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1、2022/10/111第四章 酸堿滴定法第一節(jié) 溶液中的酸堿平衡第二節(jié) 酸堿溶液pH值的計(jì)算第三節(jié) 緩沖溶液第四節(jié) 酸堿指示劑第五節(jié)酸堿滴定曲線及指示劑選擇第六節(jié) 酸堿滴定應(yīng)用2022/10/112第一節(jié) 溶液中的酸堿平衡電離理論電子理論質(zhì)子理論酸堿的定義酸能電離出H+的物質(zhì)堿電離出OH-的物質(zhì)酸凡能接受電子的物質(zhì)堿凡能給出電子的物質(zhì)酸凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)堿凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)2022/10/113一、酸堿質(zhì)子理論1.酸堿定義:凡是能給出質(zhì)子的物質(zhì)是酸;凡是能接受質(zhì)子的物質(zhì)是堿。本章以此為依據(jù)進(jìn)行討論。 例如: HAc H+ + Ac- 酸 質(zhì)子 堿 HAc H+ + Ac-通式: HA H+ +
2、 A-2022/10/1142、共軛酸堿對(duì) : 因當(dāng)一種酸給出質(zhì)子后,剩下的酸根自然對(duì)質(zhì)子具有一種親和力,因而是一種堿。因此,酸堿是相互依存的關(guān)系稱為共軛關(guān)系 顯然,具有相對(duì)性 和廣泛性A + H+HA如:HCO3既為酸,也為堿 (兩性) 如:H2O 中性分子,既可為酸,也可為堿如:2022/10/115區(qū)分下列物質(zhì)是酸、堿還是兩性物質(zhì)?并指出共軛酸堿對(duì) HAc 、H2CO3、 H3PO4 、 NaAc 、 NaHCO3 、NaCO3 NaH2PO4 、 Na2HPO4 Na3PO4 、 (C2H5)2NH、 H2O酸堿半反應(yīng): 酸給出質(zhì)子和堿接受質(zhì)子的反應(yīng)NH4+ NH3 + H+HCO3-
3、 CO32- + H+H6Y2+ H5Y+ + H+酸堿半反應(yīng)3、酸堿半反應(yīng)2022/10/117 又如: NH3在水中的平衡 NH3(堿1)+H+ NH4+(酸1) H2O(酸2) H+OH-(堿2) 共軛 NH3 + H2O NH4+OH- 共軛2022/10/118二、酸堿反應(yīng)平衡常數(shù)與酸堿強(qiáng)度1 酸堿強(qiáng)度的表示方法(以水溶液為例) 酸的強(qiáng)度:取決于將質(zhì)子給于水分子的能力,通常可用酸在水中的酸反應(yīng)平衡常數(shù)(離解常數(shù)ka)來(lái)衡量,ka越大,酸性(酸的強(qiáng)度)越大,有時(shí)也用pka來(lái)表示,pka越小,酸性(酸的強(qiáng)度)越大。 HAc、H2S在水溶液中的強(qiáng)度。2022/10/11102 .水的質(zhì)子自
4、遞反應(yīng)(酸堿反應(yīng))及平衡常數(shù)水的兩性作用,一個(gè)水分子可以從另一個(gè)水分子中奪取質(zhì)子 共軛H2O(酸1) +H2O(堿2) H3O+(酸2) +OH-(堿1) 共軛僅在溶劑分子之間發(fā)生的 質(zhì)子傳遞作用,稱為溶劑的質(zhì)子自遞作用KW= H30+ OH-= H+ OH- =10-14(25C)2022/10/1111pKw是溫度的函數(shù)t 0C010202530405060pKw14.9614.5314.1614.0013.8313.5313.2613.02中性水的pH = 7.00?中性水的pH=pOHR.Kellner Analytical Chemistryp942022/10/11123.水溶液中
