11 中國(guó)科技大學(xué) 化學(xué)分析授課教案 酸堿滴定第3講

1、1,Chapter 3 Acid-base titration Lecture 3,2,Section 5,Indicators for acid-base titration,3,一、指示劑的作用原理 Chromogenic mechanism of acid-base indicators 酸堿滴定過程-體系無顏色變化 確定滴定終點(diǎn)-依靠指示劑的顏色變化 酸堿指示劑-有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿 共扼酸堿對(duì)-結(jié)構(gòu)不同，顏色不同 （酸式結(jié)構(gòu)酸色、堿式結(jié)構(gòu)堿色） 理論變色點(diǎn)-體系pH值等于pKa (結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，各占50,4,二、指示劑的pH變色范圍 The pH range for color chang

2、e of indicators HIn在溶液中的離解平衡為： HIn H+ In- (酸式色) (堿式色,In-/HIn 10 堿色 In-/HIn 0.1 酸色 0.1In-/HIn 10 混合色，肉眼難分辨 變色范圍：pH=pKa1,5,甲基橙 Methyl Orange (MO,酸型和堿型具有不同的顏色 The acidic state and base state of indicator have different colors,6,甲基橙的x-pH圖,酚酞 Phenolphthalein (PP,OH,O,C,C,O,COO,COO,HO,OH,OH- H,pH10,甲基紅 Me

3、thyl Red (MR,N=N,N,CH3CH3,CH3CH3,N,NN,COO,COOH,H,OH- H,pH6.2 pKa=5.2 pH4.4,9,混合指示劑Mixed indicators： 甲基紅+溴甲酚綠,5.0-5.1-5.2 暗紅 灰 綠 用于Na2CO3標(biāo)定HCl時(shí)指示終點(diǎn) 由于顏色互補(bǔ)使變色區(qū)間變窄, 變色敏銳,10,MO MR PP,3.1 4.4,4.4 6.2,8.0 9.6,4.0 pT,5.0 pT=pKa,9.0,常用單一酸堿指示劑Common used simplex acid-base indicators,百里酚酞: 無色 9.4-10.0(淺藍(lán))-10.

4、6藍(lán),11,三、影響指示劑變色區(qū)間的因素Influence factor for color change range of indicators,1.指示劑用量: 宜少不宜多, 看清顏色即可 例如：50l00mL溶液加入2-3滴0.1moLL-酚酞，pH=9時(shí)出現(xiàn)紅色，而加入1015滴酚酞，則在pH8時(shí)出現(xiàn)紅色。 In-= In cHIn= cHinK Hin/( H+ K HIn) 2. 溫度: 影響pKa , 影響變色區(qū)間, 一般應(yīng)室溫條件下滴定 3. 鹽類: 離子強(qiáng)度影響pKa,12,Section 6,Acid-base titration analysis,13,指示劑選擇 Cho

5、ice of indicators: 計(jì)量點(diǎn)前后0.1相對(duì)誤差范圍內(nèi)溶液pH值之變化，稱為滴定的pH突躍范圍，簡(jiǎn)稱:突躍范圍。指示劑在突躍范圍內(nèi)變色可使滴定(終點(diǎn))誤差小于0.1,直接滴定 Direct titration： 指示劑在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前變色，誤差為 ；在化學(xué)計(jì)量點(diǎn)后變色，誤差為 。 返滴定 Back titration,滴定曲線 Titration curve： 溶液pH 隨滴定百分?jǐn)?shù)（T%）變化的曲線,誤差符號(hào)相反,14,一、強(qiáng)酸（強(qiáng)堿）的滴定Titration of strong acids (or bases,15,例：強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸Strong base titrated by

6、 strong acid 0.10molL-1 NaOH滴定20.00mL 0.10molL-1 HCl,0.1%時(shí):差半滴(0.02mL,pH=4.30,2. 滴定開始到sp前: H+=ca(未中和,1. 滴定前: H+=ca=0.1000molL-1 pH=1.00,16,3. sp時(shí): H+=OH- pH=7.00,4. sp后:OH-=c(NaOH)(過量,0.1%時(shí):多半滴(0.02mL,H+=2.010-10molL-1 pH=9.70 注意：在計(jì)量點(diǎn)前后考慮水解的影響時(shí)，要進(jìn)行 精確計(jì)算(HCl或NaOH濃度小于10-6mol/L時(shí),17,0.1000molL-1 NaOH滴定2

7、0.00mL 0.1000molL-1 HCl,突躍,18,強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿 強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸,0.10molL-1 NaOH 0.10molL-1 HCl,0.10molL-1 HCl 0.10molL-1 NaOH,PP 9.0 MR 6.2 MO 4.4,PP 8.0 MR 5.0,19,影響強(qiáng)酸（堿）滴定突躍范圍的因素,Influence factors of titration jump of strong acids (or bases,20,不同濃度的強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸的滴定曲線 Titration curves of different concentrations,NaOH HCl,濃度增

8、大10倍，突躍增加2個(gè)pH單位,21,二、一元弱酸(堿)的滴定,Titration of unitary weak acids or bases (Weak acid titrated by a strong base,22,Comparison of two weak acids (Ka,HAc=10-4.76, Ka,HA=10-7.00,0.1%:pH=pKa+3,23,滴定曲線 Titration curves,0.10molL-1 NaOH HAc 0.10molL-1,突躍處于弱堿性,只能選酚酞作指示劑,24,pH,NaOH滴定HAc (Different concentratio

