碱同时接受质子 3.酸碱强度 酸碱的离解常数反映了酸碱的强度,酸碱的离解常数越大,酸碱的强度越强酸越强,其共轭碱就越弱;酸越弱,其共轭碱就越强 4.共轭酸碱对关系 Ka ×Kb = Kw =1.0 ×10-14返回2024/9/146四、分布系数四、分布系数δ计算计算 1.分析浓度与平衡浓度 分析浓度: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,用c表示 平衡浓度:溶解达到平衡时,溶液中存在的各组分的物质的量浓度,用[ ]表示 2.酸的浓度与酸度,碱的浓度与碱度 酸的浓度又叫酸的分析浓度,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 碱的浓度又叫碱的分析浓度,指单位体积溶液中所含某种碱的物质的量(mol),包括未解离的和已解离的碱的浓度碱度是指溶液中OH-的浓度或活度,常用pOH表示2024/9/147四、分布系数四、分布系数δ计算计算 3.分布系数δ 溶液中某酸碱组分的平衡浓度占其总浓度的分数,称为分布系数,以表示分布系数取决于该酸碱物质的性质和溶液H+浓度,与总浓度无关 分布系数能定量说明溶液中的各种酸碱组分的分布情况通过分布系数,可求得溶液中酸碱组分的平衡浓度, 酸度对溶液中酸(或碱)的各种存在形式的分布的影响规律,对掌握反应的条件具有指导意义 各种存在形式的分布系数的和等于12024/9/148四、分布系数四、分布系数δ计算计算 4.δ计算及分布图 (1)一元酸溶液 如HAc:HAc,Ac-2024/9/149四、分布系数四、分布系数δ计算计算δAc-随pH的增高而增大, δHAc随pH的增高而减小当pH=pKa(4.74)时, δAc- = δHAc =0.50, HAc与Ac-各占一半;当pH
δ与总浓度c无关,是pH和pKa的函数 [HAc]和[Ac-] 与总浓度c有关2024/9/1410四、分布系数四、分布系数δ计算计算(2)二元酸溶液 如草酸:H2C2O4, HC2O4- ,C2O42—2024/9/1411四、分布系数四、分布系数δ计算计算(3)多元酸溶液 如磷酸:H3PO4,H2PO4-1,PO42-,PO43-2024/9/1412四、分布系数四、分布系数δ计算计算 当pH
解:(1)因为 (HCl×10-7mol/L 所以可采用最简式计算 即: [H+] = c(HCl) = 0.039mol/L pH = -lg0.039 = 1.41 答:(HCl的HCl 溶液pH为1.412024/9/1423五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+ +浓度计算公式浓度计算公式 及使用条件及使用条件 (2) c(HCl×10 -7mol /L 浓度太稀,其c(HCl)≥ 10-8mol/L, 所以需考虑水的离解,应采用精确式计算 即: [H +] = 所以: [H +] = = 2.9×10 -7mol /L pH = -lg[H +] = -lg×10 -7mol /L = 6.53 答:c(HCl)= 2. 6×10 -7mol /L的HCl 溶液pH为6.53。
2024/9/1424五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+ +浓度计算公式浓度计算公式 及使用条件及使用条件【例3-2】分别计算c(HAc)=0.083mol/L、c(HAc×10-7mol/L的HAc溶液的pHpKa(HAc)=4.76) 解:(1) c(HAc时, 因为 4.8×103 > 500, 且 cKa= 0.083 × 10-4.76 = 1.4 × 10-6 > 20Kw 因此可以使用最简式计算,即: 所以 [H+]= mol/L=1.2 × 10-3mol/L pH = - lg1.2 × 10-3 = 2.92 答:c (HAc的HAc溶液的pH为2.922024/9/1425五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+ +浓度计算公式浓度计算公式 及使用条件及使用条件 (2)c (HAc) = 3.4 × 10-4mol/L 时, 因为 20<500, 且 cKa=3.4 × 10-4 ×10-4.76 =5.9 × 10-9>20Kw 因此应该使用近似计算式,即: 所以 [H+]= = 6.9 × 10-5mol/L pH=-lg6.9 × 10-5 = 4.16 答:c (HAc×10-4mol/L的HAc溶液的pH为4.16。