5、共軛酸堿強(qiáng)度之間的關(guān)系如: HAc 在水中發(fā)生解離反應(yīng) HAc+ H2O H3O+Ac- 其共軛堿Ac- 的離解Ac- +H2O HAc+OH-酸的解離常數(shù)堿的解離常數(shù)2022/10/1114計(jì)算HS-的pKb。已知H2SpKa1=7.24pKa2=14.92HS-+ H2O H2S+OH- pkb2pKa1+pKb2=pKwpKb2 = pKw- pKa1=14-7.24=6.762022/10/11153. 多元酸堿的離解反應(yīng)pKb1 = 14.00 pKa3 pKb2 = 14.00 pKa2pKb3 = 14.00 pKa1H3A H2A- HA2- A3- 2022/10/1117從
6、附表中查出下列物質(zhì)的pKa或pKb值,寫出相應(yīng)的酸堿型體,并比較酸堿強(qiáng)度(P347)H3BO3 C6H5COOH H2C2O4 C6H5NH3+pKa=9.24 pKa=4.21 pKa1=1.23 pKa2=4.19 pKb=9.34H2BO3-C6H5COO -HC2O4-C6H5NH2 H2C2O4C6H5COOHC6H5NH3+ H3BO32022/10/1118 4. 酸堿中和反應(yīng)(滴定反應(yīng)) : Kt滴定反應(yīng)常數(shù) H+ + OH- H2O H+ + A- HAOH- + HA H2O + A-2022/10/1119三、 溶液中酸堿組分不同型體的分布 1.平衡濃度 :在弱酸(堿)的
7、水溶液的平衡體系中,一種物質(zhì)可能以多種型體存在,存在形式的濃度稱為平衡濃度。 2.各型體平衡濃度之和稱為酸(堿)濃度,也稱為該物質(zhì)分析濃度。 3.酸度:溶液中H+的濃(活)度,用pH值表示。各種存在形成與H+或OH濃度有關(guān) 2022/10/1120四、酸度對(duì)溶液中酸堿組分分布的影響 1某一存在形式占總濃度的分?jǐn)?shù),稱為該形式的分布系數(shù)(摩爾分?jǐn)?shù)) 。用表示。 2一元弱酸的分布系數(shù)與其酸度關(guān)系例如HAc 同理: 2022/10/1121顯然,“” 將平衡濃度與分析濃度聯(lián)系起來(lái),由(1)式可以定性說(shuō)明H+, HAc;由(2)式可以定性說(shuō)明H+, Ac越大。 如果以pH值為橫坐標(biāo), HAc、 Ac為縱
8、坐標(biāo)作圖,可以得到HAc各組分的分布曲線圖。 2022/10/11222022/10/1124Ca2+C2O42-沉淀完全程度與何因素有關(guān)? 顯然與C2O42的濃度有關(guān),而C2O42的濃度又與H2C2O4的分析濃度與分布系數(shù)(實(shí)際是H)有關(guān)H H C2O42 - HC2O4H2C2O4CaC2O4 C2O42 - H2022/10/1125例:計(jì)算pH=4.00和8.00時(shí)的 (HAc)、 (Ac-)解: 已知HAc的Ka=1.7510-5pH = 8.00時(shí) x(HAc) = 5.710-4, x(Ac-) 1.0pH = 4.00時(shí)2022/10/11272、磷酸的pKa1 、pKa2、
9、pKa3分別為2.12、7.20、12.36,在pH=1.0的磷酸溶液中,磷酸的主要存在形體為:A.磷酸根 B.磷酸一氫根C.磷酸二氫根 D. 磷酸分子答案:D作業(yè):思考題4-1 P62, 5、6習(xí)題4-1 P63,2、3、42022/10/11284-2酸堿溶液pH值的計(jì)算一、質(zhì)子平衡式1、定義:按照酸堿質(zhì)子理論,酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移,則得質(zhì)子后的產(chǎn)物得到質(zhì)子的摩爾數(shù)與失去質(zhì)子后的產(chǎn)物失去質(zhì)子的摩爾數(shù)相等,按此列出的方程稱質(zhì)子平衡時(shí)或質(zhì)子條件式。2、作用:根據(jù)質(zhì)子條件式,可以進(jìn)行酸堿平衡的處理和H+的計(jì)算2022/10/1129(1)找出參考水準(zhǔn) reference proton le
