第07章酸碱平衡-华北水利水电学院.ppt

第七章酸碱平衡和酸碱滴定法,Chapter6Acid-baseEquilibriumandAcid-baseTitration,本章学习要求,1.掌握弱酸、弱碱的电离平衡，影响电离平衡常数和电离度的因素，稀释定律；运用最简式计算弱酸、弱碱水溶液的pH值及有关离子平衡浓度;2.了解同离子效应，盐效应;3.掌握酸碱质子理论质子酸碱的定义，共轭酸碱对，酸碱反应的实质，共轭酸碱Kaθ和与Kbθ的关系;,,4.了解酸度对弱酸（碱）存在形态分布状况影响;5.掌握酸碱指示剂的变色原理、指示剂的变色点、变色范围；6.掌握强酸（碱）滴定一元弱碱（酸）的原理，滴定曲线的概念，影响滴定突跃的因素，化学计量点pH值及突跃范围的计算，指示剂的选择，掌握直接准确滴定一元酸（碱）的判据其应用；,,本章学习要求,7.掌握多元酸（碱）分布滴定的判据及滴定终点的pH值计算，指示剂的选择，了解混合酸准确滴定的判据及强酸弱酸混合情况下滴定终点pH值计算，指示剂的选择；8.了解酸碱滴定法的应用及相关计算，了解CO2对酸碱滴定的影响，掌握酸碱标准溶液的配制及标定，掌握混合碱的分析方法及铵盐中含氮量的测定方法。,,本章学习要求,酸碱理论发展的概况,1100-1600年发现盐酸、硫酸、硝酸等强酸1774年法国科学家拉瓦锡提出酸的组成中都含有氧元素十九世纪初认为酸的组成中都含有氢元素1884年瑞典科学家Arrhenius提出电离理论1923年Bronsted和Lowry提出酸碱质子理论,,6.1酸碱质子理论,电离理论ionization,电解质在水溶液中能电离电离产生的阳离子全部是H的物质是酸电离产生的阴离子全部是OH-的物质是碱完全电离强电解质；不完全电离弱电解质,,凡能给出质子的分子或离子称为酸protondonor凡能接受质子的分子或离子称为碱protonacceptor,共轭关系,共轭酸碱对,,,1.酸碱定义,NH4,NH3H,,,HCO3-,,,CO32-H,HCl,,,Cl-H,,,HCO3-H,酸,,,碱质子,,共轭酸碱对,共轭关系,H2CO3,说明两性物质HCO3-酸碱质子理论中没有盐的概念,2.酸碱反应,,任何一个酸碱反应都是由较强酸和较强碱反应生成较弱的酸和碱。,根据质子理论，酸碱反应的实质是两个共轭酸碱对之间的质子转移反应。,3.水的质子自递反应,H2OH2O⇌H3OOH-简写为H2O⇌HOH-,[cH/cq][cOH-/cq],影响因素酸碱本身授受质子的能力溶剂受授质子的能力水溶液中，酸碱的强弱用其离解常数Kaθ或Kbθ衡量。,,简写,,电离常数的大小，表示了弱酸弱碱的电离程度的大小，Kaө、Kbө越大，表示弱酸弱碱的电离程度越大，溶液的酸、碱性越强。电离常数是一种平衡常数，它只与温度有关，与浓度无关。,,5.共轭酸碱对Kaө和Kbө的关系,在一共轭酸碱对中,酸的酸性越强，其共轭碱的碱性就越弱；反之，酸越弱，其共轭碱就越强。,,平衡浓度,c1-α,cα,cα,当5时,Kaөc2,稀释定律,6.2酸碱平衡的移动,1.浓度对酸碱平衡的影响,,2.同离子效应和盐效应,,,,,0.1molL-1HAc,,,,甲基橙,,滴加0.1molL-1NaAc,,在弱电解质溶液中加入一种含有相同离子的强电解质，使弱电解质电离平衡向左移动，从而降低弱电解质电离度的现象叫做同离子效应,,盐效应（异离子效应）由于强电解质的加入增加了溶液中的离子浓度，使溶液中离子间的相互牵制作用增强,离子结合为分子的机会减小，即分子化速度降低，因而重新达到平衡时电离度有所增加。,,同离子效应存在的同时，也存在盐效应，但盐效应很弱，一般计算中可忽略。