第5章 酸碱滴定法教案1(5)

2019-03-01 09:43

变色点pH取决于酸、碱式体浓度的比值,与CHIn无关

(二).温度的影响

T → KIn → 变色范围 注意:如加热,须冷却后滴定 例:甲基橙 180C 3.1~4.4

1000C 2.5~3.7

(三)中性电解质

盐类的存在对指示剂的影响有两个方面:

一是影响指示剂颜色的深度,这是由于盐类具有吸收不同波长光波的性质所引起的, 指示剂颜色深度的改变,势必影响指示剂变色的敏锐性;

二是影响指示剂的离解常数,从而使指示剂的变色范围发生移动。

(四)溶剂的影响

极性→介电常数→Kin → 变色范围

例如甲甚橙在水溶液中pKHIn=3.4。在甲醇中pKHIn=3.8。

(五)滴定次序

无色→有色,浅色→有色

例酸滴定碱 →选甲基橙 碱滴定酸 →选酚酞

单一指示剂,它们的变色范围一般都较宽,其中有些指示剂,例如甲基橙,变色过程中还有过渡颜色、不易于辨别颜色的变化。 四、混合指示剂

混合指示剂主要是利用颜色的互补作用而形成。混合指示剂通常有两种配制方法

1.一种是在某种指示剂中加入一种不随溶液H+浓度变化而改变颜色的“惰性染料”

pH值 甲基橙 靛蓝 混合后

≤3.1 红色 + 蓝色 紫色

=4.1 橙色 + 蓝色 浅灰色 ≥4.4 黄色 + 蓝色 绿色 2. 将两种或两种以上的指示剂混合配成

甲基红 溴甲酚绿 混合后

酸式色 红色 + 黄色 暗红色 中间色 橙色 + 绿色 灰色 碱式色 黄色 + 蓝色

5.7 酸碱滴定原理

既然酸碱指示剂只是在一定的pH范围内才发生颜色的变化,那么,为了在某一酸碱滴定中选择一种适宜的指示剂,就必须了解滴定过程中,尤其是化学计量点前后±0.1%相对误差范围内溶液pH值的变化情况。

下面分别讨论强酸(碱和一元弱酸(碱)的滴定及其指示剂的选择。 一、强碱(酸)滴定强酸(碱)

这一类型滴定的基本反应为:H++OH-=H2O 现以强碱(NaOH)滴定强酸(HCl)为例来讨论。

设HCl的浓度为Ca(0.1000 mol/L),体积为Va(20.00ml);NaOH的浓度

(0.1000 mol/L),滴定时加入的体积为Vb整个滴定过程可分为四个阶段来考虑: (1) 滴定前; (2) 滴定开始至计量点前; (3) 计量点时; (4) 计量点后。

一)滴定前 (Vb=0) [H+]= ca= 0.1000mol·L-1, pH=1.00 (二)滴定开始至计量点前(Va>Vb)

若 Vb=19.98ml (-0.1%相对误差)

[H+]=( Va-Vb)CaVa+Vb[H+]=5.00×10-5mol·L-1 , pH=4.30

(三)计量点时(Va=Vb) 产物是NaCl , H 2O pH=7.00

(四)计量点后(Vb>Va) 溶液的酸度决定于过量的NaOH的浓度

[OH-]=(Vb-Va)CbVa+Vb

若 Vb=20.02ml (+0.1%相对误差)

[OH-]=5.00×10-5mol·L-1 pH=9.70

以滴定分数为横坐标,对应的pH为纵坐标作图(见5-5图) 滴定的突跃范围

计量点前后± 0.1%相对误差范围内溶液pH值之变化

可选择酚酞和甲基红作指示剂。

如果用甲基橙作指示剂,只应滴至橙色(pH=4.0),若滴至红色(pH=3.1),将产生+0.2%以上的误差。

为消除这种误差,可进行指示剂校正,

即取40毫升0.05 mol·L- NaCl溶液,加入与滴定时相同量的甲基橙,再以0.1000 mol·L- HCl溶液滴定至溶液的颜色恰好与被滴定的溶液颜色相同为止,记下HCl的用量(称为校正值)。

滴定NaOH所消耗的HCl用量减去此校正值即HCl真正的用量。

滴定的突跃范围,随滴定剂和被滴定物浓度的改变而改变,指示剂的选择也应视具体情况而定。

二、强碱(酸)滴定一元弱酸(碱) 这一类型滴定的基本反应为:

OH-+HA=H2O+A- kt=ka/ kw

H+ + B = HB+ kt=kb/kw 现以NaOH滴定HAc为例来讨论。

ca=cb=0.1000 mol·L-1 Va=20.00ml (一)滴定过程中溶液的pH值变化

1、滴定前(Vb=0)按HAc来计算

pH=2.87与强酸相比,滴定开始点的pH抬高

[H]?cHAcKa??2.87?10?0.1000?10?4.74pH=pKa+lg[Ac][HAc]-2、滴定开始至计量点前(Va>Vb) 因NaOH的滴入溶液为缓冲体系,其pH值可按下式计算

求 [Ac-]及[HAc] 由 OH-+HAc=H2O+Ac-

[Ac]=-cbVbVa+Vb[HAc] =(caVa -cbVb )Va+Vb若Vb=19.98ml (-0.1%相对差) pH=7.74 3、计量点时

NaOH与HAc反应生成NaAc,即一元弱碱的溶液。[NaAc]=0.05000 mol·L-1 pH=8.72 4、计量点后

因NaOH滴入过量,抑制了Ac-的水解,溶液的酸度决定于过量的NaOH用量,其计算方法与强碱滴定强酸相同 。pH=9.70 强碱滴定醋酸滴定曲线(见5-7图) (二)NaOH—HAc滴定曲线的特点:

