大學(xué)化學(xué)酸堿平衡和 酸堿滴定PPT課件.ppt

1、酸堿平衡和 酸堿滴定,第5 章,Acid-base equilibrium and acid-base titration,Chapter 5,1.熟悉弱酸、弱堿水溶液的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡。 2.了解水溶液中酸堿各種組分的分布系數(shù)概念。 3.掌握各類酸、堿及緩沖溶液pH的計(jì)算方法。 4.了解各類離子與水的作用機(jī)理。,5. 了解酸堿指示劑的作用原理、變色點(diǎn)和變色范圍 等概念。,6. 掌握強(qiáng)酸（堿）滴定強(qiáng)堿（酸）或弱堿（酸）的 滴定曲線、滴定突躍大小及其影響因素、指示劑 的選擇原則。,7.了解滴定方式及應(yīng)用實(shí)例。,5.3 水解 Hydrolysis,5.1 弱酸、弱堿水溶液的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡 The tra

2、nsfer equilibrium of the proton in weak acid and base aqueous solution,5.2 計(jì)算溶液的H3O+濃度的精確式、近似 式和最簡(jiǎn)式 Exact formula,approximation formula and simplest formula of calculating c(H3O+) in solution,5.4 緩沖溶液 Buffer solution,5.5 酸堿滴定原理 Principle of acid-base titration,5.6 滴定方式和應(yīng)用實(shí)例 Titration methods and app

3、lication examples,5.1.1 一元弱酸和弱堿的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡 The transfer equilibrium of the proton of monobasic weak acid and base,5.1.2 二元弱酸和弱堿的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡 The transfer equilibrium of the proton of bibasic weak acid and base,5.1.1 一元弱酸和弱堿的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡,本章討論自始至終圍繞溶液中c(H3O+)和c(OH-)的計(jì)算方法進(jìn)行。,酸 堿 溶 液 c(H+) 的 計(jì) 算,c(H+)的精確表達(dá)式,近似式,最簡(jiǎn)式,酸堿平

4、衡(即質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡) 中酸離解出的質(zhì)子數(shù)等于堿得到的質(zhì)子數(shù)。,1. 質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡,(1) 先選零水準(zhǔn)(大量存在, 參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移的物質(zhì))。 (2) 將零水準(zhǔn)得質(zhì)子后的形式寫在等式的左邊,失質(zhì) 子后的形式寫在等式的右邊。 (3) 有關(guān)濃度項(xiàng)前乘上得失質(zhì)子數(shù)。,對(duì)醋酸水溶液：,質(zhì)子條件為 c( H3O+) = c(Ac-) +c(OH-),零水準(zhǔn)(Zero Level): H2O, HA,質(zhì)子轉(zhuǎn)移：,得失質(zhì)子數(shù)相等: c(H3O+) = c(A-) + c(OH-),水溶液中布朗斯特酸(HB)的平衡常數(shù)為：,當(dāng)HB的濃度不是很低而酸度又較弱時(shí)，則計(jì)算弱酸水溶液中氫離子濃度的公式：,2. 一元弱酸的質(zhì)

5、子轉(zhuǎn)移平衡,計(jì)算弱堿溶液中OH-離子濃度的公式：,3. 一元弱堿的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡,布朗斯特堿與水之間存在類似的平衡： B + H2O HB+ + OH-,Question 1,Solution,將題給條件代入式,乳酸(CH3CHOHCOOH，存在于酸奶之中)大量用于毛紡工業(yè)(染色)和鞣革工業(yè)(中和石灰), 其 =1.3710-4(25)，試計(jì)算0.10 moldm-3乳酸水溶液的pH。,Question 2,某弱堿B的摩爾質(zhì)量為125gmol-1，在25時(shí)取0.500g溶于50.00cm3水中，所得溶液的pH為11.30，試計(jì)算B的 。,Question 3,已知羥氨鹽的p 5.96，求羥氨的

6、。,5.1.2 二元弱酸的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡,1. 質(zhì)子轉(zhuǎn)移是分步進(jìn)行的 。如氫硫酸在水溶液中的平衡： H2S + H2O HS- + H3O+ = 1.3210-7 HS- + H2O S2- + H3O+ = 7.110-15,2. 一般情況下，各級(jí)離解常數(shù)之間的關(guān)系為： , 溶液中的H3O+主要來自第一步反應(yīng)；如果 ，計(jì)算c(H3O+)時(shí)可只考慮第一步離解即 按一元弱酸的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡處理。 3. 總反應(yīng)的離解常數(shù)等于各級(jí)離解常數(shù)之乘積。,Question 4,已知?dú)淞蛩岷望}酸的混合溶液中的c(H3O+)為0.30 moldm-3，而c(H2S)為0.10 moldm-3，試計(jì)算溶液中S2-的濃