,,例题,在氨水溶液中分别加入HCl、NH4Cl、NaCl、NaOH、H2O对氨水电离平衡有何影响α,pH有何变化,解NH3H2O⇌NH4OH-αpHHClNH4ClNaClNaOHH2O,,,,,,变大,变小,变小,变小,变小,变大,变小,变大,变大,变大,,水的电离H2O⇌HOH-KөcHcOH-/cH2OKWөcHcOH-Kө[H2O]22℃时，KWө10-14即一定温度下，水溶液中H和OH-浓度乘积是一个常数。,水的离子积,1.水溶液的pH值,6.3酸碱平衡中有关浓度的计算,溶液酸碱和pH值,稀溶液中，用pH值表示酸碱性pH-logcHcHcOH-KWө10-14pHpOH14,pH值的测定,酸碱指示剂借助颜色变化来指示溶液的pH值。HIn⇌HIn-pH试纸由多种指示剂混合溶液浸透试纸后晾干而成。pH计,2.质子条件式,酸失去的质子数与碱得到的质子数相等，其数学表达式称为质子条件式例浓度为c的弱酸HA水溶液中HAH2O⇌H3OA-H2OH2O⇌H3OOH-cH3OcOH-cA-简写为cHcOH-cA-,,强酸（碱）,完全电离,例计算110-7mol.L-1HCl溶液中的H浓度。,3.酸碱溶液pH值的计算,cKө≥20Kwө时，忽略水的电离当α4.4或c/Kө≥500时,一元弱酸（碱）,B,HA,例分别计算0.10mol.L-1HAc和0.10mol.L-1NaAc溶液的pH值。,多元弱酸Ka1ө＞＞Ka2ө＞＞Ka3ө，cH主要决定于第一步电离，cH计算同于一元弱酸,多元弱酸（碱）,c/Ka1ө≥500时,在二元弱酸中，Ka1ө＞＞Ka2ө,忽略第二步电离，其酸根浓度近似等于Ka2。,例计算0.10mol.L-1Na2CO3溶液中的cOH-、cHCO3-、cH2CO3。,例欲分离混合溶液中的Mn2、Zn2，在溶液中通入H2S气体达饱和0.1mol.L-1，要使溶液中cS2-大约为1.010-13mol.L-1，须控制溶液pH为多少,在H2S溶液中,两性物质的酸碱性决定于相应酸常数和碱常数的相对大小酸常数较大，则显酸性；碱常数较大，则显碱性。,两性物质,HA-,例分别计算0.20mol.L-1NaH2PO4、Na2HPO4溶液的pH。,4.酸度对弱酸（碱）各组分浓度的影响,,,分布系数酸（碱）溶液中，某组分的平衡浓度占酸（碱）总浓度的分数,HAc溶液,1.缓冲溶液的缓冲原理,缓冲溶液能抵抗外加少量强酸、强碱或水的影响，保持pH基本不变的溶液。,溶液的这种作用称为缓冲作用,缓冲溶液的组成,弱酸及其共轭碱弱碱及其共轭酸,6.4缓冲溶液BufferSolution,0.1molL-1HAc0.1molL-1NaAc溶液HAc部分电离HAc⇌HAc-NaAc完全电离NaAcNaAc-pH4.75,加入1ml0.1molL-1HCl溶液,加入1ml0.1molL-1NaOH溶液,2.缓冲溶液的pH值,缓冲溶液的pH值主要决定于酸（碱）的pKaө（pKbө），其次与c酸/c碱有关。对一确定缓冲体系，可通过在一定范围内改变c酸/c碱，调节缓冲溶液的pH值。,例1.0.1mol.L-1NaH2PO4与0.1mol.L-1Na2HPO4溶液等体积混合,溶液pH为多少H3PO4pKa1ө2.12,pKa2ө7.21,pKa3ө12.67,2.将25ml1.0molL-1NH3.H2O与25ml1.0molL-1NH4Cl混合组成缓冲液，求其pH值。若在该缓冲溶液中加入1mL1.0molL–1NaOH，pH为多少,解混合后，,,（1）当共轭酸碱对的浓度相等时，溶液总浓度越大，缓冲能力越强。（2）缓冲溶液总浓度一定时，共轭酸碱对的浓度相等时，即pHpKaө或pOHpKbө时，缓冲能力最大。（3）缓冲溶液具有一定的缓冲范围c酸/c碱1/1010/1时，溶液具有有效缓冲能力，这时pHpKaө1或pOHpKbө1,缓冲容量1升缓冲溶液的pH值改变一个单位时所需加入的强酸或强碱的量。,选择依据,4.