2024/9/1426五、酸碱水溶液中五、酸碱水溶液中H H+ +浓度计算公式浓度计算公式 及使用条件及使用条件mol/L的Na2CO3水溶液的pH 解:Na2CO3在水溶液中是一种二元弱碱,其对应的共轭酸 H2CO3的离解常数为: 弱碱的离解常数: 因为 ,且 因此可以使用最简式: pOH=-lg7.4 × 10-3 = 2.13, pH=14-2.13=11.87 mol/L 的Na2CO3水溶液的pH为11.87返回2024/9/1427六、酸碱缓冲溶液六、酸碱缓冲溶液 1.酸碱缓冲溶液定义 一种能对溶液的酸度起稳定作用的溶液若往缓冲溶液中加入少量酸或少量碱,或因溶液中发生的化学反应产生了少量的酸或碱,或将溶液稍加稀释,溶液的酸度基本不变 缓冲溶液通常由浓度较大的弱酸及其共轭碱所组成。
pH范围一般为2~12例如,HAc-Ac-,NH4Cl-NH3等 强酸(pH<2)或强碱(pH>12)溶液也是缓冲溶液,可以抵抗少量外加酸或碱的作用,但不具有抗稀释作用2024/9/1428六、酸碱缓冲溶液六、酸碱缓冲溶液 2.缓冲溶液pH值的计算 近似式: (当pH≤6时) (当pH≥8时) 最简式:当Ca,Cb≥20[H+]或Ca,Cb≥20[OH-]时 2024/9/1429六、酸碱缓冲溶液六、酸碱缓冲溶液【例3-4】求0.10 mol/L NH4Clmol/L NH3缓冲溶液的pH。
解:已知 NH3 的 , NH4+的 , 由于 和 均较大,故可用下式计算,得: = 2024/9/1430六、酸碱缓冲溶液六、酸碱缓冲溶液 3.缓冲指数(buffer index) 表示相关酸碱组分分布线的斜率,具有加和性 即: 强酸控制溶液pH时: 强碱控制溶液pH时: 弱酸控制溶液pH(pH=pKa±1)时: 当Ca/Cb=1:1时,pKa=pH时,β有极值2024/9/1431六、酸碱缓冲溶液六、酸碱缓冲溶液 4.缓冲容量 某缓冲溶液因外加强酸或强碱的量为Δc而发生pH的变化,变化的幅度为ΔpH,β为ΔpH区间缓冲溶液所具有的平均缓冲指数。
α=Δc=βΔpH=(δ2A--δ1A-)cHA 其中,δ2A-和δ1A-分别为pH2和pH1的分布系数,cHA为分析浓度 缓冲容量的大小与缓冲物质的总浓度以及组成此缓冲溶液的ca/cb有关总浓度愈大(一般为0.01~1mol/L之间); ca/cb应在1/10~10/1范围内,浓度愈接近1︰1,缓冲容量愈大2024/9/1432六、酸碱缓冲溶液六、酸碱缓冲溶液2024/9/1433六、酸碱缓冲溶液六、酸碱缓冲溶液 5.缓冲溶液选择的原则 (1)缓冲溶液对测量过程应没有干扰 (2)所需控制的pH应在缓冲溶液的缓冲范围之内如果缓冲溶液是由弱酸及其共轭碱组成的,pKa值应尽量与所需控制的pH一致,即pKapH (3)缓冲溶液应有足够的缓冲容量,以满足实际工作的需要 (4)缓冲物质应廉价易得,避免污染返回2024/9/1434第二第二节酸碱指示酸碱指示剂一、酸碱指示剂的作用原理二、酸碱指示剂的变色范围三、常用的酸碱指示剂四、影响因素五、混合指示剂返回2024/9/1435一、酸碱指示剂的作用原理一、酸碱指示剂的作用原理 酸碱指示剂一般是弱的有机酸或有机碱,它的酸式与其共轭碱式相比应具有明显不同的色调。
当溶液的pH改变时,指示剂失去质子由酸式转化为碱式,或得到质子由碱式转化为酸式,由于结构上的改变,引起了颜色的变化 例如:甲基橙(methyl orange,MO)-双色pH≤3.1, 酸式色,红色; pH≥4.4, 碱式色,黄色;~4.4,两种形式共存,为混合色,橙色2024/9/1436一、酸碱指示剂的作用原理一、酸碱指示剂的作用原理 又例:酚酞(phenolphthalein PP)- 单色 在酸性溶液无色,在碱性溶液中转化为醌式后显红色 再例:甲基红(methyl red MR)- 双色 在酸性溶液红色,在碱性溶液中显黄色返回2024/9/1437二、指示剂的变色范围二、指示剂的变色范围 HIn = H+ + In- 酸式色 碱式色 ,显碱式色; ,显酸式色; ,pH=pKa, 此为理论变色点,酸碱式的混合色。
