分析化学-4酸碱滴定法080306幻灯片PPT课件.ppt
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1、分析化学分析化学44酸碱滴定酸碱滴定法法080306080306幻灯片幻灯片酸碱酸碱质子质子理论理论1.酸碱反应是物质间质子转移的结果酸碱反应是物质间质子转移的结果,凡是能给凡是能给出出质子的物质是酸质子的物质是酸,凡是能接受凡是能接受质子的物质是碱质子的物质是碱.酸酸=碱碱+质子质子 HOAc=H+OAc-酸酸 碱碱酸碱可以是阳离子酸碱可以是阳离子,阴离子和中性分子阴离子和中性分子HClO4=H+ClO4-HSO4-=H+SO42-NH4+=H+NH3H2PO4-=H+HPO42-HPO42-=H+PO43-l2.共軛酸碱对共軛酸碱对,因一个质子的得失而互相因一个质子的得失而互相转化的一对酸
2、碱转化的一对酸碱,称为共軛酸碱对称为共軛酸碱对.3.在酸碱反应中一些物质得到质子在酸碱反应中一些物质得到质子,一些物质失去一些物质失去质子质子,得失质子的总数应相等得失质子的总数应相等,这种平衡关系叫这种平衡关系叫质质子子平衡平衡.离解反应,中和反应和和水解反应都可以用质子理论解释离解反应离解反应HOAC+H2O=H3O+OAC-Ka=H+OAc-/HOAcNH3+H2O=OH-+NH4+Kb=NH4+OH-/NH3 H2O+H2O=OH-+H3O+Kw=OH-H3O+中和反应中和反应 HCl+H2O=H3O+Cl-NH3+H2O=OH-+NH4+HCl+NH3=NH4+Cl-水解反应OAC-
3、+H2O=OH-+HOAC (强碱弱酸盐强碱弱酸盐)碱碱 酸酸 碱碱 酸酸K水解水解=OH-HOAC/OAC-=H+OH-HOAC/H+OAC-=Kw/KaNH4+H2O=H3O+NH3 (强酸弱碱盐强酸弱碱盐)酸酸 碱碱 酸酸 碱碱K水解水解=Kw/Kb酸碱酸碱离解平衡平衡l酸碱的强弱取决于物质酸碱的强弱取决于物质给出给出质子和质子和接受接受质子能力强弱质子能力强弱.l给出给出质子能力越强质子能力越强,酸性越强酸性越强.l接受接受质子能力越强质子能力越强,碱性越强碱性越强l在共軛酸碱对中在共軛酸碱对中,如果酸的如果酸的酸性越强酸性越强,其其共軛碱共軛碱碱性越弱碱性越弱.酸碱离解平衡酸碱离解平
4、衡1.酸碱的强弱取决于给出或接受酸碱的强弱取决于给出或接受质子能力的质子能力的强弱强弱.给出给出质子能力越质子能力越强强,酸性越强酸性越强.HAc H2PO4-NH4+HS-(p48-49)接受接受质子能力越质子能力越强强,碱性越强碱性越强.2.共軛酸碱对中共軛酸碱对中,如果酸如果酸越易越易给出给出质子质子,酸性越强酸性越强,则对应共軛碱则对应共軛碱碱性越弱碱性越弱3.离解常数离解常数 Ka大,大,酸性强,对应共軛碱碱性弱酸性强,对应共軛碱碱性弱 一元酸碱(一元酸碱(HAc,Ac-)HAc+H2O=H3O+Ac-Ka=H+A-/HAc=1.810-5,Ac-+H2O=OH-+HAc Kb=HA
5、cOH-/Ac-KaKb=Kw 多元酸碱多元酸碱 Ka1Kb3=Kw H3PO4=H+H2PO4-Ka1 Ka2Kb2=Kw H2PO4-=H+HPO42-Ka2 Ka3Kb1=Kw HPO42-=H+PO43-Ka3 PO43-+H2O=OH-+HPO42-Kb1 HPO42-H2O=OH-+H2PO4-Kb2 作业4.2 4.2 分布分数和分布曲线分布分数和分布曲线基本概念基本概念酸的浓度酸的浓度:单位体积中所含某种酸的物质的单位体积中所含某种酸的物质的量量,以以C表示酸的浓度表示酸的浓度,例如例如1L溶液中含溶液中含6.3g HAc,则则C(HAc)=0.1 mol/LHAc+H2O=H
6、3O+Ac-平衡浓度和总浓度的关系平衡浓度和总浓度的关系平衡时平衡时,HAc+Ac-=C(HAc)酸度酸度:溶液中溶液中H+的浓度或活度的浓度或活度,常用常用H+、pH表示。表示。HA+H2O=H3O+A-物料平衡物料平衡化学平衡体系中化学平衡体系中,某一给定物质的总浓度某一给定物质的总浓度等于各有关形式平衡浓度之和等于各有关形式平衡浓度之和.总浓度为总浓度为 c 的的HAc,Ac-+HAc=c分布分数分布分数()i=ci/c平衡时溶液中平衡时溶液中某物种的浓度某物种的浓度占占总浓度总浓度的分数。的分数。分布曲线分布曲线酸碱酸碱分布分数随分布分数随pHpH的变化曲线的变化曲线.(1)(1)一元