缓冲溶液的选择与配制,缓冲组分不能与反应物或产物发生化学反应缓冲系的pKaө尽量接近pH缓冲组分浓度控制一定范围0.05molL–1～0.5molL-1,,1）用相同浓度的弱酸及其共轭碱溶液，按不同体积比例混合配制,例1如何配制1LpH5.0具有中等缓冲能力的缓冲溶液,,解,例2欲配制pH9.0的缓冲溶液,应在500mL0.1mol.L-1NH3.H2O溶液中加入多少克NH4Cls,,,2）在一定量弱酸/碱溶液中加入固体共轭碱/酸来配制,解,3）在过量弱酸/碱中加入一定量强碱/酸,例3将0.1molL–1NH3H2O50ml与30ml0.1molL–1HCl混合，能否形成缓冲液其pH值为多少,,解,在一定的pH范围内能发生颜色突变的指示剂叫酸碱指示剂。通常是一类复杂的有机弱酸/碱。Acid-BaseIndicatorsneartheequivalencepointthesolutionpHtochangedrastically.IndicatorsthatchangecolorasafunctionofpH.Indicatorsareweakacidsthatchangecolorwhentheygainorlosetheiracidicprotons.,6.5酸碱指示剂,1.定义,甲基橙指示剂结构与颜色,酚酞指示剂结构与颜色,2.酸碱指示剂的作用原理,,3.指示剂的变色范围,指示剂的变色的影响因素用量；温度；溶剂,HInH2O⇌H3OIn-KөHInCH＋.CIn-/CHInpKөHIn-1pHpKHIn1,4.混合指示剂自学,目的使变色范围变小，变色明显。方法两种指示剂混合；指示剂与惰性染料混合。,,0.1000molL-1NaOH滴定20.00ml0.1000molL-1HCl反应式HOH-⇌H2O1.滴定前pH＝1.002.滴定至化学计量点前pH＝3.化学计量点时pH＝7.0004.化学计量点后pH＝,,6.6酸碱滴定的基本原理,以滴定剂的加入量为横坐标，溶液的pH值为纵坐标作图，就能得到酸碱滴定曲线。,1.强碱滴定强酸,StrongBaseandStrongAcid/WeakAcidTitration,Theslopeofthetitrationcurveissteepestattheequivalencepoint,1确定滴定终点时，消耗的滴定剂体积；2判断滴定突跃大小；3确定滴定终点与化学计量点之差；4选择指示剂；如何计算滴定曲线,滴定曲线的作用,指示剂的选择原则,通过计算可以找出突跃范围,由突跃范围可以选择合适的指示剂。理想的指示剂应恰好在化学计量点变色，而实际操作很难做到。一般要求指示剂变色范围全部或部分落在滴定突跃的范围内。,突跃范围大小与C有关以0.1000molL-1为宜。,1滴定过程中溶液pH值的变化,0.1000molL-1的NaOH滴定20.00ml0.1000molL-1HAc溶液OH-HAc⇌Ac-H2O滴定前pH2.87滴定开始至化学计量点前pH化学计量点pH8.72化学计量点后pH,2.强碱滴定弱酸,3指示剂的选择原则与准确滴定的依据,指示剂的选择原则指示剂的变色范围应全部或部分落在滴定突跃的范围内。准确滴定的判据CKa10-8,2影响滴定突跃大小的因素,例能否用0.1000molL-1NaOH直接滴定0.1000molL-1NH4Cl,强酸滴定弱碱与强碱滴定弱酸类似。,能分步滴定的条件,例NaOH滴定H3PO4情况均为0.2000molL-1,3.多元酸多元碱和混合酸碱的滴定,NaOHH2ANaHAH2ONaOHNaHANa2AH2O,,,多元碱的滴定,例Na2CO3的滴定,混合酸（碱）的滴定,4.酸碱标准溶液的配制与标定,基准物质1.Na2CO32.Na2B4O710H2O,,基准物质H2C2O42H2OKHC8H4O4,酸HCl标准溶液的标定,碱NaOH的标定,①水中溶解的CO2②试剂吸收CO2NaOH中吸收CO2③滴定过程中也会吸收CO2,5.