第4章酸碱滴定法.ppt
《第4章酸碱滴定法.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第4章酸碱滴定法.ppt(117页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第 4 章 酸碱滴定法 Acid Base Titration 4.1 酸碱平衡的理论基础 4.2 分布曲线 4.3 酸碱溶液pH的计算 4.4 酸碱滴定终点的指示方法 4.5 一元酸碱的滴定 4.6 多元酸碱、混合酸的滴定 4.7 酸碱标准溶液的配制和标定 4.8 酸碱滴定法结果计算示例 4.9 非水溶液中的酸碱滴定 分析化学电子教案 GXUN * 教学要求: 巩固共轭酸碱对及其Ka与Kb的关系;酸碱的分布分数 、分布图及其应用 物料平衡、电荷平衡,及各类酸碱溶液中pH值计算的 最简式。掌握质子平衡式的写法。了解各类酸碱溶液中 pH值计算的精确式 了解指示剂的变色原理和常用指示剂的变色范围。
2、掌 握各类酸碱滴定过程中四个阶段溶液pH值的计算方法。 掌握指示剂的选择原则 熟记一元弱酸(碱)滴定可能性的判据,了解混和酸 (碱)、多元酸(碱)分别滴定可能性的判据 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 重点: 质子平衡式的写法及根据质子平衡式计 算水溶液酸碱度的方法; 各类酸(碱)滴定可能性的判据; 化学计量点pH和突跃范围pH值的计算, 影响突跃范围的因素及指示剂的选择原则; 酸碱滴定法的应用; 了解计算机在酸碱平衡处理中的应用。 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 概述(A brief review) 在水溶液中酸度(acidity)和水合作用是 影响化学反应最重要的因素。迄
3、今为止, 建立于化学原理的测量方法仍占全部分析 化学方法的主导地位,因此,不能全面掌 握酸碱平衡所涉及的主要问题,就不可能 成为一个合格的化学分析专家。 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 酸碱平衡研究的内容 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 从pH和相关平衡常数Ka,求算分布分数 ,是 酸碱平衡讨论的重要内容。 相反,如果测出了某中形式的浓度,并且已知 投料组分的浓度c,则可测算相关的平衡常数。 缓冲溶液的理论及应用。 酸碱指示剂,滴定曲线和终点误差。 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 酸碱平衡的研究手段 酸碱平衡的研究方法主要有: 代数法、图
4、解法和计算机方法。 一般说代数法是基础,其他两种方法是 它的表述形式或计算工具。下面就这三种 方法做一个简单介绍。 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date a. 代数法 代数法是最常用的,是教科书中主要介绍的方法 。它的理论性强,适用广泛是其它各种方法的基础。但 代数法比较繁琐、冗长,计算过程复杂,有时甚至无求 解,再者,它的直观性差,不易用来讨论离子酸碱的全 貌,这是它在教学中不利的一面。 代数法在酸碱平衡中应用最为广泛。例如,pH值的 计算,分布分数(或副反应系数)的计算,缓冲问题, 滴定曲线,常数测定,离子强度计算等都主要使用代数 法。 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date b.
5、图解法 图解法是应大力提倡和推广的方 法,数和形的结合历来是数理科 学领会复杂概念和解决深奥问题 的常规手段。 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date c.计算机方法 计算机可以把我们从烦琐的计算中解放出 来,并且它特别适合把公式转换为图形,有 利于数和形的结合。随着计算机的普及和提 高,这一方法肯定会成为分析化学各种计算 的主要方法。不过,由于条件的限制,本教 材还是以代数法和图解法作为主要内容。 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 4.1 酸碱平衡的理论基础 酸碱电离理论: 酸碱发生中和反应生成盐和水: HAcH+ + A - NaOH Na+ +OH - 电离理论有一定局限性,它
6、只适用于水溶液,不 适用于非水溶液,而且也不能解释有的物质(如NH3等) 不含OH,但却具有碱性的事实。 NaOH HAcNaOAcH2O 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 酸碱理论: 电离理论 质子理论 电子理论 软硬酸碱理论 . 酸(acid):能解离出H的物质 碱(base):能解离出OH的物质 Date 4.1.1 酸碱质子理论(proton theory) 1923年由布朗斯台德(Bronsted)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。 酸 质子 + 碱 HAc H+ + OAc 这种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。 共轭酸碱
7、对 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 在分析化学中广泛采用的 是布朗斯台德(Brstead) 的酸碱质子理论,这是因为该 理论对酸碱强弱的量化程度最 高,便于定量计算,它的缺点 是不适合于无质子存在的酸碱 体系。 Date 酸碱半反应:共 轭酸碱对的质子 得失反应 HClO4 H+ + ClO4 HSO4 H+ + SO42 NH4+ H+ + NH3 H2PO4 H+ + HPO42 HPO42 H+ + PO43 +H 3N-R-NH3 + H+ + +H3N-R-NH2 可见酸碱可以是阳离子、阴离子,也可以是中性分子。 当一种酸给出质子时,溶液中必定有一种碱接受质子: HAc (酸1)H+