10、vels, 或零水準(zhǔn), zero level of protons。參考水準(zhǔn)一般選擇參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移且大量存在的物質(zhì)。 (2)寫出質(zhì)子轉(zhuǎn)移式。(3)根據(jù)得失質(zhì)子的物質(zhì)的量相等的原則,寫出PBE。(質(zhì)子方程)就是先將參考水準(zhǔn)得到質(zhì)子后所形成的各組分列出,分別用濃度乘以得到的質(zhì)子數(shù),相加后寫在等號(hào)的一邊;再將參考水準(zhǔn)失去質(zhì)子后所形成的各組分分別列出,分別用其濃度乘以失去的質(zhì)子數(shù),相加寫在等號(hào)的另一邊,這樣就得出了質(zhì)子條件式。注意:對(duì)于共軛酸堿對(duì)組成的混合溶液,只能以其中一方作為參考水準(zhǔn),而另一方只能作為參考水準(zhǔn)失去質(zhì)子或得到質(zhì)子后的產(chǎn)物,用其平衡濃度減去其初始濃度。3、確定酸堿溶液質(zhì)子條件式的思路:2
11、022/10/1130ExampleH2O HAc 水溶液H3PO4水溶液Na2HPO4水溶液NH4Ac共軛體系 Cb mol/L NaAc與Ca mol/L HAc a mol/L HCl2022/10/1131(1) 純H2O參考水準(zhǔn):H2O 質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)式PBE 得 H3O+ 基準(zhǔn) H2O 失 OH-2022/10/1132(2) HAc 水溶液參考水準(zhǔn):H2O, HAc質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)式:PBE: H3O+ HAC H2O AC - OH -2022/10/1133(3) H3PO4水溶液參考水準(zhǔn)H2O, H3PO4質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)式PBE2022/10/1134(4) Na2HPO4水溶液2
12、022/10/1135列出PBE(5) NH4AcPBE:2022/10/1136(6) 共軛體系 Ca mol/L HAc 與Cb mol/L NaAc如果選H2O, HAc參考水準(zhǔn),則HAc由失去質(zhì)子而形成的A-濃度等于A-CNaA,于是PBEPBE如果選H2O, Ac-參考水準(zhǔn),則A-由得到質(zhì)子而形成的HA的濃度等于HA-CHA,于是(1)(2)式(1)和(2)這兩個(gè)質(zhì)子條件式雖然形式上不同,但實(shí)質(zhì)是相同的。因?yàn)?022/10/1137(7) a mol/L HCl PBE2022/10/1138列出PBE特點(diǎn)(1)零水準(zhǔn)不出現(xiàn)在PBE中;(2)只有參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移的型體才包含在PBE 中;
13、(3)等式左邊的物質(zhì)比參考水準(zhǔn)的質(zhì)子多,而且多幾個(gè)質(zhì)子, 相應(yīng)的系數(shù)為幾;等式右邊的物質(zhì)比參考水準(zhǔn)的質(zhì)子少,而且少幾個(gè)質(zhì)子, 相應(yīng)的系數(shù)為幾。Na2HPO42022/10/1139例3 c molL-1 Na2HPO4溶液 H3PO4 H2PO4- H+ HPO4 2- H2O PO4 3- OH PBE H+ H2PO4- 2 H3PO4=OH PO43-2022/10/1140三、各種體系H+濃度的計(jì)算強(qiáng)酸(堿)溶液一元弱酸(堿)溶液多元弱酸(堿)溶液兩性物質(zhì)混合酸堿溶液2022/10/1141各種體系酸堿溶液pH值的計(jì)算思路近似式H+的精確表達(dá)最簡(jiǎn)式化學(xué)平衡關(guān)系近似處理進(jìn)一步近似處理*質(zhì)