因此,酸碱指示剂的理论变色范围是: pH=PKa±1返回2024/9/1438三.常用的酸碱指示剂三.常用的酸碱指示剂 指示剂 变色范围 酸式色 碱式色 pKHIn 甲基橙 3.1~4.4 红 黄 3.4 甲基红 4.4~6.2 红 黄 5.0 酚 酞 8.0~9.6 无 红 9.1返回2024/9/1439四、影响因素四、影响因素 pH 18℃ 100℃ 甲基橙 3.1~4.4 2.5~3.7 酚 酞 8.0~9.6 8.1~9.0 2.用量 双色指示剂,指示剂用量不会影响指示剂变色点的pH。
但用量太多,带来误差单色指示剂,指示剂用量的多少对它的变色范围是有影响的,指示剂加入过多,终点提前 3.离子强度和溶剂的影响 增加离子强度,指示剂的理论变色点变小 返回2024/9/1440五、混合指示剂五、混合指示剂 1.同时使用两种指示剂,利用彼此颜色之间的互补作用,使变色更加敏锐 如溴甲酚绿和甲基红 2.由指示剂与惰性染料(如亚甲基蓝,靛蓝二磺酸钠)组成的,也是利用颜色的互补作用来提高变色的敏锐度 需要将滴定终点限制在很窄的pH范围内,可采用混合指示剂pHpH的不确定度2024/9/1441五、混合指示剂五、混合指示剂返回2024/9/1442第三第三节滴定条件的滴定条件的选择一、基本概念二、强碱滴定强酸或强酸滴定强碱三、强碱滴定一元弱酸四、强酸滴定一元弱碱五、多元酸和混合酸的滴定六、酸碱滴定中准确滴定的判断七、终点误差返回2024/9/1443一、基本概念一、基本概念 以溶液的pH为纵坐标,所滴入的滴定剂的物质的量或体积为横坐标作图 2.滴定分数(fraction titrated)或滴入百分率α 衡量滴定反应进行的程度。
3.突跃范围(titration jump) αpH值指示剂的 pKa应落在突跃范围内,此时滴定误差在±0.1% 酸碱浓度通常为0.1 mol/L,且浓度应接近返回2024/9/1444二、强碱滴定强酸或强酸滴定强碱二、强碱滴定强酸或强酸滴定强碱 例:用NaOH标准溶液滴定HCl 设标准NaOH的浓度为0.1000 mol/L,Vb在0mL-40mL之间变动,设HCl的浓度与NaOH相同,其体积VHClmL,a就转化为体积之比2024/9/1445二、强碱滴定强酸或强酸滴定强碱二、强碱滴定强酸或强酸滴定强碱终点时:pHsp=7.00,突跃范围:pH为4.30-9.70; 指示剂:pKa在突跃范围内当酸碱浓度增大10倍时,滴定突跃部分的pH变化范围增加两个pH单位1mol/L, 突跃3.3~10.7,3种指示剂0.1 mol/L,突跃4.30~9.70,2种指示剂0.01 mol/L, 突跃5.3~8.7, 甲基红,煮沸溶液驱除CO2。
用HCl标准溶液滴定NaOH2024/9/1446二、强碱滴定强酸或强酸滴定强碱二、强碱滴定强酸或强酸滴定强碱返回2024/9/1447三、强碱滴定一元弱酸三、强碱滴定一元弱酸 用0.1 mol/LNaOH滴定相同 浓度的HAc 终点时:pHsp为8.72 突跃:之间 指示剂:酚酞 影响滴定突跃的因素: Ka值对突跃范围的影响: 酸愈弱,Ka越小,突跃范围越小返回2024/9/1448四、强酸滴定一元弱碱四、强酸滴定一元弱碱 用0.1 mol/LHCl滴定相同浓度的NH3 终点时:pHsp为5.28 突跃:之间 指示剂:甲基红返回2024/9/1449五、多元酸和混合酸的滴定五、多元酸和混合酸的滴定 (1)多元酸的滴定 用等浓度NaOHmol/L H3PO4 pHsp1=4.70 甲基橙 pHsp2=9.66 酚酞 CKa1≥10-8 准确滴定的条件, 分步滴定的条件: 相邻两级Ka比值≥ 105, (2)混合酸: HA:Ka c1 HB:K’a c2 这样HB不干扰HA的滴定。
例如:H2SO4+NH4Cl的滴定 (3)多元碱的滴定:用HCl滴定Na2CO3 pHsp1 =8.3 酚酞 pHsp2 =3.9 甲基橙返回2024/9/1450六.酸碱滴定中准确滴定的判据六.酸碱滴定中准确滴定的判据 C ≥10-4 mol/L 2.弱酸的滴定 Cka ≥10-8 3.弱碱的滴定 Ckb ≥10-8 4.强碱滴定酸式盐 NaHA Cka2 ≥10-8 5.强酸滴定酸式盐 NaHA Ckb2 ≥10-8 6.多元酸分步滴定 两级Ka比值≥ 105 两级Kb比值≥ 105 (C1Ka1)/(C2ka2) ≥ 105返回2024/9/1451七、终点误差七、终点误差 1.强碱滴定强酸2.强碱滴定一元弱酸2024/9/1452七、终点误差七、终点误差 3.强碱滴定多元弱酸 H3A 第一终点:第二终点:返回2024/9/1453第四第四节酸碱酸碱标准滴定溶液的准滴定溶液的配制和配制和标定定一、HCl标准溶液的配制和标定二、NaOH标准溶液的配制和标定返回2024/9/1454一、一、HCl标准溶液的配制和标定标准溶液的配制和标定 1.配制 由于浓盐酸具有挥发性,配制时所取HCl的量可稍多些。
