酸碱滴定曲线ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物,第五章 酸碱滴定法,1,概述,2,水溶液中的酸碱平衡,3,酸碱指示剂,4,酸碱滴定法的基本原理,5,滴定终点误差,6,应用与示例,第五章 酸碱滴定法1概述2水溶液中的酸碱平衡3,1,1 概述,酸碱滴定法（acid-base titration）,: 以质子传递反应为基础的滴定分析法，是滴定分析中最重要的方法之一。,应用的对象：一般酸、碱以及能与酸、碱直接或间接发生质子转移反应的物质,1 概述酸碱滴定法（acid-base titratio,2,2 水溶液中的酸碱平衡,一、酸碱质子理论,1. 酸碱定义和共轭酸碱对,凡能,给出质子,的物质是酸，如HCl、HAc、NH,4,+,、HPO,4,2-,等；凡能,接受质子,的物质是碱，如Cl,-,、Ac,-,、NH,3,、PO,4,3-,等。,酸失去质子后变成相应的共轭碱；而碱接受质子后变成相应的共轭酸。如下式表示：,酸 碱 质子,HA-A,-,称为共轭酸碱对,2 水溶液中的酸碱平衡一、酸碱质子理论,3,（二）酸碱反应的实质,酸碱反应的实质是质子的转移，而质子的转移是通过溶剂合质子来实现的。,溶剂合质子是H,+,在溶剂中的存在形式，若以H,2,O表示溶剂分子，HA代表酸，酸和溶剂作用生成溶剂合质子的过程可表示为：,HA +,H,2,O,H,3,O,+,+A,-,（二）酸碱反应的实质,4,例如，盐酸与氨在水溶液中的反应,HCl + H,2,O H,3,O,+,+Cl,-,NH,3,+ H,3,O,+,NH,4,+,+ H,2,O,总式 HCl + NH,3,NH,4,+,+ Cl,-,例如，盐酸与氨在水溶液中的反应,5,酸碱反应实际上是两个共轭酸碱对之间的质子的传递反应，其通式为：,其中,酸,1,与,碱,1,为共轭酸碱对；,酸,2,与,碱,2,为共轭酸碱对。,酸碱反应实际上是两个共轭酸碱对之间的质子的传递反应，,6,以下各类型的质子转移，均可看作是酸碱反应,酸的离解：,如 HAc+H,2,O H,3,O,+,+Ac,-,酸,1,碱,2,酸,2,碱,1,碱的离解：,如NH,3,+H,2,O OH,-,+NH,4,+,碱,1,酸,2,碱,2,酸,1,酸碱中和：,如 HCl+NH,3,NH,4,+,+Cl,-,酸,1,碱,2,酸,2,碱,1,盐的水解：,如 NaAc+H,2,O NaOH+HAc,碱,1,酸,2,碱,2,酸,1,以下各类型的质子转移，均可看作是酸碱反应,7,（三）溶剂的质子自递反应,溶剂的质子自递反应：在溶剂分子间发生的质子转移反应。反应式为：,H,2,O+H,2,O OH,+H,3,O,+,酸,1,碱,2,酸,2,碱,1,K,W,=C(,H,3,O,+,)C(,OH,-,)=,1.010,-14,25,即 pK,W,=pH +pOH=14,（三）溶剂的质子自递反应溶剂的质子自递反应：在溶剂分子间发生,8,（四）酸碱的强度,在水溶液中酸、碱的强度用其平衡常数K,a,、K,b,来衡量。 K,a,（ K,b,）值越大，酸（碱）越强。,HAc+H,2,O H,3,O,+,+Ac,-,K,a,=1.7510,-5,NH,4,+,+H,2,O H,3,O,+,+NH,3,K,a,=5.510,-10,HCl + H,2,O H,3,O,+,+Cl,-,K,a,=1.5510,6,三种酸的强度顺序是：HCl HAc NH,4,+,（四）酸碱的强度在水溶液中酸、碱的强度用其平衡常数Ka 、K,9,共轭酸碱对,的K,a,和K,b,的关系,以一元弱酸在水中的离解为,HA+H,2,O H,3,O,+,+A,HA的共轭碱A,-,在水溶液中的离解为,即,KaKb=Kw 或 pK,a,+ pK,b,= pK,w,共轭酸碱对的Ka和Kb的关系,10,可见酸的强度与其共轭碱的强度是反比关系。