缓冲溶液H的计算ppt课件

4 5缓冲溶液pH的计算 HA A p57 先写出质子条件 HA ca H OH A cb H OH 代入平衡关系 得精确式 酸性 略去 OH 碱性 略去 H 若Ca OH H 或Cb H OH 则最简式 计算方法 1 先按最简式计算 H 2 再将 OH 或 H 与ca cb比较 看忽略是否合理 例 a 0 040mol L 1HAc 0 06mol L 1NaAc先按最简式 b 0 080mol L 1二氯乙酸 0 12mol L 1二氯乙酸钠先用最简式 mol L 1 ca H cb H 结果合理pH 4 94 应用近似式 解一元二次方程 H 10 1 65mol L 1 pH 1 65 4 5 2缓冲指数 bufferindex 物理意义 使1L溶液PH值增加或减小dpH单位时 所需强碱或强酸的量 强酸控制溶液pH时 强碱控制溶液pH时 弱酸控制溶液pH pH pKa 1 时 当Ca Cb 1 1时 pKa pH时 有极值 缓冲容量的大小与缓冲物质的总浓度以及组成此缓冲溶液的Ca Cb有关 总浓度愈大 一般为0 01 1mol L之间 Ca Cb应在1 10 10 1范围内 浓度愈接近1 1 缓冲容量愈大 4 5 4重要的缓冲溶液 标准缓冲溶液的pH是实验测定的 用于校准酸度计 常用标准缓冲溶液 缓冲溶液的选择原则 1 有较大的缓冲能力 c较大 0 01 1mol L 1 pH pKa即ca cb 1 1 4 5 6 8 10 HAc NaAc pKa 4 76 pH4 5 5 NH4Cl NH3 pKb 4 75 pH CH2 6N4 CH2 6N4H pKb 8 87 pH 2 不干扰测定 EDTA滴定Pb2 不用HAc Ac 常用缓冲溶液 缓冲溶液的配制方法 1 按比例加入HA和A NaAc HAc NH4Cl NH3 2 溶液中 H 大 加过量A 溶液中 OH 大 加过量HA 3 溶液中有HA 可加NaOH中和一部分 溶液中有A 可加HCl中和一部分 形成HA A 共轭体系 配制缓冲溶液的计量方法 方法1 确定引入酸or碱 1 按所需pH求ca cb pH0 pKa lg cb ca 2 按引入的酸 碱 量 ca及pH变化限度计算ca和cb 3 据ca cb及所需溶液体积配制溶液 方法2 确定引入酸or碱 1 分别计算pH0和pH1时的x HA x A 2 引入酸的量c HCl x HA c总 引入碱的量c NaOH x A c总 求出c总3 pH0时ca c总 x HA cb c总 x A 方法3 引入酸碱均适用 1 根据引入的酸 碱 量求2 根据所需pH求总浓度c 2 3c x0 x13 按x0与x1的比值配成总浓度为c的缓冲溶液 例 欲制备200mLpH 9 35的NH3 NH4Cl缓冲溶液 且使该溶液在加入1 0mmol的HCl或NaOH时 pH的改变不大于0 12单位 需用多少克NH4Cl和多少毫升1 0mol L氨水 pKb NH3 4 75 解 又 m NH4Cl cV M NH4Cl V NH3 cV c NH3 五 酸碱指示剂的变色原理及选择 1 酸碱指示剂 酸碱指示剂一般是有机弱酸或弱碱 当溶液中的pH值改变时 指示剂由于结构的改变而发生颜色的改变 以HIn表示弱酸型指示剂 其在溶液中的平衡移动过程 可以简单表示如下 HIn H2O H3O In KHIn In H HIn KHIn H In HIn 指示剂的颜色转变依赖于比值 In HIn In 代表碱式色 HIn 代表酸式色酸碱指示剂 一类有颜色的有机物质 随溶液pH的不同呈现不同颜色 颜色与结构相互关联 酚酞 三苯甲烷类 碱滴酸时用 变色范围 8 10 无色变红色 甲基橙 偶氮类结构 酸滴碱时用 变色范围 3 1 4 4 黄色变橙红色 甲基橙 三苯甲烷类 酸滴碱时用 变色范围 3 1 4 4 黄色变橙色 酚酞 偶氮类结构 碱滴酸时用 变色范围 8 10 无色变红色 变色原理 以HIn表示弱酸型指示剂 在溶液中的平衡移动过程 