分析化学 滴定分析.
有关形式平衡浓度的总和
cHAC=[HAc ]+[Ac-] 滴定测得分析浓度
精确法
列出质子平衡方程 基于溶液平衡 列出有关[H+]浓度的方程式
近似法
或许很复杂 高次方程
合理忽略(误差5%以内,即20倍浓度) 进行简化!
质子条件式:得、失质子的物质量等衡 1.选择零水准;溶液中参与质子转移的物质; 2.以此为参照,分别列出得到质子后的产物和失去 质子后的产物. 3.列出等衡关系。 如:HAc: H2O, HAc
理论:pKa±1
pKHIn=3.4 pKHIn=9.1 pKHIn=5.0
甲基橙:pH = 3.1-4.4(红-黄) 酚酞: pH = 8-10(无-红)
甲基红:pH = 4.4 -6.2(红-黄)
变色范围越窄,越敏锐,越好!
指示剂选择:
变色范围部分或全部落在滴定突跃范围内。 原则 不宜过多 适量即可
滴定:强~强
1. 突跃:19.98~20.02ml(±0.1%误差) (1)起始: 〔H+〕=0.1 pH=1.00 强碱滴强酸; (2)计量点之前 CV 0.1 0.02 如: 19.98m l : [ H ] C HCl = =5.00105 mol/L V总 20 19.98
[ H ] K a1 K a 2 [OH ] K b1 K b 2
Ca [H ] K a Cb
[OH ] K b C
4.强酸、强碱:〔H+〕=Ca 〔OH-〕=Cb
常见情况的近似公式(注意使用条件)
一元强酸(碱):如HCl
[H+ ]=c
一元弱酸(碱) :如HAc
多元弱酸(碱) :如H3PO4
起始: 〔H +〕= K HAc C HAC 102.87 19.98m l : 缓冲溶液 [ H ] K HAc pH=2.87 n HAc V n Ac- V 0.1 0.02 =7.74 0.1 19.98 化学计量点: NaAc 〔OH-〕= K Ac- C Ac- pH=4.74 -lg n Ac- 1 1 0.1 20 pOH= (pK Ac--lg )= ( 14 4.74 -lg )=5.28 2 V 2 20 20 pH= 14 -pOH= 14 - 5.28 =8.72 0.1 0.02 20.02ml : 〔OH-〕=C OH -= =5 105 20 +20.02 pOH=4.30 pH= 14 4.3=9.70 滴定突跃: pH 9.7 7.7 2 C HAc =K HAc C Ac-
ET仅要求±1%时,多元酸分步常据此
只有一个pH突越
+ + 2 2个 个 H H 全反应了,仅 全反应了,仅11次突跃 次突跃
K a1
Ka2
很大, c0 K a1足够大
-2 K =5.9 × 10 a1 pKa1=1.1;pKa2 =4.0
草酸 草酸:
Ka2=6.4×10-5
水杨酸:
pKa1=2.9;pKa2=13.1
H+ + A- [ H ][ Ac ] Ka 共轭碱 [ HAc] 酸 = 质子 + 碱 NH4+ + OH- 共轭酸
NH3+H2O 碱
[ NH 4 ][OH ] Kb [ NH 3 ]
酸:凡是能给出质子(H+)的物质 如:H2SO4、 HAc、NH4+、H2PO4-
碱:凡是能接受质子(H+)的物质 如:NaOH、Ac-、NH3、H2PO4可以是阴、阳离子或中性分子 共轭酸碱对:因一个质子的得失而互相 转变的一对酸碱。
酸碱滴定分析
四大滴定
酸碱滴定: H++A-=HA 络合滴定:Mn++Y4-=MYn-4 沉淀滴定: Ag++Cl-=AgCl 氧化还原滴定: Ox+ne=Red 溶液平衡分析 设定滴定误差、滴定突跃、选择合适指示剂、滴 定终点
2.1.1 酸碱的质子理论
酸、碱定义: 酸 碱
OH得到质子H+ 电离理论: H+ 质子理论:给出质子H+ HA 酸
Ac-
dHAc
0.50
0.09 0.01
dAc
0.50
0.91 0.99
pKa
pKa+1 pKa+2
HAc
pKa+3 交点pH=pKa
0.001柠檬酸 0.999
滴定曲线
NaOH滴定HCl 终点颜色: 无色 微红色
pH
14 12 10 8 6 4 2 0 0 10 20 30
