酸碱平衡和酸碱滴定法 ppt课件

第2章 酸碱平衡和酸碱滴定法 酸碱平衡研究内容 P30 研究手段：代数法 Date 物料平衡、电荷平衡和质子平衡 *质子平衡(Proton Balance): 溶液中酸失去质子的数目等于碱得到质子的数目 . 电荷平衡(Charge Balance): 溶液中正离子所带正电荷的总数等于负离子所带负 电荷的总数 (电中性原则) . 物料平衡(Material Balance): 各物种的平衡浓度之和等于其分析浓度. Date 1. 物料平衡方程（MBE） C(molL-1)HAc溶液的MBE HAc+Ac-=c C (molL-1)H3PO4溶液的MBE H3PO4+H2PO4-+HPO42-+PO43-=C C (molL-1)Na2SO3溶液的MBE Na+=2C SO32-+HSO3-+H2SO3=C Date 例题写出含有210-3molL-1Cu(NO3)2和0.2molL-1NH3的 混合溶液的物料平衡。 解： NO3-=2C=410-3molL-1 Cu2+Cu(NH3)2+Cu(NH3)22+Cu(NH3)32+ Cu(NH3)42+Cu(NH3)52+ =210-3mol L-1 NH3NH4+Cu(NH3)2+2Cu(NH3)22+3 Cu(NH3)32+4Cu(NH3)42+5 Cu(NH3)52+ =0.2mol L-1 Date 2. 电荷平衡方程（CBE） C(molL-1)NaCN溶液的CBE 正电荷负电荷 Na+H+ OH-+CN-= C(molL-1)CaCl2溶液的CBE 正电荷 2Ca2+H+ = 负电荷 OH-+Cl- 同一溶液中，阳离子所带正电荷总量等于阴离子所带负 电荷总量，据此列出的表达式称为CBE。考虑水的离解 Date 3. 质子平衡方程（PBE） 根据酸碱质子理论，酸碱反应中得质子物质得到 的质子总量等于失质子物质失去质子的总量。 据此列出的表达式称为质子平衡方程。 Date 参考基准法（零水准法）书写PBE 把所有得质子后的产物的浓度的和写在等式的一侧，所有 失质子后的产物的总浓度的和写在等式的另一侧。即为得 失质子数相等。 得质子产物写在基准的左侧，以其总浓度表示得质子总数 ；失质子产物写在基准的右侧，以其总浓度表示失质子总数 。 首先选择参考基准。选择溶液中与得失质子有关的组分作 为参考基准，其它组分与之相比，质子少了，就是失质子产 物；质子多了就是得质子产物。一般选择溶液的原始组分和 水为参考基准。 Date 例如，C molL-1的HCN溶液。 1.选择参考基准 H2O、 HCN 2.画出得失质子示意图 Date 参考基准 H2O HCN OH- H+ CN- 得质子 失质子 失质子 得质子总数 失质子总数 H+ OH-+CN- = =PBE Date + H+ 例如，C molL-1的Na2HPO4溶液。 参考基准 + H+ - H+ - H+ H2O HPO42- + 2H+ H+ H2PO4- H3PO4 OH- PO43- 2 PBEH+H2PO4-+2H3PO4= OH-+PO43 - Date 例：Na2NH4PO4水溶液 H+ + HPO42- + 2H2PO4- +3H3PO4= OH- +NH3 参考基准：H2O、NH4+、PO43- H2OH+OH- NH4+NH3 PO43- HPO42- 2H2PO4- 3H3PO4 H+ 2H+ 3H+ Date 练习 1. 写出下列溶液的PBE 0.20 molL-1 H3PO4 0.10 molL-1 H2SO4 0.10 molL-1 三乙醇胺(HOCH2CH2)3N H+=OH-+H2PO4-+2 HPO42-+3PO43- H+= OH-+HSO4-+2SO42- H+(HOCH2CH2)3NH+= OH- 510-8 molL-1 HCl H+-510-8= OH- Date 练习 2. 写出下列溶液的PBE 0.050 molL-1 NaAc 0.050 molL-1 NH4NO3 0.10 molL-1 NH4CN 0.050 molL-1 K2HPO4 0.050 molL-1 氨基乙酸 0.10 molL-1 Na2S H+HAc= OH- H+= OH-+NH3 H+HCN= OH-+NH3 H+H2PO4-+2H3PO4=OH-+PO43- H+NH3CH2COOH=OH-+NH3CH2COO- H+HS-+2H2S= OH- Date 补充练习题 写出下列溶液的PBE (1)NH4Cl (2) NH4 Ac (3) HAc +H3BO3 (4) HCOOH+H2SO4 (5) NaH2PO4+Na2HPO4 (6) NaNH4HPO4 Date (1)H+=NH3+OH- HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry (1)Ac-随pH的增大而增大,HAc随pH的增大而减小; Date 5.2.2 多元酸溶液(以草酸为例) C=H2C2O4+HC2O4-+C2O42- Date 草酸三种形体分布分数与pH的关系 Date 二元弱酸各形体分布分数的通式： Date 磷酸溶液中各形体的分布分数 C=H3PO4+H2PO4-+ HPO42-+PO43- Date 磷酸(H3A)的型体分布图 H3PO4 H2PO4- HPO42- PO43- 2.16 pKa 5.05 7.21 pKa 5.11 12.32 pKa1 pKa2 pKa3 1. 0 0. 5 0. 0 0 2 4 6 8 10 12 pH H3PO4 H2PO4-HPO4 2- PO43 - Date 三元弱酸各形体分布分数的通式： Date n元弱酸各形体分布分数的计算通式： Date 例题6 计算pH=5.00时，0.10molL-1草 酸溶液中C2O42-的浓度。 解根据公式 =0.86 C2O42- = 0.860.10 = 0.086molL-1 Date H2CO3的-pH图 1.0 0.5 0.0 0 2 4 6 8 10 12 pH H2CO3HCO3- CO32- H2CO3 HCO3- CO32- 6.38 pKa1 10.25 pKa2 pKa = 3.87 pH Date 酒石酸(H2A)的-pH图 H2A HA- A2- pKa1 pKa2 pKa= 1.33 pH 1.0 0.5 0.0 0 2 4 6 8 10 12 pH H2A HA- A2- 3.04 4.37 Date 5.3 溶液中H+浓度的计算 物料平衡 电荷平衡 *质子条件 化学平衡关系 H+的精确表达式 近似处理 近似式 进一步近似处理 最简式 Date 5.3.1 强酸或强碱溶液 强酸溶液：以C a molL-1的强酸HA为例 PBE： H+-Ca=OH- H+=Ca+OH- 精确式：H+2 - CaH+ Kw = 0 当强酸的浓度大于110-6mol/L时，可用 近似式：H+Ca； Date 强碱溶液：以Cb molL-1的强碱NaOH为例 PBE为： H+= OH- - Cb 精确式：OH-2 - CbOH- Kw = 0 当强碱的浓度大于110-6mol/L时，可用 近似式：OH-Cb ； Date HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry b. V2V1, V10; c. V1V2; d. V10；V20; e. V10, V20; NaOH+Na2CO3 Na2CO3 NaOH NaHCO3+Na2CO3 NaHCO3 Date Date 5.9.2 极弱酸（碱）的滴定 采用强化法，使极弱的酸(碱)转变为较强的 酸（碱）,从而可以直接用强碱(强酸)进行滴 定. (1) 络合法:例如，硼酸，Ka=5.810-10，不能用强碱 直接滴定。但是，如果加入大量甘油或甘露醇，由 于与硼酸形成稳定的络合物，增强硼酸的离解度， pKa=4.26。从而，可以用酚酞做指示剂，用强碱滴定 。 Date NaOH pKa=4.26 PP酚酞 Date (2)沉淀法：例如，磷酸的第三级离解常数 Ka3=4.410-13, 无法进行滴定，而只能滴 定前两级离解的H+。如果加入Ca2+，生 成Ca3(PO4)2,而将第三级的H+释放出来, 从而可以继续进行滴定. (3)氧化还原法: 例如,可以利用过氧化氢将 H2SO3氧化为H2SO4,然后进行滴定. (4)非水滴定 Date 2.9.3 铵盐中氮的测定 肥料、土壤、蛋白质及许多有机化合物都涉及 到含氮量的测定，常用的方法有： (1)蒸馏法：试样用浓硫酸消化，然后加NaOH ，将氨蒸馏出来，用硼酸吸收，最后用甲基 红+溴甲酚绿混合指示剂，用标准硫酸滴定至 灰色为终点。也可以用标准HCl或H2SO4吸收 ，过量的酸用标准碱滴定。 (2)甲醛法： 4NH4+6HCHO = (CH2)6N4H+ +3H+ +6H2O， 酚酞作指示剂,以NaOH标准溶液滴定. Date 甲醛中常含有甲酸，试样中 存在游离酸。 在实验前应将酸先中和除去 。 Date 在上述操作中如果将蒸馏出来的NH3导入饱和硼酸吸 收液中,可以直接用标准盐酸溶液滴定. 凯氏定氮法适用于蛋白质、胺类、酰胺类及尿素等 有机化合物中氮的测定 对于含有硝基、亚硝基或偶氮基等有机化合物,煮解 前必须用还原剂处理后,再按照上述方法进行煮解. Date 蒸馏法 NNH4+ NH3 用酸吸收 浓H2SO4 Cu