8、 + Ac (碱1) H2O (碱2) + H+ H3O+(酸2) H3O+(酸2)+Ac (碱1) HAc (酸1)+H2O (碱2) 溶剂水起碱的作用 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 碱在水溶液中接受质子的过程: 必须有溶剂水分子参加。在这里,溶剂水起到酸的作用。 可见,水即可作酸给出质子,也可作碱接受质子,是 一种两性溶剂: NH3 + H+ NH4+ H2O H+ + OH NH3 + H2O OH + NH4+ H2O + H2O H3O+ + OH 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 水的质子自递常数 在水分子之间存在着的质子传递作用,称为水的 质子自递作用。这种作
9、用的平衡常数称为水的质子自 递常数: Kw = H3O+OH 或: Kw= H+OH 在25: Kw = 10-14 pKw= 14 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 H2O + H2O H3O+ + OH Date 酸碱中和反应(HCl+ NH3)也是一种质子的转移过程: HCl + H2O H3O+ + Cl H3O+ + NH3 NH4+ + H2O 盐的水解过程(NH4 Ac ),实质上也是质子的转移过 程: HAc + H2O H3O+ + Ac 解离 H2O + NH3 NH4+ + OH 解离 酸1 碱2 酸2 碱1 各种酸碱反应过程都是质子转移过程 H2O + Ac HAc +
10、OH 水解 NH4+ + H2O H3O + +NH3 水解 酸1 碱2 酸2 碱1 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 酸碱半反应不可能单独发生 酸碱反应是两对共轭酸碱对共同作用的结果 酸碱反应的实质是质子的转移 质子的转移是通过溶剂合质子来实现的 结论(conclusion)! 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 4.1.2 酸碱解离平衡 酸碱的强弱取决于物质给出质子或接受质子能力。 用解离常数 Ka 和 Kb 定量地说明它们的强弱程度。 HAc + H2O H3O+ + Ac HAc 的共轭碱的解离常数 Kb 为: Ac+ H2O HAc + OH 分析化学电子教案4 酸碱滴
11、定法 Date 共轭酸碱对的Ka与Kb的关系为 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 多元酸的共轭酸碱对Ka与Kb 的对应关系 三元酸H3A在水溶液中: 则: Ka1Kb3 = Ka2Kb2 = Ka3Kb1 = H+OH = Kw H3A + H2O H3O+ + H2A Ka1 H2A + H2O H3A + OH Kb3 H2A + H2O H3O+ + HA2 Ka2 HA2 + H2O H2A + OH Kb2 HA2 + H2O H3O+ + A3 Ka3 A3 + H2O HA2 + OH Kb1 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 多元酸的共轭酸碱对Ka与Kb 的对应
12、关系 n元酸HnA在水溶液中: 则: KaxKby = H+OH = Kw 注:x+y=n+1 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 例1: 试求 HPO42- 的 pKb2和 Kb2。 解: HPO42-作为碱接受质子变其共轭酸H2PO4,经查 表可知 H2PO4 的Ka2 = 6.310-8,即 pKa2 = 7.20 由于 Ka2Kb2 = 10-14 所以 pKb2 = 14 - pKa2 = 14 - 7.20 = 6.80 即 Kb2=1.610 -7 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 三元酸H3A Ka1Kb3 = Ka2Kb2 = Ka3Kb1 = H+OH = Kw Dat
13、e 共轭酸碱对酸碱强度的比较(参看p48-49) 结论:共轭酸碱对的酸越强,其共轭碱越弱; 反之,酸越弱,它的共轭碱就越强 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 4.2 不同pH溶液中酸碱存在形式 的分布情况分布曲线(pH) 分布系数 (distribution coefficient) :平衡时溶液中某物种的浓度 (平衡浓度)占总浓度(分析浓度各平衡浓度之和)的分数。 i = ci / c 分布曲线不同pH值溶液中酸碱存在形式的分布 分布曲线pH(distribution curve)作用: (1)深入理解酸碱滴定的过程;终点误差 (2)判断多元酸碱分步滴定的可能性。有助于了解配位滴定和
14、沉 淀滴定反应条件的选择原则。 (3)滴定是溶液pH与溶液中各物种的量及其比例不断变化的过 程。 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 4.2.1 一元酸 溶液中物质存在形式:HAc;Ac- ,总浓度为 c 设: HAc 的分布系数为1 ; Ac- 的分布系数为0 ; c HAc + Ac- 。 则:1 = HAc/c = HAc / (HAc + Ac- ) = 1 / 1 + (Ac- / HAc) = 1/ 1 + (Ka/H+) = H+ / ( H+ + Ka ) 0 = Ac- / c = Ka / ( H+ + Ka ) 由上式,以对pH作图: (动画) 以乙酸(HAc)为例
15、:HAc=H+ + Ac- 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date HAc 分布系数与溶液pH关系曲线的讨论: (1) 0 + 1= 1 (2) pH = pKa 时; 0 = 1= 0.5 (3) pH pKa 时; Ac- (0)为主 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 分布系数决定于该酸碱物质的性质和溶液中H+的浓 度,而与其总浓度无关. Date 4.2.2 二元酸 以草酸( H2C2O4)为例: 存在形式:H2C2O4 ; HC2O4-; C2O42-; (2) ; (1) ; (0) ; 总浓度: c = H2C2O4 + HC2O4- + C2O42- 2 = H2C2O4 / c