14、子條件這種近似處理也稱簡(jiǎn)化:1、忽略水的離解對(duì)H+的影響,刪去Kw項(xiàng);2、忽略酸堿自身離解對(duì)平衡濃度的影響,用分析濃度代替平衡濃度;3、多元酸堿通常一級(jí)離解最重要,簡(jiǎn)化為一元酸堿進(jìn)行計(jì)算注意:簡(jiǎn)化時(shí),所引入的條件就是利用近似式或最簡(jiǎn)式的使用條件 化學(xué)平衡關(guān)系:根據(jù)平衡關(guān)系把各濃度代入,使最終化為只含C(原始濃度)、H+、Ka、Kw等的精確式2022/10/11421.強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液pH計(jì)算濃度為Ca mol/L 的 HCl溶液 H+ HCl H2O Cl- OH - H+ = Ca OH = CaKW / H+ H+2 CaH+ KW = 0 計(jì)算H+精確式。討論(簡(jiǎn)化):(1)當(dāng)C 10-6
15、mol/L,忽略水的解離 H+= Ca若是強(qiáng)堿, 把H+換為OH , 即可。推導(dǎo)均不做要求。PBE2022/10/1143濃度為Camol/L 的 HA溶液PBE其中精確式討論簡(jiǎn)化近似式近似式最簡(jiǎn)式2. 一元弱酸(弱堿)溶液例題2022/10/1144幾種酸溶液計(jì)算H+的公式及使用條件(1) ( a)精確計(jì)算式 (b)近似計(jì)算式,應(yīng)用條件:Ca / Ka105(c)最簡(jiǎn)式,應(yīng)用條件: Ca / Ka105; cKa10Kw一元弱酸兩性物質(zhì) 最簡(jiǎn)式,應(yīng)用條件: Ca / Ka1105; Ca Ka210Kw2022/10/1145幾種酸溶液計(jì)算H+的公式及使用條件(2)(a)近似計(jì)算式,應(yīng)用條件
16、: Ca /Ka1 10Kw ;2 Ka2 / H+1(b)最簡(jiǎn)式,應(yīng)用條件: Ca / Ka1 105; Ca Ka1 10Kw 2 Ka2 / H+OH- H+ cb H+ OH- H+ = Ka c a / c b緩沖溶液2022/10/1146若是弱堿:質(zhì)子條件: H+ + HA = OH-引入平衡關(guān)系: OH- =精確表達(dá)式: 若: Kb cb 20Kw(10-12.7),忽略Kw(水的堿性)近似式: 若 0.05, (即Kb/cb 2.510-3)則 cb-OH-cb, (即A-cb)最簡(jiǎn)式:注意: 當(dāng)KaHA20 Kw, c / Ka500 時(shí),相對(duì)誤差2.2%; 當(dāng)KaHA10
17、 Kw , c / Ka105時(shí),相對(duì)誤差5% 。本教材使用條件為允許相對(duì)誤差5%,由以上一元弱酸弱堿的討論,可總結(jié)出幾種酸溶液計(jì)算H+的公式及適用條件。2022/10/1147例2 求0.1 mol/L 一氯乙酸 溶液的pH。 已知 Ka = 1.410-3。解例3 求1.010-4 mol/L HCN 溶液的pH。 已知 Ka = 6.210-10。解0.011 mol/L, pH=1.96例1 求0.10 mol/L HAc 溶液的pH。 已知 pKa = 4.76解例題2022/10/11484-3緩沖溶液1 緩沖溶液的定義、種類與機(jī)理2 緩沖溶液的pH計(jì)算3 緩沖容量及有效緩沖范圍4
18、 緩沖溶液的選擇5 標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液討論2022/10/1149一、 緩沖溶液的定義、種類與機(jī)理1、定義pH緩沖溶液,即酸堿緩沖溶液,就是一種能對(duì)溶液的酸度起穩(wěn)定(緩沖)作用的溶液。2、分類 按成分分類 1、濃度較大的弱酸(或弱堿)及其共軛酸堿對(duì)或兩性物質(zhì)組成。2、濃度較大的強(qiáng)酸(pH12) 。由Ca mol/L HB 和Cb mol/L B- 構(gòu)成的共軛酸堿平衡:H+OH-使pH穩(wěn)定在一個(gè)較窄的范圍。3、緩沖溶液的作用機(jī)制高濃度強(qiáng)酸強(qiáng)堿則是因?yàn)楸旧頋舛却髮?duì)少量的酸或堿的加入不敏感而達(dá)到穩(wěn)定pH 值的作用的。2022/10/1150二、 緩沖溶液的pH計(jì)算1、設(shè)初始濃度為Ca mol/L HB 和