7、酸一元酸 以乙酸(以乙酸(HAc)为例:)为例:溶液中物质存在形式:溶液中物质存在形式:HAc;Ac-,总浓度为,总浓度为 c设:设:HAc 的分布系数为的分布系数为HAc;Ac-的分布系数为的分布系数为Ac-;则:则:HAc=HAc/c=HAc/(HAc+Ac-)=1/1+(Ac-/HAc)=1/1+(Ka/H+)=H+/(H+Ka)Ac-=Ac-/c=Ka/(H+Ka)由上式,以由上式,以对对pH作图:作图:HAc+H2O=H3O+Ac-Ka=H+A-/HAcHAc HAc 分布曲线分布曲线(1)Ac-+HAc=1(2)pH=pKa 时;时;Ac-=HAc=0.5(3)pH pKa 时;时
8、;Ac-(Ac-)为主)为主(2 2)二元酸)二元酸 以草酸(以草酸(H2C2O4)为例:)为例:H2C2O4=HC2O4-+H+Ka1 HC2O4-=C2O42-+H+Ka2存在形式存在形式:H2C2O4;HC2O4-;C2O42-;(2);(;(1);(;(0););总浓度总浓度 c=H2C2O4+HC2O4-+C2O42-2=H2C2O4/H2C2O4+HC2O4-+C2O42-=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=Ka
9、1Ka2/H+2+H+Ka1+Ka1Ka2 H2A分布系数与溶液分布系数与溶液pH关系曲线的讨论关系曲线的讨论:a.a.pHpKa1时,时,H2C2O4为主为主b.pKb.pKa1 1 pH pK pH pKc.pHpKa2 2时,时,C2O4 2-为主为主d.pH=2.75d.pH=2.75时时,1 1最大;最大;1 1=0.938=0.938;2 2=0.028=0.028;3 3=0.034=0.034 四种存在形式:四种存在形式:H3PO4;H2PO4-;HPO42-;PO43-;分分 布布 系系 数:数:3 2 1 0(3)三元酸三元酸 (以以H3PO4为例为例)3=H+3 H+3+
10、H+2 Ka1+H+Ka1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka32=H+2 Ka1H+3+H+2 Ka1+H+Ka1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka31=H+Ka1 Ka2H+3+H+2 Ka1+H+Ka1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka30=H+3+H+2 Ka1+H+Ka1 Ka2+Ka1 Ka2 Ka3Ka1 Ka2 Ka3H3PO4为分布曲线的为分布曲线的讨论:讨论:(pKa1=2.12;pKa2=7.20;pKa3=12.36)(1)三个)三个pKa相差较大,共相差较大,共存存 现象不明显;现象不明显;(2)pH=4.7时,时,2=0.994 3 =1 =0.003(3)pH=9.8时,时,1
11、=0.994 0 =2 =0.003物料平衡物料平衡化学平衡体系中化学平衡体系中,某一给定物质的总浓度等于某一给定物质的总浓度等于各有关形式平衡浓度之和各有关形式平衡浓度之和.总浓度为总浓度为 c 的的HAc Ac-+HAc=c电荷平衡电荷平衡 单位体积中溶液中单位体积中溶液中,阳离子所带正电阳离子所带正电荷的量应等于负电荷的量荷的量应等于负电荷的量.CaCl2溶液中溶液中,H+2Ca 2+=OH-+Cl-质子条件质子条件在酸碱反应中一些物质得到质子在酸碱反应中一些物质得到质子,一些物一些物质失去质子质失去质子,得失质子的总数应相等得失质子的总数应相等,这这种平衡关系叫种平衡关系叫质子质子平衡