7、度。,Solution,想一想，這個(gè)題能給我們什么啟示？,5.2 計(jì)算溶液的H3O+濃度的精確 式、近似式和最簡(jiǎn)式 Exact formula, approximation formula and simplest formula of calculating to c(H3O+) in solutions,1.分析濃度與平衡濃度,分析濃度(Analytical concentration)：一定體積溶液中含 某種物質(zhì)的量，包括已離解和未離解兩部分, 也稱 總濃度。 平衡濃度（Equilibrium concentration）：溶解到平衡時(shí) 溶液中存在的各組分的物質(zhì)的量濃度。,2.酸（堿）的

8、濃度與酸度（堿度）,酸的濃度指單位體積溶液中所含某種酸的物質(zhì)的量（mol），包括未解離的和已解離的酸的濃度。酸度是 指溶液中H+的濃度或活度，常用pH表示。,各型體的的平衡濃度在總濃度中占有的分?jǐn)?shù)叫做那個(gè)型體的分布系數(shù)(distribution coefficient，符號(hào)為)，顯然系統(tǒng)中各型體分配系數(shù)之和應(yīng)為1：,(HAc) + (Ac-) = 1,3. 分布系數(shù)（Distribution coefficient),（1）一元酸溶液 如HAc：HAc，Ac-,（2）二元酸溶液 如草酸： H2C2O4，,（3）多元酸溶液 例如 磷酸：,質(zhì)子條件和pH的計(jì)算, 選好質(zhì)子參考水準(zhǔn)。通常是原始的酸堿

9、組分及水。 寫出質(zhì)子參考水準(zhǔn)得到質(zhì)子后的產(chǎn)物和失去質(zhì)子后的產(chǎn) 物，即得到質(zhì)子條件。 在處理多元酸堿時(shí)應(yīng)注意濃度前的系數(shù)。 在質(zhì)子條件中不應(yīng)出現(xiàn)作為質(zhì)子參考水準(zhǔn)的物質(zhì),因?yàn)?這些物質(zhì)不管失去質(zhì)子或是接受質(zhì)子都不會(huì)生成它本身。,1. 精確式,由質(zhì)子條件知 c( H3O+) = c(Ac-) + c(OH-),即,整理得：,2. 近似式,實(shí)際上，經(jīng)整理這是一元二次方程的求根公式：,若 c(HB)/moldm-3 20 時(shí)，如果忽略 項(xiàng)，引入的誤差5。如果誤差允許達(dá)到5，則可進(jìn)行這種忽略。此時(shí),3. 最簡(jiǎn)式,若平衡溶液中的c(H3O+)遠(yuǎn)小于酸的起始濃度c0(HB)，即c0(HB)c(H3O+)c0(

10、HB)，則近似式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為:,類似的，對(duì)一元弱堿B可得到：,精確式:,近似式:,最簡(jiǎn)式:,Question 5,Solution,氯乙酸CH2ClCOOH的 為1.4010-3 .試計(jì)算c0(CH2ClCOOH)=0.10moldm-3時(shí)該酸水溶液的pH。,5.3 水解 Hydrolysis,5.3.2 鹽的水解 Hydrolysis of salt,5.3.3 水解常數(shù)和鹽溶液的pH Hydrolysis constant and pH of salt solution,5.3.1 離子與水的作用水解和水合,陰、陽離子與水的三種型體(H2O, H3O+和OH-) 之間的作用不外乎三種可能

11、性：,3. 生成水合離子。任何離子在水溶液中都發(fā)生水合，即 H2O分子以其偶極的一端在離子周圍取向。,1. 與H2O水反應(yīng)建立酸堿平衡并使溶液顯堿性, 例如： CN- + H2O HCN + OH-,2. 與H2O反應(yīng)建立酸堿平衡并使溶液顯酸性, 例如： NH4+ + H2O NH3 + H3O+,5.3.2 鹽的水解,鹽溶液中的水解和水合，實(shí)質(zhì)是離子與水的作用。,(1) 強(qiáng)酸和弱堿生成的鹽的水解,(2) 多元弱酸和強(qiáng)堿生成的鹽的水解,(3) 酸式鹽的水解,水溶液的酸堿性取決于哪一種傾向占優(yōu)勢(shì) ：, ,說明 給出質(zhì)子的傾向更強(qiáng)些，解離 大于水解， NaH2PO4溶液顯弱酸性, ,說明 結(jié)合質(zhì)子