V /mL
强滴弱:NaOH滴HAc(pKa=4.74)
Kb1
Kb 2
二元酸碱 Ka1 Kb 2 Kw
Ka 2 Kb1 Kw
三元酸碱 Ka1 Kb3 Ka 2 Kb 2 Ka3 Kb1 Kw
2.1.3 pH计算
+ HAc H +Ac
溶液中2种存在形式
平衡浓度[ ]: 分析浓度:
-〕 [HAc ] 〔 Ac 达平衡时实际存在的浓度
[ H ][ Ac ] [ HAc][OH ] K a Kb [ H ][ OH ] Kw [ HAc] [ Ac ]
共轭酸碱对离解常数的关系
S H HS H H2S
S H HS H H2S
Ka2 Ka1
混合碱分析实例 cHCl (VPP
% Na 2 CO 3
V1>V2,故含Na2c CO3V 和NaOH M
HCl MO
Na 2 CO 3
m 1000 0.500012.00106.0 53.00 1.20010
100
应用实例
铵盐中的NH4+的Ka=10-9.26中,cK<10-9不能直滴
c 越大,突跃范围越大 Ka (Kb)越大,突跃范围越大
2.2 酸碱指示剂
指示剂一般是有机弱酸/碱 其共轭酸、碱颜色不同
变色原理
HIn H In
酸式色
碱式色
常用的有酚酞(PP)和甲基橙(MO)等
酚酞(Phenolphthalein, PP)1%酒精溶液
OH OH O OH
OHC OH COO-
H+
C COO-
酸式,无色
碱式,红色(醌式)
三苯甲烷类
无不 色是
醌 式
浓 碱
三苯甲烷类
甲基橙 (Methyl Orange, MO) 水溶液
HCl滴定NaOH 终点颜色: (CH3)2N 黄色 橙色 NaOH滴定HCl 终点颜色: N N 红色 橙色
+ (CH3)2 N
pH
14 12
SO-10 3
一般滴加 1~2d,否则色变反而不明显 原因
1Hale Waihona Puke 指示剂本身是弱酸弱碱,会消耗滴定剂
直接准确滴定一元弱酸(碱)的可行性判据
突跃要大,它由c求Ka决定,因此cKa为依据
pH
有明显pH突跃
指示剂的 变色范围
pH
无明显pH突跃
指示剂的 变色范围
ΔV <0.04mL
V
ΔV » 0.04mL
V
滴定条件:KaC≥ 10-8或KbC≥ 10-8 ET<±0.1%
8 6 4 2 0 0
H+ OH-
碱型,黄色(偶氮式)
N
10
NH
20
SO-3
30 V /mL
酸型,红色(醌式)
偶氮类
理论变色范围
HIn H In
[ H ][ In ] Ka [ HIn]
决定碱/酸式 比例
Ka [ In ] [ HIn] [ H ]
指示剂的颜色完全由溶液中的[H+]来决定。
H+
H2O HAc OHAc-
〔H+〕=〔Ac-〕+〔OH-〕
Na2CO3溶液:零水准
H+ H2CO3 HCO3-
H2O,CO3 2 -
H2O CO3 2 -
OH-
〔H+〕+ 〔HCO3-〕+2〔 H2CO3 〕 =〔OH-〕 pH计算(三个最简公式): [ H ] K aC 1. 一元弱酸及弱碱:(多元弱酸、碱) 2.两性物质: 3.缓冲溶液:
以0.1000
mol/L
2 3 2
pH=9.8
NaOH滴定H3PO4溶液。
多元酸的滴定
多元酸分步滴定的可行性判据
K a1
Ka 2
10 5,c0 K a1 10 8 ,c0 K a 2 10 8
ET可保±0.3%
K a1 Ka2 10 4,c0 K a1 10 9 ,c0 K a 2 10 9
4
思考:
出现一个滴定突越的条件? 混合碱分步滴定的条件?
混合酸碱滴定
混合碱的特定含义
特指由Na2CO3,NaHCO3,NaOH组成的混合碱 Na2CO3,NaHCO3 三种组成 Na2CO3 ,NaOH Na2CO3
滴定方式:
连续滴定,分步滴定
以HCl标准溶液滴定
用PP,MO指示终点
成分de判别
[H ]= cKa [H ]= cK a1 [H ]= Ka1Ka 2
cHA [H ]=Ka cA+
+
+
两性物质:如 H2 PO
4
+
缓冲溶液:如HAc-Ac-
标准缓冲溶液
邻苯二甲酸氢钾0.050 mol/L
KH2PO4 0.025 mol/L
标准pH值