12、平衡,其数学关系式称其数学关系式称为为质子条件质子条件4-3 酸碱溶液pH的计算计算计算pH应用质子条件应用质子条件计算计算pHpH比较方便比较方便零水准零水准:溶液中大量存在并参加溶液中大量存在并参加质子转移的物质质子转移的物质.一元弱酸的一元弱酸的质子条件质子条件:HAHA +H H2 2O O =H =H3 3O O+A +A-A A-=K=Ka aHA/H HA/H+H H2 2O+O+H H2 2O O=H=H3 3O O+OH +OH-OH OH-=K=Kw w/H/H3 3O O+零水准零水准:HA,HHA,H2 2O,O,由质子平衡条件:由质子平衡条件:用用H H+代表代表HH
13、3 3O O+H H+=A=A-+OH+OH-=K Ka aHA/H HA/H+K+Kw w/H /H+HA=c HA=c H+/(H+Ka)HA=c HA=c H+/(H+Ka)H H+=ccK Ka aH+/(H+Ka)H+/(H+Ka)+K+Kw w/H/H+H+3 3+KaH+2 2(cKa+Kw)H+KaKw=0 Na2CO3的质子条件CO32-+H2O=HCO3-+OH-CO32-+2 H2O=H2CO3+OH-H2O=H+OH-零水准零水准:CO32-,H2O质子条件质子条件:H+HCO3-+2 H2CO3 =OH-写出Na2HPO4的质子条件HPO42-+H2O=OH-+H2P
14、O4-Kb2 H2PO4-+H2O=OH-+H3PO4 Kb3 HPO42-=H+PO43-H2O=OH-+H+零水准零水准:HPO42-,H2O质子条件质子条件:H+H2PO4-+2 H3PO4=PO43-+OH-NH4HCO3的质子条件HCO32-+H2O=H2CO3+OH-HCO32-=H+CO3 2-NH4+=NH3+H+H2O=H+OH-零水准零水准:HCO3-,H2O质子条件质子条件:H+H2CO3 =OH-+CO32-+NH3pHpH计算计算强酸(强碱)溶液强酸(强碱)溶液 C(HB)=CHB H+十十B-H2O=H+OH-电荷平衡:电荷平衡:H+=B-+OH-=C+Kw/H+H
15、+2-C+Kw=0 H+=C+(C2+4Kw)1/2 2讨论:H+=C+(C2+4Kw)1/2 2当计算允许有当计算允许有5%的误差时的误差时,1.CHCl 4.7 10-7,;H+=C CNaOH 4.7 10-7,OH-=C2.CHCl 10-8,pH=7;CNaOH C 10-8,需考虑水的电离需考虑水的电离.4.H+=C+(C2+4Kw)1/2 2一元弱酸一元弱酸pH计算计算 HA =H+A-A-=KaHA/H+H2O=H+OH-OH-=Kw/H+零水准零水准:HA,H2O,由质子平衡条件:由质子平衡条件:H+=A-+OH-=KaHA/H+Kw/H+得计算的准确式:得计算的准确式:H+
16、2 =KaHA+Kw H+2=KaHA+Kw 上上式式为为计计算算一一元元弱弱酸酸溶溶液液中中H+的的精精确确公公式式。但式中的但式中的HA为为HA的平衡浓度,的平衡浓度,未知项。未知项。引入分布系数引入分布系数:HA=HA/c HA=c HA=c H+/(H+Ka)得得 一元三次方程:一元三次方程:H+3+KaH+2(cKa+Kw)H+KaKw=0溶液溶液pHpH计算的准确式与简化式的讨论计算的准确式与简化式的讨论:讨论:讨论:H+2 =KaHA+Kw当计算允许有当计算允许有5%5%的误差时的误差时,(1)若弱酸的若弱酸的KaHA cKa10Kw,忽略,忽略Kw,则则 H+2 =KaHA=K
17、a(C-H+)H+=-Ka+(Ka 2+4 Ka C)1/2 2(2)如果弱酸的)如果弱酸的浓度不是太小浓度不是太小,弱酸的,弱酸的离解度比离解度比较小较小,即:即:c/Ka105,可近似认为,可近似认为HA等于总浓度等于总浓度c,H+=(cKa+Kw)1/2 离解度离解度与与弱酸弱酸c/Ka的关系的关系 HA =H+A-(1-)c c cKa=2c2/(1-)cc/Ka=(1-)/2(%)c/Ka9.5 1005.63004.45003.11000则:则:H+2=KaHA+Kw=cKa+Kw H+=(cKa+Kw)1/2(3)若弱酸的若弱酸的cKa10Kw,同时同时c/Ka105,忽略,忽略
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