12、的傾向更強(qiáng)些，解 離小于水解， Na2HPO4溶液顯弱堿性,(4) 弱酸和弱堿生成的鹽的水解,(5) 影響鹽水解的因素, 鹽及其水解產(chǎn)物的性質(zhì)，如 Al2S3, (NH4)2S 完全水解, 鹽的濃度： c鹽 , 水解度增大, 溶液的酸堿度,加入 HAc 或 NaOH，平衡向左移動(dòng)，水解度減小,5.3.3 水解常數(shù)和鹽溶液的pH,水解常數(shù)顯然就是離子酸的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡常數(shù) 或離子堿的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡常數(shù) 。陽離子NH4+的 和陰離子Ac-的 分別為:,Question 6,已知 (HCN)=6.210-10, 計(jì)算c(KCN)=0.10 moldm-3的溶液中OH-離子的濃度和溶液的pH。,Solut

13、ion,pOHlg(1.310-3)2.89 pH14.00pOH11.11 計(jì)算結(jié)果表明該鹽溶液顯堿性。,陰、陽離子同時(shí)發(fā)生水解時(shí)鹽溶液pH的計(jì)算,水解總反應(yīng)是下述三個(gè)反應(yīng)之和：,NH4+ + H2O H3O+ + NH3 Ac- + H2O HAc + OH- +) H3O+ + OH- 2 H2O NH4+ + Ac- NH3 + HAc,Question 7,Solution,即：c(HCN) = c(NH3) = 5.010-3 moldm-3,試計(jì)算NH4CN鹽溶液(c0=0.010 moldm-3)的pH。已知 =6.210-10 , =1.610-5。,5.4.1 緩沖溶液的概

14、念 5.4.2 緩沖溶液pH值的計(jì)算 5.4.3 緩沖溶液的選擇和配制原則,5.4 緩沖溶液 Buffer solution,50 mLHAcNaAc c(HAc) = c(NaAc) =0.10moldm-3 pH = 4.74,緩沖溶液的特性：向緩沖溶液中加入少量強(qiáng)酸或強(qiáng)堿或?qū)?溶液適當(dāng)稀釋，而溶液本身pH能保持相對(duì)穩(wěn)定,1. 緩沖溶液的概念,加入1滴(0.05ml) 1moldm-3 HCl,加入1 滴(0.05ml) 1moldm-3 NaOH,50 ml 純水 pH =7,pH = 4.75,pH = 3,pH = 11,pH = 4.73,3. 緩沖溶液pH的計(jì)算,(1) 混合溶液

15、中HAc和NaAc的濃度均為 0.10 moldm-3，試計(jì)算該溶液的pH。 (2) 于體積為1dm3的該溶液中加入0.005 mol NaOH (假定體積不變)，溶液的pH是多少? (3) 于1 dm3純水中加入0.005 mol NaOH(假定體積 不變)，溶液的pH是多少?,Question 8,Solution,（1）pHlg(1.810-5)lg(0.10/0.10) = 4.76,（2） pHlg(1.810-5)lg(0.095/0.105) = 4.80,（3）pH pOH = 14.00 + lg (0.005) = 11.70,有。但作為控制酸度的緩沖溶液，對(duì)計(jì)算結(jié)果要求不

16、十分精確，近似計(jì)算足矣。,對(duì)弱酸及其共軛堿組成的緩沖系統(tǒng)和弱堿及其共軛酸組成的緩沖系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)分別使用下列通式,Question 9,欲使甲酸(HCOOH)與甲酸鈉 (HCOONa)組成pH=3.80的緩沖溶液，c(HCOO-)與c(HCOOH)的比值應(yīng)是多少？(甲酸的 = 1.7710-4),Solution,pH=3.80 ， c(H3O+)1.610-4moldm-3,HCOOH + H2O HCOO- + H3O+,4. 緩沖溶液的緩沖容量,緩沖容量(Buffer capacity)指緩沖溶液的緩沖能力。不同緩沖溶液有其各自的緩沖范圍(Buffer range), 緩沖范圍是指能夠起

17、緩沖作用的pH區(qū)間。,對(duì)弱酸-共軛堿組成的有效緩沖溶液，c(酸)/c(共軛堿)的比值應(yīng)處于1/10和10/1之間：,同樣，對(duì)弱堿-共軛酸組成的有效緩沖溶液也有：,常用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液,Question 10,人體內(nèi)的血液是怎樣起到緩沖作用的?,Solution,腎和肺是支配 緩沖體系的兩個(gè)重要器官。緩沖作用涉及以下兩個(gè)重要平衡:,H+(aq) + H2CO3(aq) CO2(g) + H2O(l) HbH+ + O2 HbO2 + H+,人的血液呈微堿性, pH的正常值應(yīng)在7.357.45之間。 血液的緩沖作用主要是靠 體系完成的。正常血漿中 和H2CO3的濃度分別約為0.024 moldm-3和

