第二章酸碱滴定法 (2.6).ppt

2-6水中碱度和酸度一水的碱度（Alkalinity）是指水中那些能接受质子的物质含量.水中能与强酸发生中和作用的全部物质。,组成水中碱度的物质可以归纳为三类强碱，如NaOH、CaOH2等，在溶液中全部电离生成OH-离子；弱碱，如NH3、C6H5NH2等，在水中一部分发生反应生成OH-离子；强碱弱酸盐，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、磷酸盐、硫化物和腐殖酸盐等，它们水解时生成OH-或者直接接受质子H。碱度的主要形态为OH-、CO32-、HCO3-,碱的浓度和pH是两个不同的概念pH反映的是水中氢离子的活泼程度，酸的强度是指酸给出质子的能力碱的浓度是能够与强酸发生中和作用的全部物质，亦即能接受质子H的物质总量。例如摩尔浓度相同的NaOH和NaHCO3与同一浓度的HCl溶液反应。NaHCO3HClNaClH2OCO2NaOHHClNaClH2O二者消耗的HCl溶液是相同的，也就是说二者的碱的浓度是相同的，但是他们的pH肯定不相同，应为一个是强碱，一个是弱碱，其中氢离子的活度肯定不相同。,可能存在的碱度组成,OH-OH-和CO32-CO32-CO32-和HCO3-HCO3-假定OH-和HCO3-不能同时存在于水样中,,碳酸盐系统碳酸盐系统（TheCarbonatesystem）是天然水中的优良缓冲系统，它对于避免天然水的pH发生剧烈变化起到重要的缓冲作用；碳酸盐系统与生物的活动也有密切关系，例如光和作用和呼吸作用；碳酸盐系统也与水处理有关，例如水质的软化。,滴定水中碱的主要反应,氢氧化物碱度HOH-H2O碳酸盐碱度HCO32-HCO3-HHCO3-H2O＋CO22HCO32-H2O＋CO2重碳酸盐碱度HHCO3-H2O＋CO2,,,,,酚酞碱度如果滴定是以酚酞作为指示剂，当溶液的pH值降到8.3时，表示OH-被中和，CO32-全部转化为HCO3-，作为碳酸盐只中和了一半，因此得到酚酞碱度。消耗酸量P（ml）＝OH-＋1/2CO32-反应HOH-H2OHCO32-HCO3-,上述水样继续用强酸标准溶液滴定，用甲基橙为指示剂，当溶液由黄色变为橙红色pH约4.3.,消耗酸量M（ml）＝HCO3-原有＋1/2CO32-反应HHCO3-H2O＋CO2水样总碱度TPM甲基橙碱度总碱度也可以甲基橙为指示剂直接滴定，消耗酸的总量T,,连续滴定法,以酚酞为指示剂用酸标准溶液滴定至终点（P），再以甲基橙为指示剂，继续滴定至终点M五种情况1只有OH-碱度（pH10以上）P0M0没有HCO3-和CO32－2有OH-和CO32－碱度pH10P（包括OH-和1/2CO32－）M剩余1/2CO32－OH-P-MCO32－2MTPM,（3）有CO32－和HCO3-（pH在8.5～9.5之间）,有HCO3-和CO32－碱度P（包括1/2CO32－）9.5）,P（包括1/2CO32－）＝M剩余1/2CO32－CO32－2P＝2MT2P＝2M（5）只有HCO3-碱度（pH0HCO3-＝MT＝M,分别滴定法,指示剂1酚酞变色点pH9.12甲基橙变色点pH3.43混合指示剂（变色点pH8.3）终点黄色百里酚蓝（pH1.2～2.8，红－黄）和甲酚红混合指示剂（pH7.2～8.8，黄－红）4混合指示剂（变色点pH4.8）终点浅灰紫色溴甲酚绿（pH4.0～5.6，黄－绿）和甲基红混合指示剂（pH4.4～6.2，红－黄）,分别滴定法取两份水样分别采用两种指示剂用强酸滴定至终点，根据所消耗酸标准液的量V指示剂1和V指示剂2，判断水中CO32－，OH-和HCO3-碱度组成并计算含量的方法,V指示剂1＝VpH8.3；V指示剂2＝VpH4.8只有OH-碱度VpH8.3＝VpH4.8OH-＝VpH4.8＝VpH8.32有OH-和CO32－碱度VpH8.3（包括OH-和1/2CO32－）；VpH4.8包括OH-；1/2CO32－和1/2CO32－OH-2VpH8.3－VpH4.8CO32－2（VpH4.8－VpH8.3）,（3）有CO32－和HCO3-有HCO3-和CO32－碱度VpH8.3（包括1/2CO32－）0HCO3-＝VpH4.8,碱度的单位,1以mol/L表示（要注明各个碱度）2碱度以mg/L计（要注明各个碱度）3总碱度以CaO和CaCO3计（mg/L）如总碱度CaO计＝1000CP＋M28.04/VC酸标准溶液的浓度mol/L；P连续滴定法中酚酞为指示剂消耗酸的体积ml；M连续滴定法中甲基橙为指示剂消耗酸的体积ml；V水样的体积ml；CaO的摩尔质量（1/2molCaO，28.04g/mol）1/2CaCO3摩尔质量50.05g/mol,