酸愈强（,pK,a,愈小,），其共轭碱愈弱（,pK,b,愈大,），反之亦然。,即,KaKb=Kw 或 pK,a,+ pK,b,= pK,w,=14,可见酸的强度与其共轭碱的强度是反比关系。酸愈强（ pKa愈小,11,多元酸在水中分级电离，其水溶液中存在着多个共轭酸碱对。,例如：三元酸H,3,A,A,3-,+H,2,O HA,2-,+OH,-,HA,2-,+ H,2,O H,2,A,-,+OH,-,H,2,A,-,+ H,2,O H,3,A +OH,-,多元酸在水中分级电离，其水溶液中存在着多个共,12,由此可见，多元酸H,n,A最强的共轭碱A,n-1,的离解常数K,b1,对应着最弱的共轭酸 HA,n-1,的K,an,；而最弱的碱H,n-1,A,-,的离解常数K,bn,对应着最强的共轭酸H,n,A 的K,a1,。,由此可见，多元酸HnA最强的共轭碱An-1 的离解常数Kb1,13,例1 计算HS,-,的K,b,值。,解：HS,-,为两性物质，这里指的是作为碱时的离解常数，由,HS,-,+ H,2,O H,2,S+OH,-,查得 H,2,S的K,a1,=5.110,-8,，则,例1 计算HS-的Kb值。,14,二、溶液中酸碱组分的分布,（一）酸的浓度和酸度,酸的浓度,：是指在一定体积溶液中含有某种酸溶质的量，即酸的分析浓度，包括已离解的酸,浓度和未离解酸的浓度，用c,酸,表示。,酸度,：溶液中的氢离子浓度c(H,+,)，当其值很小 时，常用pH表示。,二、溶液中酸碱组分的分布（一）酸的浓度和酸度,15,（二）酸碱的分布系数,分布系数：在弱酸（碱）溶液中各型体存在的,平衡浓度,与溶液的,分析浓度,的,比值,，称为分布系数，用表示。,（二）酸碱的分布系数,16,1.,一元弱酸溶液中各型体的分布系数,以HAc为例,HAc H,+,+Ac,-,1. 一元弱酸溶液中各型体的分布系数,17,一元弱碱的分布系数以NH,3,为例,NH,3,+H,2,O OH,+NH,4,+,一元弱碱的分布系数以NH3为例 NH3+H2O,18,多元弱酸溶液的分布系数,以二元弱酸H,2,A为例，推导：,多元弱酸溶液的分布系数以二元弱酸H2A为例，推导：,19,同理可得H,n,A弱酸与M(OH),n,弱碱溶液各型体的分布系数,同理可得HnA弱酸与M(OH)n弱碱溶液各型体的分布系数,20,（三）酸度对酸碱型体分布的影响,对于一定的酸（碱），分布系数是溶液酸度的函数。如果以pH值为横坐标，分布系数为纵坐标，可绘制各种酸碱的- pH曲线。,（三）酸度对酸碱型体分布的影响 对于一定的酸（碱,21,1.一元弱酸溶液 以HAc为例，其- pH曲线见,书,P,54,图5-1。,2.多元酸溶液 以草酸为例，其- pH曲线见书P,55,图5-2。,1.一元弱酸溶液 以HAc为例，其- pH曲线见书P5,22,三、酸碱溶液的pH计算,(一)质子条件式,质子条件式(proton balance equation)：酸碱反应达到平衡时，酸失去的质子数应等于碱得到的质子数。这种质子等衡关系称为质子条件，其数学表达式称为质子条件式。也叫质子平衡式。,质子条件可，也可通过质子平衡式得出。,（1）根据物料平衡和电荷平衡导出质子条件,如：,三、酸碱溶液的pH计算(一)质子条件式,23,该溶液的物料平衡式和电荷平衡式,解联立方程得：,该溶液的物料平衡式和电荷平衡式,24,（2）利用质子平衡导出质子条件：,其步聚是：,1、找出零水准：是选择溶液中大量存在并参加质子条件转移的物质为“零水准”（又称参考水准）。,2、然后根据质子转移数相等的数量关系写出质子条件式。