18、0.0012 moldm-3。,5.5 酸堿滴定原理 Principle of acid- base titration,5.5.1 酸堿指示劑 Acid-base indicator,5.5.2 滴定曲線 Titration curve,滴定(Titration) ：將已知準(zhǔn)確濃 度的試劑溶液(標(biāo)準(zhǔn)溶液)通過滴 定管滴加到被測(cè)物質(zhì)的溶液中，使滴加的試劑與被測(cè)物質(zhì)按照化學(xué)計(jì)量關(guān)系定量反應(yīng)，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和用量計(jì)算被測(cè)物質(zhì)含量的一種方法。 滴定劑(titrant)：已知其準(zhǔn)確濃度的試劑溶液。 化學(xué)計(jì)量點(diǎn)(stoichiometric point)：加入的滴定劑與被滴定 物質(zhì)按照化學(xué)計(jì)量關(guān)

19、系完全反應(yīng)時(shí)的情況。 滴定終點(diǎn)(endpoint)：滴定時(shí)指示劑的變色點(diǎn) 。滴定終點(diǎn)與化學(xué)計(jì)量點(diǎn)往往不一致，會(huì)造成終點(diǎn)誤差。,滴定分析的特點(diǎn)和主要方法,方法： 1）酸堿滴定，沉淀滴定， 氧化-還原滴定 絡(luò)合滴定 2）非水滴定法：水以外的有機(jī)溶劑中進(jìn)行,特點(diǎn)： 簡(jiǎn)便、快速，適于常量分析 準(zhǔn)確度高 應(yīng)用廣泛,5.5.1 酸堿指示劑,1. 酸堿指示劑作用原理,甲基橙 ( Methyl Orange， MO),4.4黃 4.0橙 3.1紅,2. 酸堿指示劑的變色范圍,稱為指示劑的變色范圍， c(In-)c(HIn)時(shí)， , 稱為指示劑的理論變色點(diǎn)。,HIn + H2O In- + H3O+,3. 常用

20、酸堿指示劑和它們的變色范圍,4. 混合指示劑,混合指示劑往往較單一指示劑具有更窄的變色范圍, 變色更敏銳。,5.5.2 滴定曲線,1. 強(qiáng)堿(酸)滴定強(qiáng)酸(堿),滴定前：c(H3O+) = c(HCl) = 0.10 moldm-3 pH1.00,在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)之后 ：當(dāng)加入20.02 cm3 NaOH溶液時(shí)， c(OH-) = 5.010-5 moldm-3 pOH4.30 pH9.70,在化學(xué)計(jì)量點(diǎn) ：加入20.00 cm3 NaOH溶液時(shí) c(H3O+)/moldm-3 = c(OH-)/moldm-3 = = 1.010-7 pH = 7.00,加入NaOH 中和的 過量NaOH 體積/

21、ml 百分?jǐn)?shù) 體積/ml 0.00 0.00 1.0010-3 1.00 18.00 90.00 5.2610-3 2.28 19.80 99.00 5.0210-4 3.30 19.96 99.80 1.0010-4 4.00 19.98 99.90 5.0010-5 4.30 20.00 100.0 1.0010-7 7.00 20.02 100.1 0.02 2.0010-10 9.70 20.04 100.2 0.04 1.0010-10 10.00 20.20 101.0 0.20 2.0010-11 10.07 22.00 110.0 2.00 2.1010-12 11.70 44

22、.00 200.0 20.00 3.3310-13 12.5,用0.1000 moldm3 NaOH滴定20.00ml 0.1000 moldm3 HCl,c(H+)moldm-3,pH,滴定曲線,滴定突躍范圍與酸堿溶液濃度的關(guān)系,1 moldm-3,0.1 moldm-3,0.01 moldm-3,滴定劑和被測(cè)溶液的濃度越大, 滴定突躍范圍也越大。 突躍范圍分別為pH 3.3至10.7(pH = 7.4)、4.3至9.7(pH = 5.4)、5.3至8.70(pH=3.4)。,2. 強(qiáng)堿(酸)滴定弱酸(堿),NaOH c=0.10moldm3,HAc (20.00cm3) c=0.10moldm-3,出發(fā)點(diǎn)的pH就較 高(HAc是弱酸) 化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的pH 大于7 。 由于滴定突躍范 圍變小，強(qiáng)堿-強(qiáng) 酸滴定中使用的 某些指示劑(如甲 基橙和甲基紅)就 不再適用了。,Question 11,所有的酸溶液都能用強(qiáng)堿進(jìn)行滴定嗎?,Solution,不是。太弱的酸、特別是太弱 而濃度又低的酸溶液不能用強(qiáng) 堿滴定。 被滴定的酸越弱( 值越小), 突躍范圍越小。 很難找到一種變色區(qū)間落在突 躍范圍內(nèi)的酸堿指示劑。 一元酸能被強(qiáng)堿準(zhǔn)確滴定的判 據(jù)定為:c(HB)/moldm-3 10-8。,Question 12,對(duì)二元酸而言, 兩步解離出來的H3O是否都可被滴定？是否可被分步滴定