2.标定 用于标定HCl标准溶液的基准物有无水碳酸钠和硼砂等 (1)无水碳酸钠(Na2CO3) Na2CO3容易吸收空气中的水分,使用前必须在270- 300℃高温炉中灼热至恒重(见GB/T 601-2002),然后密封于称量瓶内,保存在干燥器中备用称量时要求动作迅速,以免吸收空气中水分而带入测定误差2024/9/1455一、一、HCl标准溶液的配制和标定标准溶液的配制和标定 滴定时用溴甲酚绿-甲基红混合指示剂指示终点(详细步骤见GB/T 601-2002或配套实验教材)近终点时要煮沸溶液,赶除CO2后继续滴定至暗红色,以避免由于溶液中CO2过饱和而造成假终点 (2)硼砂(Na2B4O7•10H2O) 用硼砂标定HCl溶液的标定反应为: Na2B4O7+2HCl+5H2O=4H3BO3+2NaCl 滴定时选用甲基红作指示剂,终点时溶液颜色由黄变红,变色较为明显返回2024/9/1456二、二、NaOH标准溶液的配制和标定标准溶液的配制和标定 1.配制 由于氢氧化钠具有很强的吸湿性,也容易吸收空气中的水分及CO2,因此NaOH标准滴定溶液也不能用直接法配制,同样须先配制成接近所需浓度的溶液,然后再用基准物质标定其准确浓度。
由于Na2CO3在浓的NaOH溶液中溶解度很小,因此配制无的NaOH标准滴定溶液最常用的方法是先配制NaOH的饱和溶液,待其中的Na2CO3沉降后取上层清液作贮备液,其浓度约为20mol/L配制时,根据所需浓度,移取一定体积的NaOH饱和溶液,再用无CO2的蒸馏水稀释至所需的体积2024/9/1457二、二、NaOH标准溶液的配制和标定标准溶液的配制和标定 2.标定 常用于标定NaOH标准滴定溶液浓度的基准物有邻苯二甲酸氢钾与草酸 (1)邻苯二甲酸氢钾(KHC8O4,缩写KHP)用KHP标定NaOH溶液的标定反应如下: 由于滴定产物邻苯二甲酸钾钠盐呈弱碱性,故滴定时采用酚酞作指示剂,终点时溶液由无色变至浅红 (2)草酸(H2C2O4•2H2O) 标定反应如下: H2C2O4 + 2NaOH=Na2C2O4 + H2O返回2024/9/1458第五第五节酸碱滴定法的酸碱滴定法的应用用一、纯碱中一、纯碱中Na2CO3和NaHCO3的测定的测定二、铵盐中氮的测定返回2024/9/1459一、一、纯碱中纯碱中Na2CO3和NaHCO3的测定的测定 1.氯化钡法 一份试样+HCl →测定总量 甲基橙做指示剂) 另一份试样+BaCl2 +HCl →测定NaOH(酚酞做指示剂) 先以酚酞为指示剂时,用HCl 标准溶液V1mL;再以甲基橙为 指示剂,继续用HCl滴定消耗V2 则试夜中: 用于Na2CO3:2V1 用于NaHCO3:(V2-V1)返回2024/9/1460二、铵盐中氮的测定二、铵盐中氮的测定 1.蒸馏法 在铵盐试样的溶液中,加入过量浓碱溶液,加热将释放出来的NH3用H3BO3溶液吸收。
然后用酸标准溶液滴定硼酸吸收液其反应H3BO3是极弱的酸,不影响滴定选用甲基红—溴甲酚绿混合指示剂,终点为粉红色(绿—蓝灰—粉红色,终点控制到蓝灰色更好) 除用硼酸吸收外,还可用过量的酸标准滴定溶液吸收NH3,然后以甲基红或甲基橙作指示剂,用碱标准滴定溶液回滴 土壤和有机化合物中的氮,常用此方法测定试样在催化剂(如HgO))存在下,经浓H2SO4处理使试样中的氮转化为NH4+,然后按上述方法测定 蒸馏法操作较费时,仪器装置也较复杂,不如下述甲醛法简便2024/9/1461二、铵盐中氮的测定二、铵盐中氮的测定 甲醛与铵盐反应,生成质子化六次甲基四胺和酸,用碱标准溶液滴定反应为: 六次甲基四胺为弱酸,应选酚酞做指示剂 甲醛法简便快速,多用于工农业中氮或铵盐的测定 返回2024/9/1462。

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