,（2）利用质子平衡导出质子条件：,25,例如：以一元弱酸HA为例，选HA和H,2,O作为零水准，溶液中存在的反应有：,HA + H,2,O H,3,O,+,+A,-,H,2,O + H,2,O H,3,O,+,+OH,-,因此， H,3,O,+,为得质子产物， A,-,、 OH,-,为失质子产物，得失质子数应当相等，故质子条件式为：,c(H,3,O,+,) = c(A,-,)+ c(OH,-,),例如：以一元弱酸HA为例，选HA和H2O作为零水准，溶液中存,26,以H,2,CO,3,为例，写出其质子条件式。,选取H,2,CO,3,和H,2,O作为零水准物质,质子条件式为：,H,2,CO,3,=H,+,+HCO,3,-,HCO,3-,=H,+,+CO,3,2-,H,2,O=H,+,+OH,-,根据得失质子数相等的关系得,：,c(H,+,) = c(HCO,3,-,) +2 c(CO,3,2-,) +c(OH,-,),以H2CO3为例，写出其质子条件式。,27,例3 写出NaH,2,PO,4,液的质子条件式。,解：选H,2,PO,4,-,和H,2,O作为零水准物质。,C(H,+,) + c(H,3,PO,4,) =c(HPO,4,2-,) + 2c(PO,4,3-,) +c (OH,-,),例3 写出NaH2PO4液的质子条件式。,28,练习：写出下列物质的质子条件式。,(1)NH,4,CN (2)Na,2,CO,3,(3)(NH,4,),2,HPO,4,解： (1) c(H,+,) + c(HCN) =c (NH,3,)+ c(OH,-,),(2)c (H,+,) +c (HCO,3,-,) +2c(H,2,CO,3,)= c(OH,-,),(3)c(H,+,) + 2c(H,3,PO,4,) + c(H,2,PO,4,2-,) =c(PO,4,3-,) +c (OH,-,)+c(NH,3,),练习：写出下列物质的质子条件式。解： (1) c(H+) +,29,（二）一元酸碱溶液pH计算,一元酸(HA)溶液的质子条件式是：,c(H,+,) =c (A,-,) +c (OH,-,),设酸浓度为C,a,。,若HA为强酸,，则c(A,-,)的分布系数,A-,=1， c(A,-,) = C,a,，而c(OH,-,)=K,W,/c(H,+,)，代入质子条件式有：,（二）一元酸碱溶液pH计算一元酸(HA)溶液的质子条件式是：,30,解一元二次方程，得,一元强酸,精度计算式为,当C,a,20c(OH,-,)时，c(OH,-,) 项可忽略，则有,c(H,+,) = c(A,-,) = C,a,pH=-lgc(H,+,)=-lgC,a,同理，对强碱溶液，当C,b,20H,+,时,水的离解可忽略，则,pOH=-lgc(OH,-,)=-lgC,解一元二次方程，得一元强酸精度计算式为当Ca20c(OH-,31,一元弱酸溶液酸度计算,一元弱酸(HA)溶液的质子条件式是：,c(H,+,) =c (A,-,) +c (OH,-,),一元弱酸c(H,+,)的精确式为：,(1),一元弱酸溶液酸度计算一元弱酸(HA)溶液的质子条件式是：一元,32,当CK,a,20Kw,C/K,a,20Kw,C/Ka500时，忽略水的离解,33,若Ck,a,20Kw, C/K,a,500,则有c(HA)=C-c(H,+,)C,则c(H,+,)= （3）,此为考虑水的离解时计算一无弱酸H,+,浓度的,近似公式,。,质子条件式可写为：,若Cka20Kw, C/K,a,500 时可忽略水的离解,C(HA)= C-c(H,+,)C,c(H,+,)= （4）,此为计算的,最简式, CKa20Kw, C/Ka 500 时可忽略水的离解,35,一元弱碱溶液酸度计算,用处理一元酸相似的方法，可得相对应的一组公式：,CK,b,20Kw， 500时, CK,b,20K,w, C/K,a,=0.10/ 5.710,-10,500，故可按最简式计算：,例4 计算NH4Cl液（0.10mol/L ）的pH值。