一.強酸堿的滴定
例:HNO3、HCl、NaOH、KOH、(CH3)4NOH之間的相互滴定,它們在溶液中是全部電離的,酸以H+ (H3O+)的形式存在,堿以O(shè)H-形式存在,滴定過程的基本反應(yīng)為:
H++ OH- ? H2O
現(xiàn)以0.1000mol/L NaOH 滴定 20.00ml 0.1000mol/LHCl為例討論。
1. 滴定過程中pH值的計算
(1)滴定前——0.1000mol/L HCl溶液
[H+]=cHCl= 0.1000mol/L, pH=1.0
(2)滴定開始至計量點前——HCl 剩余
(分別以VNOH 、VHCl表示加入NaOH溶液的總體積以及HCl溶液的總體積)
當(dāng)?shù)稳?span lang="EN-US">NaOH溶液19.98ml, 即當(dāng)其相對誤差為 -0.1% 時:
pH=4.30
(3)化學(xué)計量點時——溶液呈中性
[H+]=1.00′ 10-7mol/L pH=7.00
(4)化學(xué)計量點后——NaOH過量
當(dāng)?shù)稳?span lang="EN-US">20.02mol/L 的NaOH溶液,相對誤差為+0.1%時:
pOH=4.30, pH=9.70
如此逐一計算,以加入NaOH溶液的ml數(shù)對相應(yīng)的pH值作圖的滴定曲線。
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2. pH 突躍范圍及其影響因素
pH突躍范圍:化學(xué)計量點前后滴定由不足 0.1% 到過量0.1% 范圍內(nèi)溶液 pH 值的變化范圍
此范圍是選擇指示劑的依據(jù)。
影響突躍范圍大小的因素:酸的濃度(c)- ®(pH )突躍范圍-
3. 指示劑的選擇
0.1000mol/LNaOH滴定0.1000mol/LHCl:,甲基紅(甲基橙)
0.01000mol/LNaOH滴定0.01000MOl/LHCl:, 甲基紅
二.強堿滴定一元弱酸
1. 滴定過程中溶液pH值的計算
基本反應(yīng):OH- +HA?A- +H2O
現(xiàn)以 0.1000mol/LNaOH 滴定 20.00ml 0.1000mol/L HAc為例討論:
(1)滴定前:0.1000mol/L HAc 離解
c/Ka = 0.1000/1.8′10-5 > 500, cKa > 25Kw
pH=2.87
(2)滴定開始至計量點前
OH- + HAc ? Ac- +H2O
此時溶液為緩沖體系:
而:
已知:cHAc= cNaOH=0.1000 mol/L
當(dāng)?shù)稳?span lang="EN-US">19.98mL NaOH,即相對誤差為-0.1% 時
(3)化學(xué)計量點時:0.05mol/L Ac- 溶液的水解
CAc Kb>>25Kw
pOH=5.28, pH=8.72(此時溶液呈弱堿性)
(4)化學(xué)計量點后
過量的 NaOH抑制了Ac-的水解:
Ac- + H2O ? HAc +OH-
pH 決定于過量的NaOH濃度,當(dāng)?shù)稳?0.02mL NaOH溶液時,即 相對誤差為+0.1%時:
pOH=4.30, pH=9.70
按照上述方法可逐一計算出其它各點的pH 值,以加入NaOH溶液的ml數(shù)對相應(yīng)的pH值作圖的滴定曲線。
2. 滴定曲線的特點(與強酸堿比較)
(1)曲線起點高(3個pH單位): KHAc <KHCl
(2)突躍范圍小,且偏向堿性范圍內(nèi)(計量點的pH已在堿性區(qū))
3. 影響pH突躍范圍大小的因素
(1)酸的強度(K) 當(dāng)cHAc一定時,K 越大, pH 突躍范圍越大;
(2)酸的濃度(c) 當(dāng) K一定時,cHAc 越大, pH 突躍范圍越大。
[小結(jié)] :要使分析結(jié)果的相對誤差 £ ± 0.1%,要使人眼能借助指示劑來判斷終點,pH 突躍至少為 0.3 個單位。所以,只有當(dāng)弱酸的 cKa 3 1.0 ′ 10-8 才能滿足要求。因此通常以
c·Ka3 1.0 ′ 10-8 (47)
作為判斷弱酸能否被準(zhǔn)確滴定的界限。
三.強酸滴定一元弱堿
滴定過程 pH變化由大到小,滴定曲線形狀與強堿滴定弱酸時恰好相反。