酸碱滴定中CO2的影响,1CO2的来源,pH＜6.4主要存在形式H2CO3或CO2pH＞10.3主要存在形式CO32-10.3＞pH＞6.3主要存在形式HCO3-,2CO2在水溶液中的溶解及离解平衡,滴定到终点，溶液的pH值越小，受CO2的影响越小，如终点pH＜5，CO2的影响可忽略；若pH9不可忽略。,3CO2的影响,①用新煮沸并冷却的蒸馏水（能赶掉CO2）配制NaOH；②用不含Na2CO3的NaOH来配标液，或先配成50NaOH，再取清液稀释；③标定和测定时用同一指示剂，并在相同条件下滴定，CO2的影响可部分抵消。,4CO2影响的消除,6.7酸碱滴定法的应用,双指示剂法利用两种指示剂在不同等量点的颜色变化，得到两个终点，然后根据两个终点消耗标准溶液的体积和酸的浓度，算出各成分的含量。,1.混合碱的分析,OH-HH2OHH2OCO32-V1mlHCO3-V2mlH2OCO2酚酞甲基橙,,,,,1烧碱中NaOH与Na2CO3含量的测定,,首先在待测混合液中加酚酞指示剂，用HCl标准溶液滴定。因为Na2CO3碱性比Na2HCO3强，所以，HCl先与Na2CO3反应，当全部Na2CO3转变为NaHCO3时，酚酞红色刚好褪去，设消耗HCl为V1；再加入甲基橙指示剂，继续滴定至黄色变为橙色，这时溶液中原有的碳酸氢钠和第一步生成的碳酸氢钠全部被滴定，设消耗HCl为V2，根据体积关系，可求得各成分的含量。请看下图,2纯碱中Na2CO3与NaHCO3含量的测定,,,,3未知碱样的组成判断,V1和V2体积的变化试样的成分V1≠0V2＝0NaOHV1＝0V2≠0NaHCO3V1＝V2≠0Na2CO3V1＞V2＞0NaOH＋Na2CO3V2＞V1＞0Na2CO3＋NaHCO3,,例称取含有惰性物质的混合物（Na2CO3和NaOH或Na2CO3和Na2HCO3混合物）试样1.200g，溶于水后用0.5000mol.L-1的盐酸滴定至酚酞褪色，用去30.00ml，然后加入甲基橙作指示剂，用盐酸继续滴定至橙色出现，又用去5.00ml。问试样由什么组成，各占多少含量,,例取相同体积的两份混合碱溶液,用浓度为C的HCl标准溶液进行滴定第一份用酚酞,另一份用甲基橙,消耗HCl体积为V1与V2，根据V1与V2的关系,判别混合碱的组成,并计算含量。,将铵盐试液置于蒸馏瓶中，加入过量浓NaOH溶液进行蒸馏，过量的HCl溶液吸收蒸发出的NH３,，用NaOH标准溶液返滴定剩余的HClNH42SO4NaOHNH3Na2SO4H2ONH3HClNH4ClHClNaOHNaClH2O,2.化合物中含氮量的测定,1蒸馏法,也可以用过量的H３BO３溶液吸收蒸发出的NH３,用HCl标准溶液滴定反应生物的H2BO３－,终点时的pH5，选用甲基红作指示剂。NH３＋H３BO３NH4＋＋H2BO３－H＋＋H2BO３－H３BO３,,6HCHO＋4NH4＋CH26N４＋4H＋＋6H2O利用NaOH标准溶液滴定反应生成的4个可与碱作用的H＋。六次甲基四胺CH26N４是一种极弱有机碱，应选用酚酞作指示剂。设计实验HCl及NH4Cl的混合体系滴定,2甲醛法,3克氏Kjeldahl定氮法,氨基酸、蛋白质、生物碱中的氮,将适量浓硫酸加入试样中加热，使C、H转化为CO２和H２O，N元素在铜盐或汞盐催化下生成NH4＋，消化分解后的溶液中加入过量NaOH溶液，再用蒸馏法测定NH3。,硼酸是极弱酸pKaө9.24不能用标准碱直接滴定,但能与多元醇作用生成酸性较强的络合酸pKaө4.26,可用标准碱溶液直接滴定，化学计量点的pH值在9左右。用酚酞等碱性指示剂指示终点。,3.硼酸的测定,4.硅含量的测定,非水溶液的滴定或电位法滴定K值较小的物质,EndofChapt.6,