可以简单表示如下 HIn H2O H3 O In HIn H In KHIn H In HIn KHIn称指示剂常数 在一定温度下 它是个常数 将上式改写为 In HIn KHIn H 显然 指示剂颜色的转变依赖于 In 和 HIn 的比值 若将上式等号两边取对数 则 lg In HIn lgKHIn lg H pH pKHIn lg In HIn KHIn一定 指示剂颜色随溶液 H 浓度改变而变化 In HIn pH pKHIn 溶液的颜色是酸色和碱色的中间色 In HIn 1 10时 则pH1 pKHIn 1 酸色 勉强辨认出碱色 In HIn 10 1时 则pH2 pKHIn 1 碱色勉强辨认出酸色 指示剂的变色范围为 pH pKHIn 1 1 酸碱指示剂的变色范围取决于指示剂常数值KHIn2 各种指示剂在变色范围内显示出过渡色3 指示剂的变色间隔不会大于2个pH单位4 指示剂加入量影响 适当少些颜色明显 加的多 消耗滴定剂 pKHIn 2 混合指示剂为了使指示剂的变色范围变窄 在终点时颜色变化敏锐 可以采用混合指示剂 混合指示剂是利用颜色的互补作用 使变色范围变窄的 有两种配制方法 1 由两种或两种以上的指示剂混合而成 例如 溴甲酚绿 甲基红 在pH 5 1时 甲基红呈现的橙色和溴甲酚绿呈现的绿色 两者互为补色而呈现灰色 这时颜色发生突变 变色十分敏锐 2 在某种指示剂中加入一种惰性染料 六 酸碱滴定法的基本原理 滴定曲线的作用 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 滴定曲线的计算 一 一元酸碱滴定曲线的计算1 强碱滴定强酸例 0 1000mol L 1NaOH溶液滴20 00mL0 1000mol L 1HCl溶液 1 滴定前 未加入滴定剂 NaOH 时 0 1000mol L 1盐酸溶液 H 0 1000mol L 1 pH 1 00 2 滴定中 加入滴定剂体积为18 00mL时 H 0 1000 20 00 18 00 20 00 18 00 5 3 10 3mol L 1 pH 2 28加入滴定剂体积为19 98mL时 离化学计量点差约半滴 H 0 1000 20 00 19 98 20 00 19 98 5 0 10 5mol L 1 pH 4 30 3 化学计量点 加入滴定剂体积为 20 00mL 反应完全 溶液中 H 10 7mol L 1 pH 7 0 4 化学计量点后 加入滴定剂体积为20 02mL 过量约半滴 OH 0 1000 0 02 20 00 20 02 5 0 10 5mol L 1pOH 4 30 pH 14 4 30 9 70 讨论 强碱滴定强酸的滴定曲线 1 滴定前加入18mL 溶液pH变化仅 2 28 1 1 28 而化学计量点前后共0 04mL 约1滴 溶液pH变化为 9 70 4 30 5 40 突跃 2 指示剂变色点 滴定终点 与化学计量点并不一定相同 但相差不超过 0 02mL 相对误差不超过 0 1 符合滴定分析要求 3 滴定突跃随浓度增大而增大 当酸 碱浓度均增加10倍时 滴定突跃范围就增加2个pH单位 则选择指示剂范围更宽 2 强碱滴定弱酸例 0 1000mol L 1NaOH溶液滴定20 00mL0 1000mol L 1HAc溶液绘制滴定曲线时 通常用最简式来计算溶液的pH值 1 滴定开始前 一元弱酸 用最简式计算 与强酸相比 滴定开始点的pH抬高 2 化学计量点前开始滴定后 溶液即变为HAc ca NaAc cb 缓冲溶液 按缓冲溶液的pH进行计算 加入滴定剂体积19 98mL时 ca 0 02 0 1000 20 00 19 98 5 00 10 5mol Lcb 19 98 0 1000 20 00 19 98 5 00 10 2mol L H Ka ca cb 10 4 74 5 00 10 5 5 00 10 2 1 82 10 8溶液pH 7 74 3 化学计量点时 生成HAc的共轭碱NaAc 