9、ns,濃度增大10倍，突躍增加1個(gè)pH單位,25,影響弱酸（堿）滴定突躍范圍的因素 Influence factors of titration jump of weak acids (or bases,26,滴定突躍 HCl:4.3-9.7 HAc:7.7-9.7 HA:9.7-10.0,0.1molL-1NaOH滴定0.1molL-1 HA(Ka不同,Ka增大10倍，突躍增加一個(gè)pH單位,對(duì)于0.1molL-1 的HA, Ka10-7才能準(zhǔn)確滴定. 即cKa10-8,27,0.1molL-1 HCl,NH3 0.1molL-1 pKb=4.75,突躍處于弱酸性,選甲基紅或甲基橙作指示劑,強(qiáng)

10、酸滴定弱堿 Weak base titrated by strong acid,8.0,28,H+HA HA A- A-+OH,O NIII O NII O NI,MIII O MII O MI O,Ka=10-9 Kb=10-5,Ka=10-7 Kb=10-7,Ka=10-5 Kb=10-9,pH,總結(jié) 一元弱酸或弱堿及其與強(qiáng)酸或強(qiáng)堿混合物的滴定曲線 (0.1molL-1,滴定百分?jǐn)?shù),Q R S T,分別滴定： Ka=10-7 為界,混合酸,29,三、 多元酸、混合酸和多元 堿的滴定 Titration of polybasic acids, mixed acids or polyacidi

11、c bases,30,Extracted from internet,31,0.100molL-1NaOH滴定多元酸的滴定曲線,AH3PO4 B. H2C2O4 C. H2SO4,0,2,4,6,8,10,12,14,10,20,30,40,50,60,A B C,NaOH加入量,B和C A,pH,32,pH,0 100 200 300 400 (T,0.5%有時(shí)可更大些,0.5%有時(shí)可更大些,10.0 9.4,5.0 4.4,pKa lgKa 2.16 7.21 12.32,5.05,5.11,pHsp1= 4.7 pHsp2= 9.7,H3PO4 H2PO4- HPO42- PO43,H3

12、A+H2A,H2A-+HA2,HA2-+A3,A3-+NaOH,sp3 sp2 sp1,NaOH滴定0.1molL-1H3PO4,33,NaOH滴定H3PO4 時(shí)指示劑的選擇,pKa1(2.16) pKa2(7.21) pKa3(12.32) H3PO4 H2PO4- HPO42- PO43- pHsp1= 4.7 pHsp2= 9.7,百里酚酞至淺藍(lán) (pH=10.0,MO至黃 (4.4) (同濃度NaH2PO4參比,34,例1：分析某混合堿,稱取0.3419g試樣,溶于水后,以酚酞為指示劑時(shí),用0.1000mol/LHCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn),用去酸標(biāo)準(zhǔn)溶液23.10mL,再加甲基橙指示劑,

13、繼續(xù)滴定至終點(diǎn),又消耗酸溶液26.81mL.試計(jì)算試樣由何組份組成?各組份的百分含量為多少?(NaOH 40.01, Na2CO3 105.99, NaHCO3 84.01) 解:設(shè)用酚酞作指示劑時(shí),消耗HCl溶液為V1mL,用甲基橙為指示劑時(shí), 消耗HClV2mL V1 V2 樣品由NaHCO3和Na2CO3組成 Na2CO3% = 0.100023.10105.99 /(1000 0.3419 ) 100% = 71.61% NaHCO3% = 0.1000(26.81-23.10)84.01/1000/0.3419 100% = 9.12,酸堿滴定法結(jié)果計(jì)算示例 Examples of

14、calculations of Acid-base titration,35,例2：稱取Na2CO3和K2CO3的混合物0.1801g,溶解后以甲基橙為指示劑,用0.1000mol/LHCl標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,用去31.55mL.求樣品中Na2CO3和K2CO3的含量。(Na2CO3 105.99, K2CO3 138.21) 解:設(shè)樣品中含Na2CO3為xg,含K2CO3為yg. 根據(jù): Na2CO3+2HCl =2NaCl+H2O+CO2 K2CO3+2HCl = 2KCl +2H2O+CO2 有: x+y =0.1801 . 2(x/105.99 + y/138.21) = 0.100031.

15、5510-3. 聯(lián)立解得 x = 0.1248(g) y =0.0553(g) 即: Na2CO3% = (0.1248/0.1801)100% = 69.29% K2CO3% = (0.0553/0.1801)100% = 30.70,36,例3：有一試樣重3.00g,可能含有Na3PO412H2O,Na2HPO412H2O,NaH2PO4H2O中一種或這些化合物可能的混合物。用甲基橙為指示劑,以0.5000mol/LHCl溶液滴定時(shí)需14.00mL.同樣重量以酚酞為指示劑需用5.00mL 0.6000mol/LNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。試判斷試樣的組成并計(jì)算各組份的百分含量。(Na3PO412H2O 358.14; Na2HPO412H2O 358.14; NaH2PO4H2O 138.00 ) 解: 用酚酞為指示劑,NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,消耗NaOH溶液,說明樣品中有NaH2PO4;用甲基橙為指示劑,消耗一定的HCl標(biāo)準(zhǔn)