16、 = 1 / 1+HC2O4- / H2C2O4 + C2O42- / H2C2O4 = 1 / 1+Ka1 / H+ + Ka1Ka2 / H+2 = H+2 / H+2 + H+Ka1 + Ka1Ka2 1 = H+Ka1 / H+2 + H+Ka1 + Ka1Ka2 0 = Ka1Ka2 / H+2 + H+Ka1 + Ka1Ka2 (动画) 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date H2A 分布系数与溶液pH关系曲线的讨论: a.pHpKa2时 C2O4 2 -为主 d. pH=2.75时 1最大;1 =0.938; 2 =0.028;3 =0.034 分析化学电子教案4 酸碱滴定法
17、Date 4.2.3 三元酸 以H3PO4为例 四种存在形式:H3PO4 ;H2PO4-;HPO42-;PO43-; 分 布 系 数: 3 ; 2 ; 1 ; 0 3 = H+3 H+3+H+2 Ka1+H+Ka1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka3 2 = H+2 Ka1 H+3+H+2 Ka1+H+Ka1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka3 1 = H+ Ka1 Ka2 H+3+H+2 Ka1+H+Ka1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka3 (动画)0 = H+3+H+2 Ka1+H+Ka1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka3 Ka1 Ka2 Ka3 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date H3PO4分
18、布曲线的讨论: ( pKa1=2.12;pKa2=7.20;pKa3=12.36) (1)三个pKa相差较大,共存 现象不明显; (2)pH=4.7时, 2 =0.994 3 =1 = 0.003 (3)pH=9.8时, 1=0.994 0 =2 = 0.003 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 优势区域图 pH 0 2 4 6 8 10 12 14 (1) HF, pKa = 3.17 HFF- (2) HAc, pKa = 4.76 HAcAc- (3) NH4+, pKa = 9.25 NH4+NH3 (4) H2C2O4, pKa1 = 1.25, pKa2 = 4.29 HC
19、2O4-H2C2O4C2O42- (5) H3PO4, pKa1 = 2.16, pKa2 = 7.21, pKa3 = 12.32 H2PO4-H3PO4PO43-HPO42- 共轭酸碱对共存区 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 4.3 酸碱溶液pH的计算 4.3.1 质子条件 (proton balance equation, PBE) 准确反映整个平衡体系中质子转移的严格数量关 系式。列出质子条件的步骤: (1) 选择参考水平(大量存在, 参加质子转移) (2) 判断质子得失 (3) 总的得失质子的物质的量(单位mol)应该相等, 列出的等式,即为质子条件。 分析化学电子教案4
20、酸碱滴定法 Date 列出质子条件的简易方法 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 质子参考水准 H2O 其他参与质子 转移的大量存 在的组分 得 质 子 产 物 失 质 子 产 物 +H+ H+ Date 例2: 一元弱酸水溶液,选择HAc和H2O为参考水平: 水的质子自递反应: H2O + H2O HA 的解离反应: HAc + H2OH3O+ + Ac- H3O+ + OH- 质子条件:H+ = Ac- + OH - 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 一元弱酸水溶液HAc质子条件的简易方法 H3O+ = OH- + Ac- 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 质子参考水准 H2O HAc
21、得质 子产 物 H3O+ 失质 子产 物 OH- Ac- +H+H+ H+ Date 例3: Na2CO3水溶液,选 CO32- 和 H2O为参考水平: CO32- + 2H2O H2CO3 + OH- 质子条件:H+ + HCO3- + 2H2CO3 = OH- 也可通过物料平衡或电荷平衡得出质于条件。 CO32- + H2OHCO3- + OH- H2O + H2O H3O+ + OH- 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 Date 二元弱碱CO32-水溶液质子条件的简易方法 H+ + HCO3- + 2H2CO3 = OH- 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 质子参考水准 H2O CO32-
22、得质 子产 物 H3O+ HCO3- H2CO3 失质 子产 物 OH- +H+H+ +H+ +2H+ Date 物料平衡式 Mass Balance Equation MBE 在平衡状态,某组分的分析浓度等于其各型体的平衡浓 度之和的数学表达式。 例 解 电荷平衡式 Charge Balance Equation CBE 在平衡状态,溶液中正离子所带电荷总数与负离子所 带电荷总数相等的数学表达式。 分析化学电子教案4 酸碱滴定法 CBE 质子条件:H+ + HCO3- + 2H2CO3 = OH- MBE Date Na2HPO4水溶液的质子条件: H2O和HPO42-为参考水平: HPO4
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 酸碱 滴定法
链接地址:https://www.31doc.com/p-2113235.html