,38,例如 计算HAc液（0.010mol/L ）的pH值。,解：查表得K,a,=1.810,-5,由于CK,a,20K,w, C/K,a,=0.010/ 1.810,-5,500，故可按最简式计算：,例如 计算HAc液（0.010mol/L ）的pH值。由于,39,例如 计算1.010,-4,mol/L NaCN液的pH值。,解：CN,-,在水中的酸碱平衡为：,CN,-,+H,2,O HCN+OH,-,查表得K,a,=6.210,-10,，故K,b,=K,W,/ K,a,=1.610,-5,。,由于CK,b,20Kw，C/K,b,= 1.010,-4,/ 1.610,-5,500，故应采用近似式计算：,例如 计算1.010-4 mol/L NaCN液的pH值,40,练习：计算0.100mol/L NaAc液的pH值。,查表得：K,a,=1.810,-5,解：Ac,-,的水解反应： Ac,-,+H,2,O HAc+OH,-,K,b,=K,W,/ K,a,=5.710,-10,由于CK,b,20Kw，C/K,b,=0.010/ 5.710,-10,500，故可按最简式计算：,练习：计算0.100mol/L NaAc液的pH值。解：Ac,41,练习：计算0.10mol/L NH,3,液的pH值。,查表得：K,b,=1.810,-5,解：由于CK,b,20Kw，C/K,b,=0.010/ 1.810,-5,500，故可按最简式计算：,练习：计算0.10mol/L NH3液的pH值。解：由于CK,42,（三）多元弱酸、多元弱碱溶液酸度的计算,以二元弱酸(H,2,A)为例，其溶液的质子条件式是：,c(H,+,)=c(HA,-,) +2c(A,2-,) +c(OH,-,),设H,2,A的浓度为C,a,mol/L, 可求得c(HA,-,) 、 c(A,2-,) 的分布系数代入上式，就可得计算c(H,+,)的精确式：,（三）多元弱酸、多元弱碱溶液酸度的计算以二元弱酸(H2A)为,43,和对一元弱酸处理的方法相似,(1)如果CKa,1,20K,w, 500 ，则可用最简式计算 c,(H,+,)=,(2)如果CKa,1,20K,w, 500 ，则用近似式计算;,44,例：计算0.10mol/L H,3,PO,4,溶液的pH。,解：查表：Ka,1,=7.610,-3,Ka,2,=6.310,-8,Ka,3,=4.410,-13,知：,CKa,1,20K,w, C,/K,a1,V,NaOH,溶液pH取决于剩余HCl浓度C(H,+,)=C（HCl）,当V=19.98ml(误差-0.1%),pH=4.30,2. 计量点前VHClVNaOH,65,3. 计量点时， V（HCl）=V（NaOH）,此时溶液的H,+,主要来自水的离解,pH=7.00,3. 计量点时， V（HCl）=V（NaOH）,66,4. 计量点后V（HCl）V（NaOH）,溶液pH决定于过量NaOH浓度。,当V（NaOH）=20.02ml(误差+0.1%),pOH=4.30 pH=9.70,此滴定从多加一滴到少加一滴，变化从4.3到9.7。,称为滴定突跃范围,4. 计量点后V（HCl）10,-8,可被滴定，,CK,a,10,-8,不可滴定。,强碱滴定弱酸的突跃范围大小还与弱酸的强度有关。如下图所示：,78,影响强碱滴定弱酸的突跃区间的因素,（1）浓度,（2）酸的强弱,K,a,(K,b,),通常将 作为能否准确滴定弱酸的条件。,影响强碱滴定弱酸的突跃区间的因素,79,三、强酸滴定弱碱,滴定曲线特点,与强碱滴定弱酸相似,影响因素：浓度与,准确滴定条件,三、强酸滴定弱碱,80,例如 指出下述滴定哪些是可行的，设各物质浓度均为0.1mol/L。