弱碱 其浓度为 cb 20 00 0 1000 20 00 20 00 5 00 10 2mol L 1此时溶液呈碱性 需要用pKb进行计算pKb 14 pKa 14 4 74 9 26 OH 2 cb Kb 5 00 10 2 10 9 26 5 24 10 6mol L 1pOH 5 28 pH 14 5 28 8 72 4 化学计量点后加入滴定剂体积20 02mL OH 0 1000 0 02 20 00 20 02 5 0 10 5mol L 1pOH 4 3pH 14 4 3 9 7滴加体积 0 19 98mL pH 7 74 2 87 4 87滴加体积 19 98 20 02mL pH 9 7 7 7 2滴定开始点pH抬高 滴定突跃范围变小 0 1000mol L 1NaOH滴定20 00mL0 1000mol L 1HCl 突跃 强碱滴定弱酸滴定曲线的讨论 1滴定前 弱酸在溶液中部分离解 溶液中 H 离子浓度较低 曲线开始点提高 2滴定开始时 溶液pH升高较快 这是由于中和生成的Ac 产生同离子效应 使HAc更难离解 H 降低较快 3继续滴加NaOH 溶液形成缓冲体系 曲线变化平缓 4 接近化学计量点时 溶液中剩余的HAc已很少 pH变化加快 5 化学计量点前后 产生pH突跃 与强酸相比 突跃变小 6 甲基橙指示剂不能用于弱酸滴定 7 随着弱酸的Ka变小 突跃变小 Ka在10 9左右 突跃消失 滴定条件 cKa 10 8 强碱滴定弱酸滴定曲线 一元酸碱滴定条件的讨论 cKa Kb 10 8从滴定曲线上可以看出 强碱滴定弱酸的突跃范围要短得多 pH 9 70 7 74 1 96 在碱性区域 可选用酚酞作指示剂 甲基橙指示剂不能用于弱酸滴定 影响pH突跃范围的因素是 酸碱的强度 即Ka或Kb的大小 Ka或Kb增大 则pH突跃增大 如果被滴定的酸更弱 例如H3BO3 Ka 10 9 则不出现pH突跃 对这类极弱酸 在水溶液中无法用酸碱指示剂来指示滴定终点 因此就不能直接滴定 一般说来 当弱酸溶液的浓度c和弱酸的离解常数Ka的乘积cKa 10 8时 滴定突跃有 0 3pH单位 人眼能够辨别出指示剂颜色的变化 滴定就可以直接进行 因此 cKa 10 8作为某种弱酸能否直接滴定的条件 判别式 cKb 10 8作为某种弱碱能否直接滴定的条件 判别式 极弱酸的共轭碱是较强的弱碱 例如苯酚 C6H5OH 其pKa 9 95 属极弱的酸 但是它的共轭碱苯酚钠 C6H5ONa 其pKb 4 05 是较强的弱碱 显然能满足cKb 10 8的要求 因此它可以用标准酸溶液直接滴定 同理 极弱碱的共轭酸是较强的弱酸 例如苯胺 C6H5NH2 其pKb 9 34 属极弱的碱 但是它的共轭酸盐酸苯胺 C6H5NH2H 其pKa 4 66 是较强的弱酸 显然能满足cKa 10 8的要求 因此它可以用标准碱溶液直接滴定 4 多元酸 混合酸 多元碱的滴定 A 多元酸的滴定例 NaOH滴定H3PO4 H3PO4为三元酸 其三级离解常数分别为 Ka1 10 2 12 Ka2 10 7 20 Ka3 10 12 36 用NaOH溶液滴定H3PO4溶液时 中和反应是分步进行的 即 H3PO4 NaOHNaH2PO4 H2ONaH2PO4 NaOHNa2HPO4 H2ONa2HPO4 NaOHNa3PO4 H2O 对多元酸要能准确滴定 又能分步滴定的条件 判别式 是 1 c0Ka1 10 8 c0为酸的初始浓度 2 Ka1 Ka2 104 4 多元酸 混合酸 多元碱的滴定 A 多元酸的滴定例 NaOH滴定H3PO4 H3PO4为三元酸 其三级离解常数分别为 Ka1 10 2 12 Ka2 10 7 20 Ka3 10 12 36 用NaOH溶液滴定H3PO4溶液时 中和反应是分步进行的 即 对多元酸要能准确滴定 又能分步滴定的条件 判别式 是 1 c0Ka1 10 8 c0为酸的初始浓度 2 Ka1 Ka2 104 此课件下载可自行编辑修改 供参考 感谢您的支持 我们努力做得更好