授课课时计划
碱:电解质离解时生成的阴离子全部是OH—。
如NaOH→Na++OH—特点:存在局限性,共轭体系、非水体系不适用。
例如,HCl(气) + NH3(气) = NH4Cl,NH3 + NH3 NH2—+ NH4+(二)酸碱质子理论
1923年,布朗斯特(J.N.Brφnsted)在酸碱电离理论的基础上,提出了酸碱质子理论。
酸碱质子理论认为:凡是能给出质子H+ 的物质是酸;凡是能接受质子的物质是碱。
当某种酸HA失去质子后形成酸根A—,它自然对质子具有一定的亲和力,故A—是碱。
由于一个质子的转移,HA与A—形成一对能互相转化的酸碱,称为共轭酸碱对,这种关系用下式表示:
HA H++A-
例如,HCl的共轭碱是Cl—,HAc的共轭碱是Ac—。
特点:共轭性;广泛性,酸碱可以是正负离子,也可以是中性分子,还可以是有机物。
如,HClO4 H+ + ClO4—分子
HSO4—H+ + SO42—负离子
NH4+H+ + NH3正离子
得出结论:
酸:HCl>HAc>NH4+>HS—碱:Cl—<Ac—<NH3<S2—
上述结论说明:酸越强其共轭碱越弱,碱越强其共轭酸越弱。
二、酸碱溶液pH的计算
酸碱滴定的过程,也就是溶液的pH不断变化的过程。
为揭示滴定过程中溶液pH的变化规律,首先学习几类典型酸碱溶液pH的计算方法。
(二)酸碱溶液pH的计算
计算几种酸溶液[H+] 的最简计算公式及使用条件
三、缓冲溶液
缓冲作用:能够抵抗外加少量强酸、强碱或稍加稀释,其自身pH不发生显著变化的性质,称为缓冲作用。
缓冲溶液:具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。
选择缓冲溶液需考虑的因素:见教材上P30
四、酸碱指示剂
(一)酸碱指示剂的作用原理
原理:利用酸碱指示剂颜色的突然变化来指示滴定终点。
酸碱指示剂一般是有机弱酸或弱碱。
当溶液的pH变化时,指示剂由于结构的改变而发生颜色的改变,失去质子由酸式转变为碱式,得到质子由碱式转化为酸式,它们的酸式及碱式具有不同的颜色。
因此,结构
上的变化将引起颜色的变化。
酚酞的变色范围大约为pH = 8.0~10.0,pH 约为8时酚酞呈现红色,但在浓碱液即pH 超过10.0,酚酞又呈现无色。
(二)指示剂HIn 的变色范围 HIn(酸型, 酸色)
In —(碱型, 碱色) + H +
[][][]
HIn In H -
a
+
=K
1、当 [In —] = [HIn] 时,有K a = [H +],pH = p K a ,溶液颜色是中间颜色(酸色和碱色的混合色)
2、当 [H +] 发生变化时,[In —] 和 [HIn] 比值发生变化,溶液颜色变化
若=+1a ]H [K ]HIn []In [-=101
,则[H +]1=10K a ,pH 1=p K a -1,能勉强认出碱色; 若=+2a ]H [K ]HIn []In [-=110,则[H +]2=10
1K a ,pH 2=p K a +1,能勉强认出酸色。
]HIn []In [-< 101 =101 =1 =110 >1
10
酸色 略带碱色 中间颜色 略带酸色 碱色 也就是说,即当溶液的pH 值由pH 1逐渐上升到pH 2时,溶液颜色由酸色逐渐变化碱色,指示剂变化范围2个的单位 pH=p K a ±1。
酸碱中间色就是人眼能看到指示剂颜色发生变化的范围,相应pH 范围称为指示剂
的变色范围。
结论:
➢指示剂的变化范围不是恰好位于pH值7左右,而是随各种指示剂常数值K a的不同而不同。
➢各种指示剂在变色范围内显示逐渐变化的过渡颜色。
➢各种指示剂变色范围值的幅度各不相同,但一般不大于两个pH 单位,也不于小一个pH单位。
表4-1几种常用的酸碱指示剂
(三)混合指示剂
混合指示剂有两类:
一类是由两种或两种以上的指示剂混合而成,利用颜色的互补作用,使指示剂变色范围变窄,变色更敏锐,有利于判断终点,减少终点误差,提高分析的准确度。
例如,溴甲酚绿(p K a = 4.9)和甲基红(p K a=5.2)两者按3∶1混合后,在pH<5.1的溶液中呈酒红色,而在pH>5.1的溶液中呈绿色,且变色非常敏锐。
另一类混合指示剂是在某种指示剂中加入另一种惰性染料组成。
例如,采用中性红与次甲基蓝混合而配制的指示剂,当配比为1∶1时,混合指示剂在pH =7.0时呈现蓝紫色,其酸色为蓝紫色,碱色为绿色,变色也很敏锐。
(四)指示剂的选择
1、定性选择酸性范围或碱性范围变色的指示剂
2、化学计量点pH与指示剂的选择
3、滴定突跃与指示剂的选择
五、一元酸碱的滴定
酸碱滴定过程中,随着滴定剂不断地加入到被滴定溶液中,溶液的pH不断地变化,根据滴定过程中溶液pH的变化规律,选择合适的指示剂,才能正确地指示滴定终点。
以0.1mol·L-1 NaOH滴定20ml 0.1mol·L-1 HCl为例来说明如何选择指示剂。
图4-1 NaOH滴定HCl的滴定曲线
从图4-1可看出在滴定开始时,曲线比较平坦,pH值升高十分缓慢,
水Na2CO3或硼砂(Na2B4O7·10H2O)等基准物质进行标定。
1、无水Na2CO3
此物质易吸收空气中的水分,故使用前应在180~200℃下干燥2~3h。
也可用NaHCO3在270~300℃下干燥1h,经烘干发生分解,转化为Na2CO3,然后放在干燥器中保存。
标定反应:Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2↑
设欲标定的盐酸浓度约为0.1 mol·L-1,欲使消耗盐酸体积20~30 mL,根据滴定反应可算出称取Na2CO3的质量应为0.11~0.16 g。
滴定时可采用甲基橙为指示剂,溶液由黄色变为橙色即为终点。
2、硼砂Na2B4O7·10H2O
此物质不易吸水,但易失水,因而要求保存在相对湿度为40%~60%的环境中,以确保其所含的结晶水数量与计算时所用的化学式相符。
实验室常采用在干燥器底部装入食盐和蔗糖的饱和水溶液的方法,使相对湿度维持在60%。
标定时,首先取一定质量的硼砂置于盛有甲基红指示剂的锥形瓶中,然后向锥形瓶内滴加HCl,边滴加边摇动锥形瓶,当溶液由黄色变为红色时,停止滴加HCl,从酸式滴定管上读出滴加的HCl的体积,根据硼砂和HCl的反应计量比,求出HCl的摩尔浓度。
除上述两种基准物质外,还有KHCO3、酒石酸氢钾等基准物质也可用于标定HCl溶液。
(二)碱标准溶液的配制和标定
NaOH是最常用的碱溶液。
固体NaOH具有很强的吸湿性,易吸收。