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(2) 求出反应物之间的化学计量关系——摩尔比; (3) 列出有关公式,正确计算。

第五章 酸碱滴定法

一、水溶液中的酸碱平衡

1.酸碱的定义

酸:凡是能给出质子[H+]的物质 碱:凡是能接受质子的物质; 2.酸碱反应的实质

酸碱质子理论认为,酸碱反应的实质是质子转移。酸(HA)失去质子,变成它的共轭碱;碱获得质子,变成它的共轭酸,质子由酸转移给了碱。也就是说,酸碱反应是两个共轭酸碱对之间相互作用。 3. 剂的质子自递反应

只发生在溶剂分子间的质子转移反应称为溶剂的质子自递反应。反应的平衡常数,称为溶剂的质子自递常数,用KS表示。

水的质子自递常数又称为水的离子积常数,用KW表示: KW=[H3O+][OH-]=1.0×10-14 (KW 是温度的函数,25℃) pKw=pH+pOH=14 4.酸碱的强度

酸碱的强度表示酸或碱将质子传给溶剂或从溶剂夺取质子的能力。在水溶液中酸碱的强度用其电离平衡常数Ka、Kb来衡量。酸(碱)的电离常数越大,表示它的酸性(碱性)越强。 共轭酸碱对Ka和Kb的关系为:Ka×Kb =Kw pKa+pKb = pKw

二、溶液中酸碱组分的分布

1.酸的浓度和酸度

酸度:指溶液中H+离子的平衡浓度,常用pH表示。

酸的浓度: 也就是酸的分析浓度。指单位体积的溶液中含有某种酸的物质的量。括未解离的和已解离的酸的浓度, 用C表示。

2.酸碱的分布系数

分布系数(δ):溶液中的某种酸(碱)存在型体的平衡浓度占其总浓度的分数,称为分布系数,用δ表示。用δn表示电荷数为n的酸碱的分布系数。 (1)一元弱酸(HA)溶液中各种型体的分布 各型体的分布系数为:

?0?1?HA???C?0??1?1?A????C?A??Ka?HA???A?Ka??H?????HA???H???HA???A??Ka??H??

(2) 二元弱酸(H2A)溶液中各种型体的分布 各型体的分布系数为:

?0?1

?H??

?H??K ?H??K

K ?H??

?H??K ?H??K

?2?

?2

a1

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a1

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a1

Ka2

a1

Ka2Ka2

?2??

?H??K ?H??K

?2

?

a1

Ka1Ka2

a1

?0??1??2?1

3.酸度对酸碱型体分布的影响

在溶液中,某种酸(碱)的型体的平衡浓度,随溶液中H +浓度(酸度)的变化而变化。以溶液的pH为横坐标,分布系数δ为纵坐标,可以绘制出各种酸碱的δ—pH曲线。δ—pH曲线,可以直观地描述溶液的酸度对酸碱各种型体分布的影响。

图:一元弱酸溶液(以HAc为例)和二元酸(以草酸H2C2O4为例)δ—pH曲线

图:H3PO4的δ—pH曲线

三、酸碱溶液的pH 计算

1. 质子条件(proton balance equation,PBE)

酸碱反应达到平衡时,酸失去的质子数(质子的量) 等于碱得到的质子数(质子的量)。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。

(由质子条件,可以得到溶液中H+浓度与有关组分浓度的关系式,它是处理酸碱平衡有关计算问题的基本关系式, 是本章的核心,要求熟练掌握。)

根据溶液中得失质子的平衡关系列出质子条件式。常用零水准法列出质子条件式。

(1)选好零水准的选择:选择溶液中大量存在并参加质子转移的物质为“零水准”。也就是说,溶液中有关质子转移的一切反应,都以它们为参考(为基准)。 (2)根据质子转移数量相等的数量关系写出质子条件式。

写出质子参考水准得到质子后的产物和失去质子后的产物,将所有得质子的产物写在等式的一边,所有失去质子的物质写在等式的另一边,就得到质子条件式。 2.酸碱溶液的pH计算 步骤:

(1) 写出有关的PBE,代入由分布系数导出的各种型体的的平衡浓度表达公式,整理得到[H+]

计算的精确公式。

(2) 根据具体情况对精确式进行适当的简化,得到计算[H+]的近似式或最简式。

实际上精确式用的较少,而最简式用得最多。在解决实际问题时,一定要抓住主要矛盾,具体问题具体分析,

做到灵活运用,而不是生搬硬套。

简化时一般考虑以下三方面

(1) 略水的离解对[H+]的影响,删去计算式中的Kw项;

(2) 略酸碱自身的离解对平衡浓度的影响,用分析浓度代替平衡浓度;

(3) 在多元酸碱溶液中,通常一级电离最重要,即考虑能否将多元酸简化为一元酸进行计算。

四、酸碱指示剂

1.指示剂的变色原理

酸碱指示剂(acid-base indicater)是一些有机弱酸或弱碱。在水溶液有如下平衡: HIn ? H

+

+ In-

其酸式型体HIn与碱式型体In-具有不同的颜色。[In-]/[HIn]决定溶液的颜色。

比值[In-]/[HIn]是[H+]的函数。当[H+]改变时,[In-]/[HIn]也随之改变。也就是说,酸碱指示剂的颜色变化是由溶液pH值的变化引起的。当[In-]/[HIn]=1,即pH=pKin时称为指示剂的理论变色点。一般认为能够看到颜色变化的指示剂浓度比[In-]/[HIn]的范围是:10/1?1/10。也就是说,当溶液的pH由pKin -1变到pKin +1时,我们就能明显地看到指示剂由酸色变到碱色。所以pH= pKin±1叫指示剂的理论变色范围。

2.影响指示剂变色范围的因素:温度;指示剂的用量;离子强度和溶剂等因素 3.指示剂的选择原则:

(1) 指示剂的变色范围越窄越好。

(2) 指示剂的变色范围与滴定突跃范围有部分重合即可。 4.混合指示剂

在有的酸碱滴定类型中,pH突跃范围很窄,使用一般的指示剂不能判断终点。此时,常采用混合指示剂。混合指示剂利用颜色互补原理,使滴定终点颜色变化敏锐。

混合指示剂有两类:一类是在某种指示剂中加入一种惰性染料。另一类是由两种或两种以上的指示剂混合而成,也可使指示剂变色敏锐,易于辨别。

五、酸碱滴定的基本原理

1.滴定曲线

为了表征滴定反应过程的变化规律,通过实验或计算方法记录滴定过程中pH随标准溶液体积或反应完全程度变化图形,即可得到滴定曲线。