19、Cb mol/L B- 構(gòu)成的緩沖溶液:參考水準(zhǔn):H2O, HBPBEPBE參考水準(zhǔn):H2O, B-精確式簡(jiǎn)化1.pH 8最簡(jiǎn)式2022/10/1151P38:例2已知:pH=10.00 V=1L NH4+=1.0mol/L =0.88g/mL WNH3=28% Kb=1.810-5求:VNH3VNH3=3.8102mLCNH3CNH4+解:PH=pKa+lg2、兩性物質(zhì)體系,pH=1/2(pK a+ pK a)2022/10/1152計(jì)算下列各題:1. 20g六甲基四胺,加濃HCI(按12mol/L計(jì))4.0mL,稀釋至100mL,溶液的pH值是多少?(CH2)6N4+H+= (CH2)6N
20、4 H+Kb=1.4 10-9C (CH2)6N4 H+=CHCI=124.0/100=0.48 mol/LC (CH2)6N4=(20/M)/(100 10-3)-0.48=0.95 mol/L2022/10/11532. 欲使100mL0.10mol/LHCI溶液的pH從1.00增加至4.44,需加入固體NaAc多少克?解:設(shè)需加入NaAc xmolX=0.15mol/LmNaAc=CVMNaAc=0.15100 10-3 82.03=1.23g2022/10/1154由HBB-配成緩沖溶液,其中HB的濃度為0.25mol/L,于此 100ml緩沖溶液中加入200mgNaOH(忽略體積的變
21、化)所得溶液的pH 為5.60,問(wèn)原來(lái)所配緩沖溶液的pH為多少?(HBKa=5.010-6,MNaOH=40.00)解:HB+NaOH=H2O+NaBCb=0.35mol/L2022/10/1155解:首先進(jìn)行體系分析,0.10 mol/L NH4HF20.10 mol/L NH4F + 0.10 mol/L HF體系中的酸 NH4+,HF;體系中的堿:F-構(gòu)成緩沖體系對(duì)緩沖體系 ,若共軛酸堿對(duì)的濃度相差不大,pH pKa ,可由此估計(jì)H+和OH-,并依此判斷該用近似式、最簡(jiǎn)式或精確式。例題 求0.10 mol/L NH4HF2 溶液的pH。什么情況下可用最簡(jiǎn)式?2022/10/1156三、
22、緩沖容量與有效緩沖范圍1、緩沖容量:一升緩沖溶液的pH 值增加一個(gè)單位所需要加入強(qiáng)堿物質(zhì)的量,或使溶液的pH 值減少一個(gè)單位所需加入強(qiáng)酸物質(zhì)的量。OH-pHH+pH式中a與b分別代表加入的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的濃度。緩沖容量是溶液的一個(gè)狀態(tài)參數(shù),當(dāng)溶液的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),緩沖容量也發(fā)生變化。2022/10/11572影響緩沖容量的因素:(1)緩沖劑的濃度 濃度越大,緩沖容量越大,濃度一般在0.011mol/L;(2)緩沖組分的濃度比11時(shí),緩沖容量最大2022/10/1158設(shè)一緩沖體系(HANaA)由cHAmol/L HA 和 cA mol/L 的NaA構(gòu)成,總濃度c= cHA + cA。若以HA和H2
23、O為參考水準(zhǔn):PBE:若在該體系加入強(qiáng)堿,并使強(qiáng)堿的濃度為b,PBE:推導(dǎo)過(guò)程例如:2022/10/1159推導(dǎo)過(guò)程PBE:2022/10/1160影響緩沖容量的因素的討論(2)C即濃度11時(shí)2022/10/11613、有效緩沖范圍:pKa 12022/10/1162有效緩沖范圍1)HF-F-,pKa = 3.17緩沖體系2.17 4.172)HAc-Ac-, pKa = 4.763.76 5.763)H2PO4-HPO42-,pKa2 = 7.216.21 8.214)Na2B4O7, pKa = 9.188.18 10.185)NH3-NH4+, pKa = 9.258.25 10.252