,(1)NaOH滴HCl; (2) NaOH滴HCOOH,(3) NaOH滴HAsO,2,(4) NaOH滴NH,4,Cl,(5)HCl滴NaAc (6) HCl滴NaCN,HCOOH: Pk,a,=3.74, HAc: Pk,a,=4.74,HAsO,2,: Pk,a,=9.22, HCN: Pk,a,=9.21,NH,3,: Pk,b,=4.74,可行的为,(1),(2),(6),例如 指出下述滴定哪些是可行的，设各物质浓度均为0.1mol,81,四、多元酸碱滴定,1. 多元酸的滴定,判断能否形成突跃及突跃数原则：,(1)若CKa,1,10,-8,，Ka,1,/Ka,2,10,4,；第一步离解的H,+,先被滴定，而第二步离解的H,+,不被同时作用，在第一化学计量点出现pH突跃；若CKa,2,10,-8,且Ka,2,/Ka,3,10,4,时，第二步离解的H,+,先被滴定，而第三步离解的H,+,不同时作用，在第二化学计量点出现pH突跃.能否出现第三个PH突跃,要根据CKa,3,10,-8,才可.,四、多元酸碱滴定,82,(2)若CKa,1,10,-8,，CKa,2,10,-8,且Ka,1,/Ka,2,10,4,则只有第一步离解的H,+,被滴定而形成一个突跃。,(3)若,CK,a1,10,-8,Ka,1,/Ka,2,10,4,，不能分开滴定,中和反应交叉进行，只有一个突跃。,(2)若CKa110-8，CKa210-8且Ka1/Ka,83,如H,3,PO,4,的滴定，Ka,1,、Ka,2,均大于10,-8,且,第一计量点： , pH=4.66，可用甲基红为指示剂。,第二计量点： ,pH=9.78，可用酚酞为指示剂。,如H3PO4的滴定，Ka1、Ka2均大于10-8,且,84,NaOH滴定H,3,PO,4,溶液的滴定曲线,NaOH滴定H3PO4溶液的滴定曲线,85,2. 多元碱的滴定,判断原则与多元酸类似,如Na,2,CO,3,的滴定，Kb,1,、Kb,2,均大于10,-8,，,第一计量点：,产物为 HCO,3,-,，此时，,可用酚酞为指示剂。,2. 多元碱的滴定,86,第二计量点,：产物为CO,2,饱和溶液，在常压下其浓度为0.04mol/L，,pH=3.89，可用甲基橙为指示剂。,第二计量点：产物为CO2饱和溶液，在常压下其浓度为0.04m,87,HCl滴定Na,2,CO,3,溶液的滴定曲线,HCl滴定Na2CO3溶液的滴定曲线,88,滴定误差(titration error)：是由于指示剂的变色点不正好在化学计量点（或前或后），从而使滴定终点与化学计量点不完全一致，由此所引起的相对误差。,这是一种系统误差，它不包括滴定过程中所引起的随机误差。,5 滴定终点误差,滴定误差(titration error)：是由于指示剂的变,89,(一)强酸强碱的滴定误差,以NaOH滴定HCl溶液为例，滴定终点误差应用终点时过量物质的量占应加入的物质的量的百分数表示，即,C,sp,V,sp,为化学计量点时被测酸的实际浓度和体积， V,np,为滴定终点时溶液的体积， V,np, V,sp,。,(一)强酸强碱的滴定误差Csp,Vsp为化学计量点时被测酸的,90,滴定过程中溶液的质子条件式：,C(NaOH)-C(HCl)= C(OH,-,)- C(H,+,),所以上式可写作：,滴定过程中溶液的质子条件式：,91,例：用0.1000mol/LNaOH滴定25.00ml0.1000 mol/L HCl，若用甲基橙为指示剂，滴至pH=4为终点，计算终点误差,。,解：已知C,sp,=0.05000mol/L, 终点溶液pH=4, C(H,+,)=10,-4,mol/L,例：用0.1000mol/LNaOH滴定25.00ml0.1,92,例：同上题，若以酚酞为指示剂，滴定至pH=9为终点，计算终点误差。