1.NaOH—HAc滴定曲线起点的pH值比NaOH—HCl滴定曲线高2个pH单位。这是因为HAc的强度较HCl弱的缘故。

2.滴定开始后至约10%HAc被滴定之前和90%以后,NaOH-HAc滴定曲线的斜率比NaOH-HCl的大。而在上述范围之间滴定曲线上升缓慢,这是因为滴定开始后有NaAc的生成,抑制了HAc的电离。

3.在计量点时,由于滴定产物的解离作用,溶液已呈碱性。pH=8.72。

4. NaOH—HAc滴定曲线的突跃范围(pH=7.72一9.70)较NaOH—HCl的小得多,这与反应的完全程度较低是一致的。而且在碱性范围内,所以只有酚酞、百里酚酞等指示剂,才可用于该滴定。而在酸性范围内变色的指示剂,如甲基橙和甲基红等已不能使用。 (三)影响突跃范围大小的因素 1、酸的浓度 2、酸的强度

从前面的曲线可知突跃范围的大小与浓度 和Ka值有关,突跃范围愈大,分析结果的相对误差越小实践证明,人眼借助指示剂准确判断终点,滴定的pH突跃必须在0.2单位以上。 在这个条件下,分析结果的相对误差<±0.1% 浓度和Ka值到底多大才能准确滴定呢? 三、直接准确滴定一元弱酸(碱)的可行性判据 滴定反应的完全程度是能否准确滴定的首要条件。当浓度一定,Ka值愈大,突跃范围愈大。 当浓度为0.1moL·L-1, Ka≤10-9时己无明显的突跃。cspKa≥10-8才能满足这一要求。 所以,cspKa≥10-8作为判断弱酸能否滴定的依据。

若Ka太小不满足此条件,可改变弱酸的Ka 1、改变溶剂(非水滴定)

2、弱酸强化(利用化学反应)

如H3BO3是极弱的酸,不能用强碱直接滴定, 但它与甘油生成络合酸,可使其酸强化。H3BO3的Ka=5.8×10-10 甘油硼酸Ka≈10-6。故可用碱标准溶液直接滴定。 铵盐,NH4+的Ka=5.6×10-10 ,利用甲醛与铵盐作用,释放出相当量的酸(质子化的六次甲基四胺和H+):

4NH4++6HCHO=(CH2)6N4H++3H++6H2O

(Ka′=7.1×l0-6) 然后以酚酞作指示剂,用NaOH标准溶液滴定

至溶液成微红色

四.多元酸碱分步滴定的可行性判据

存在问题:1.多元酸分步离解出来的H+是否均可被测定; 2.若均可被滴定,会形成几个明显的pH突跃? 3. 若有几个pH突跃,如何选择指示剂?

由一元弱酸准确滴定的条件,cspKa≥10-8可知

只要csp1Ka1≥10-8、csp2Ka2≥10-8、csp3Ka3≥10-8多元弱酸分步离解的H+均可测定, 反之均不能,或不能准确滴定。是分步滴定还是一次滴定呢?

决定于Ka1/Ka2比值,以及对准确度的要求。

一般说来,若|Et|≤0.3%,滴定突跃应不小于0.4个pH单位, 则要求Ka1/Ka2≥105才能满足分步滴定的要求。

1. csp1Ka1≥10-8, csp2Ka2≥10-8, Ka1/Ka2≥105则二元酸可分步滴定,即形成两个pH

突跃,可分别选择指示剂指示终点。

2. csp1Ka1≥10-8、csp2Ka2<10-8, Ka1/Ka2≥105第一级离解的H+可分步滴定,按第一个计量点的pH值选择指示剂.

3. cK≥10-8,cK≥10-8, K/K<105

sp1a1sp2a2a1a2不能分步滴定,只能按二元酸一次被滴定。

4. csp1Ka1≥10-8,csp2Ka2<10-8, Ka1/Ka2<105该二元酸不能被滴定。 五、多元酸的滴定

(一) 磷酸的滴定 用0.1000mol/LNaOH标准溶液滴定0.10mol/L H3PO4。 Ka1=7.6×10-3, Ka2=6.3×10-8 Ka3=4.4×10-13, csp1Ka1≥10-8 csp2Ka2=0.21×10-8 csp3Ka3 <10-8

[H]??Ka1Ka2?7.6?10?6.3?10-3-8?2.2?10?5第一计量点时,产物:NaH2PO4

pH=4. 66选择甲基橙作指示剂,并采用同浓度的NaH2PO4 溶液作参比。

第二计量点时:产物是Na2HPO4

[H]??Ka2Ka3PH?9.78选酚酞为指示剂

(二)有机酸的滴定 用0.1000mol/LNaOH标准溶液滴定0.10mol/L H2C2O4。 Ka1=5.9×10-3, Ka2=6.4×10-5。 按照多元酸一次被滴定,选用酚酞作指示剂,终点误差约为+0.1%。

(三)多元碱的滴定

多元碱用强酸滴时,情况与多元酸的滴定相似。例如用0.10mol·L-1HCl滴定

0. 10moL·L-1Na2CO3溶液

Csp1Kb1=0.050×1.8×10-4>10-8Csp2Kb2=0.10÷3×2.4×10-8=0.08×10-8

Kb1/Kb2≈104 第一级离解的OH-只能勉强滴定。


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