例题100.0ml水样用15.00ml，0.1000mol/L盐酸滴定至酚酞无色;加入甲基橙继续用盐酸滴定至橙红色，又消耗盐酸3.00ml，水样中有何种碱度含量多少解p＝15.00ml；M＝3.00ml由于pM，则水样含OH-和CO32－OH-＝p－M；CO32－＝2MOH-碱度（以OH-计，mg/L）＝1000CP-M17/V10000.100015.00-3.0017/100.0204.0mg/LCO32－碱度（以CO32－计，mg/L）＝1000C2M30/V100020.100028.04/100.0180.0mg/L,二酸度Acidity是指水中能与强碱发生中和作用的全部物质，亦即给出H的物质的总量。组成水中酸度的物质也可归纳为三类,强酸，如HCl、H2SO4、HNO3等；弱酸，如CO2及H2CO3、H2S、蛋白质以及各种有机酸类；强酸弱碱盐，如FeCl3、Al2SO43等。酸度的主要形态为H、H2CO3、HCO3-,OH-HH2OOH-H2CO3HCO3-H2OOH-HCO3-CO32-H2O,水的酸度对于水处理具有重要意义，对于酸性废水，常需要测定水中的酸度以确定需要加入水中的石灰或其他化学药剂的量。,测定酸度的反应,酸度测定（酸碱指示剂法）甲基橙酸度以强碱滴定水样测定其酸度时，以甲基橙为指示剂滴定到pH3.7,橙红色－桔黄色。（测定污染严重的水样，如强酸污染水样）酚酞酸度酚酞为指示剂用氢氧化钠滴定到终点，pH8.3，无色－红色，为酚酞酸度（总酸度），用于污染不严重的水样测定。,测定游离二氧化碳（CO2，H2CO3）指示剂酚酞滴定剂氢氧化钠反应CO2NaOHNaHCO3计算公式（CO2，mg/L）V碱C441000/V水样V碱消耗NaOH体积（ml）V水样水样体积（ml）CNaOH浓度（mol/L）44CO2摩尔质量（g/mol）,,侵蚀性二氧化碳水中过量的二氧化碳与CaCO3反应，溶解CaCO3，称侵蚀性二氧化碳取2份水样，一份直接滴定，另一份加入CaCO3粉末放置5天滴定（水中侵蚀性二氧化碳完全反应掉），用甲基橙为指示剂，盐酸标准液滴定至终点。反应CaCO3CO2H2OCaHCO32CaHCO322HClCaCl2H2OCO2,,,侵蚀性二氧化碳计算公式（CO2，mg/L）V2-V1CHCl221000/VH2O（如果V2≤V1，水样不含侵蚀性CO2）V1滴定（未加CaCO3水样，消耗HCl体积（ml）V2滴定（加CaCO3水样，消耗HCl体积（ml）CHCl标准HCl浓度（mol/L）22侵蚀性CO2摩尔质量（1/2CO2,g/mol）定量关系2HClCaHCO32CO2,,,碱度和游离二氧化碳的精确计算,实际上，任何pH下水样中HCO3-、CO32-及OH-三种碱度是同时存在的强酸滴定（HCl）水样，总碱度用滴定终点消耗强酸的量来计算（加入HCl的量与[碱]总相当）质子条件[碱]总[H][OH-][HCO3-]2[CO32-][碱]总相当于加入HCl的量；[H]水样中原有的[H][OH-],[HCO3-]和[CO32-]水样中原有三种碱度,[OH-]Kw/[H]1[CO32-]Ka2[HCO3-]/[H].2将1与2式带入质子条件式得[HCO3-]3[CO32-]Ka2/[H]（4注意1式可求[OH-]碱度；3可求[HCO3-]碱度；（4可求[CO32-]碱度。,,[碱]总[H]-Kw/[H],12Ka2/[H],[碱]总[H]-Kw/[H],12Ka2/[H],,若水样pH8.3，水样中只有HCO3-,CO2H2OH2CO3HHCO3-[H2CO3][H][HCO3-]/Ka1.5代（3）入（5）得[H2CO3][H]/Ka1.6只要已知水样的总碱度和pH值，便可准确计算出3种碱度和游离CO2含量,12Ka2/[H],[碱]总[H]-Kw/[H],,例如，某水体的pH为9.00，碱度为1.5010-3mol/L时，算出上述各种碱度的浓度。Ka25.610-11解[碱]总1.5010-3mol/L;[H]10-9mol/L[OH-]Kw/[H]10-5mol/L[HCO3-]1.3410-3mol/L[CO32-]Ka2/[H]7.5010-5mol/L,[碱]总[H]-Kw/[H],12Ka2/[H],,[碱]总[H]-Kw/[H],,12Ka2/[H],可见,当pH9.00时，OH-、CO32-的浓度与HCO3-浓度相比可以忽略，此时碱度全部由HCO3-贡献。[HCO3-][碱度]1.5010-3mol/L,根据酸的离解常数K1，可以计算出H2CO3*的浓度[H2CO3*][H][HCO3-]/K1代入K2的表示式计算[CO32-][CO32-]K2[HCO3-]/[H],