,解：已知C,b,=0.05000mol/L, 终点溶液pH=9, H,+,=10,-9,mol/L，则OH,-,=10,-14,/10,-9,=10,-5,mol/L。,例：同上题，若以酚酞为指示剂，滴定至pH=9为终点，计算终点,93,(二)弱酸或弱碱的滴定误差,设以NaOH滴定弱酸HA，滴定终点溶液的质子条件式：,c(H,+,)+C(NaOH)=c(A,-,)+c(OH,-,)=C,HA,-c(HA)-c(OH,-,),C(NaOH)- C,HA,=c (OH,-,)- c(HA)- c(H,+,),(二)弱酸或弱碱的滴定误差设以NaOH滴定弱酸HA，滴定终点,94,由于强碱滴定弱酸化学计量点溶液呈碱性，故c(H,+,)可略去，又因为c(HA)/C,SP,=,HA,上式可简化为：,C,sp,=C,0,V,0,/V,ep, C,0, V,0,为被测物质的原始浓度和体积， V,ep,为计量点时溶液的体积。,由于强碱滴定弱酸化学计量点溶液呈碱性，故c(H+)可略去，又,95,例：用0.1000mol/LNaOH滴定0.1000mol/LHAc ，终点时较计量点时的pH值高0.5或低0.5，分别计算滴定的终点误差。,解：化学计量点时pH=8.73，如终点pH值高0.5，此时终点pH值为9.23，则c(H,+,)=5.910,-10,mol/L，c(OH,-,)=1.7 10,-5,mol/L，而C,SP,=0.1000/2=0.0500 mol/L，则,例：用0.1000mol/LNaOH滴定0.1000mol/,96,如终点时pH值较计量点低0.5，此时pH值为8.23，则c(H,+,)=5.910,-9,mol/L，c(OH,-,)=1.7 10,-6,mol/L，而C,SP,=0.1000/2=0.0500 mol/L，则,如终点时pH值较计量点低0.5，此时pH值为8.23，则c(,97,6,应用与示例,（一）酸标准溶液,间接法配制，即先配成,近似,浓度，后用,无水碳酸钠及硼砂,标定。,（二）碱标准溶液,间接法配制，一般用,二水草酸和邻苯二甲酸氢钾,标定。,一、酸碱标准溶液溶液的配置与标定,6应用与示例（一）酸标准溶液一、酸碱标准溶液溶液的配置与标,98,（一）直接滴定法,(1) 强酸强碱及 或 的弱酸弱碱，都可直接滴定。,(2),多元弱酸的 ，且 时可用碱标准溶液分步滴定。,二、应用与示例,（一）直接滴定法二、应用与示例,99,例1 乙酰水杨酸(阿司匹林)的测定,乙酰水杨酸(C,9,H,8,O,4,)是解热镇痛药，分子结构中含有羧基。,例2 药用氢氧化钠中NaOH和Na,2,CO,3,的测定,双指示法,例1 乙酰水杨酸(阿司匹林)的测定,100,样品S（含NaOH和Na,2,CO,3,）,加入酚酞指示剂，至褪色,NaOH完全被滴定，Na,2,CO,3,滴定至NaHCO,3,，消耗体积为V,1,加入甲基橙，至变色,NaHCO,3,完全滴定至CO,2,，用去HCl体积为V,2,则滴定Na,2,CO,3,消耗的HCl体积为,2V,2,，而NaOH消耗的HCl体积为,V,1,-V,2,，药品中NaOH和Na,2,CO,3,含量可用下式计算：,样品S（含NaOH和Na2CO3）,101,二、间接滴定,例1 蛋白质中总氮的测定,蛋白质 凯氏烧瓶中消化，有机物质中碳和氢被氧化成CO,2,和H,2,O，N转变成NH,4,SO,4,， 水蒸气蒸馏出NH,3,，用H,3,BO,3,溶液吸收，以溴甲酚绿和甲基红混合指示剂指示终点， 。,NH,3,+ H,3,BO,3,NH,2,H,2,BO,3,NH,2,H,2,BO,3,+ HCl NH,4,Cl + H,3,BO,3,W(蛋白质)=C(V-V,0,)14F/1000,二、间接滴定,102,作业：P83页,思考题：1、2、3、7、9,习题：1，3，4, 5、,6、7，9、10，14，15，,作业：P83页,103,