化學(xué)計量點及pH突躍都在酸性范圍內(nèi)。
可被滴定的條件: cKb 3 1.0 ′ 10-8 (48)
例:HCl溶液滴定NH3
計量點 pH:5.28, pH 突躍:6.30—4.30,
指示劑:甲基紅
四.多元酸的滴定
1. 分步滴定
多元酸分步滴定的判斷規(guī)則(允許誤差 ±0.5%)
(1)若cKa 3 10-8 , 則這上等電離的 H+ 可被準(zhǔn)確滴定;
(2)若相鄰兩 Ka值之比 3 105倍以上,則滴定中兩個突躍可明顯分開。前上等電離的H+先被滴定,形成一個突躍,次上等電離的H+后被滴定,是否能產(chǎn)生突躍,則決定于cKa是否 310-8;
(3)若相鄰的兩個之比 <105,滴定時兩個突躍混在一起,只形成一個突躍(兩個H+一次被滴定)
例:用 NaOH(0.1000mol/L)滴定0.1000 mol/L H3PO4:
H3PO4 ? H+ +H2PO4- Ka1=7.6′10-3
H2PO4- ? H+ +HPO42- Ka2=6.3′10-8
HPO42- ? H+ +PO43- Ka2=4.4′10-13
cKa1 > 10-8 cKa2? 10-8 cKa3 < 10-8
Ka1 / Ka2 >105 Ka2 / Ka3 >105
H3PO4 **個先被滴定→H2PO4-,在**計量點形成**個突躍;H2PO4-后被滴定 →HPO42- 產(chǎn)生**個突躍。
2. 化學(xué)計量點時溶液值 pH的計算及指示劑的選擇
多元酸滴定過程中溶液的組成及滴定曲線比較復(fù)雜,通常是采用計算計量點時溶液 pH的值,然后在此附近選擇指示劑。
例:用0.1000mol/LNaOH 滴定 20.00ml 0.1000mol/LH3PO4
**計量點: H3PO4 +OH- ? H2PO4- +H2O
產(chǎn)物是H2PO4-,其為酸式鹽,c為0.05mol/L,
此時 c·Ka2 = 0.05 ′ 6.3 ′ 10-8 > 20 Kw,
c= 0.05 < 20 Ka1 = 20′ 7.6 ′ 10-3
pH=4.74
指示劑:
(1)溴酚蘭(3.0—4.6),終點pH為4.6,誤差在-0.35% 內(nèi)
(2)甲基橙(3.1—4.4),終點pH為4.4,誤差在-0.5% 內(nèi)
**計量點:H2PO4- ? H+ +HPO42-
產(chǎn)物是 HPO42- ,其為酸式鹽, c 為0.1000/3 mol/L,
此時 c·Ka3 = (0.1000/3) ′ 4.4 ′ 10-13 ? Kw,
c >20 Ka2 = 20 ′ 6.5 ′ 10-8
=2.2 ′ 10-10 ( mol/L)
pH=9.66
指示劑:(8.0—10),百里(9.4—10.6),誤差(TE) 約為 +0.3%
五.多元堿的滴定
多元堿一般是指多元酸與強堿作用生成的鹽,如:Na2CO3、Na2B2O7 等
例:用 0.1000mol/LHCl 溶液滴定 20.00ml 0.1000mol/L Na2CO3溶液
HCl + CO32- ?HCO3- +Cl- Kb1 = 1.8′ 10-4
HCl + HCO3- ?H2CO3 + Cl- Kb2 =2.4′10-8
c·Kb1 = 0.10 ′ 1.8 ′ 10-4 > 10-8,
c·Kb2 = 0.10 ′2.4 ′ 10-8 =2.4 ′ 10-9 ? 10-8
Kb1 /Kb2=1.8′10-4/2.4 ′10-8? 10-4
因此,**個突躍較短,TE % 約為 1%,通常需采用NaHCO3 溶液作參比液,或使用混合指示劑(變色敏銳)
**計量點:
pOH=5.68 pH=8.32(堿性范圍)
指示劑:(10—8.0),(TE>1%)甲基紅+百里酚蘭:8.4—8.2(紫—粉紅,TE ? 0.5%)
**計量點:產(chǎn)物為 CO2的飽和水溶液,約0.04mol/L的H2CO3
pH=3.89
指示劑:
(1)甲基橙(4.4—3.1),(2)甲基紅(6.2—4.4),
(3)溴甲酚綠+甲基橙(4.3)
由于Kb2不夠大,且溶液中 CO2 易過多,指示終點過早出現(xiàn),因此,接近終點時應(yīng)劇烈地?fù)u晃溶液,以加快H2CO3的分解,或加熱除去 CO2 ,冷卻后再滴定。