24、022/10/11633-12022/10/11641.據(jù)所需的pH值,選與其相近的pKa緩沖液,或至少pH在pKa12.較大緩沖能力,濃度較大3.對(duì)分析過(guò)程無(wú)干擾例:欲配制pH3的緩沖溶液,應(yīng)選擇下列何種酸及其共軛堿?二氯乙酸、甲酸、一氯乙酸、醋酸一氯乙酸, pKa=2.86 CH3ClCOOHCH3ClCOONa標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液是用來(lái)校準(zhǔn)pH計(jì)用的,它的pH值是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確測(cè)定的。如果要用計(jì)算來(lái)求得 某種標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的pH,必須校準(zhǔn)離子強(qiáng)度的影響五、標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液四、 緩沖溶液的選擇2022/10/11653-12022/10/1166練習(xí)題1、pH=1.0和pH=3.0的兩種強(qiáng)電解質(zhì)溶液等體積
25、混合后,溶液的pH值是A.1.0 B.1.5 C.2.0 D.1.3答案: D2、某一250mL溶液中.含有2.510-8 molL-1 HCl,此溶液pH值是A.7.60 B.7.20 C.7.00 D.6.80答案: D2022/10/11673、欲配制pH=9.0的緩沖溶液,應(yīng)選用A. 甲酸 (pKa =3.74)及其鹽 B. HAc(pKa = 4.74)Ac-C. NH3(pKb = 4.74) NH4+D. 羥氨NH2OH(pKb = 8.04)NH2OH2+答案: C4、NH4Ac水溶液的質(zhì)子條件是H+=NH3 OH- HAc2022/10/11685、濃度為c molL-1 N
26、a2H2Y 2-溶液的質(zhì)子條件是A. H+ = OH- HY3- Y4- H3Y- H4Y H5Y+H6Y 2+B. H+ = OH- HY3- H3Y- H4Y H5Y+ H6Y 2+ Y 4-C. H+ = OH- HY3- 2Y4- H3Y- 2H4Y 3H5Y+ 4H6Y2+D. H+ = OH- c答案: C2022/10/11694.4 酸堿指示劑一、酸堿指示劑的作用原理及變色范圍二、影響指示劑變色范圍的各種因素三、混合指示劑2022/10/11704.4 酸堿指示劑一、酸堿指示劑的變色原理2. 常用酸堿指示劑的變色原理酸式體 堿式體 或堿式體 酸式體 下面看甲基橙和酚酞例子見插圖
27、1. 指示劑的特點(diǎn) a弱的有機(jī)酸堿 b酸式體和堿式體顏色明顯不同指示終點(diǎn) c溶液pH變化指示劑結(jié)構(gòu)改變指示終點(diǎn)變化2022/10/1171甲基橙酚酞COHOHCOO-HOOH-H+pKa = 9.1CCOO-OO-紅色 橙色 黃色無(wú)色 淡粉紅色 紅色2022/10/1172MO 3.1 4.44.0 pTpKa=3.4 4.4 6.2 5.0 pT=pKaMR 8.0 9.6 pKa= 9.1 9.0PP常用單一酸堿指示劑 (要記住)百里酚酞 10.09.410.62022/10/11733、 酸度和指示劑的變色范圍以有機(jī)弱酸指示劑為例討論指示劑變色與酸度的關(guān)系作用于人眼的顏色由 確定,而 又
28、由 確定,因此可由顏色的變化判斷H+的變化,確定滴定的終點(diǎn)。堿色酸色2022/10/1174 酸堿式體混合色1)In- / HIn 10 或pH Ka +1 堿式色2)In- / HIn 1/10 或 pH p Ka1 酸式色3)1/10 In- / HIn 10 或 p Ka1 pH p Ka +1 討論:Ka一定,H+決定比值大小,影響溶液顏色指示劑理論變色范圍 pH = p Ka1 指示劑理論變色點(diǎn) pH = p Ka ,In- =HIn2022/10/1175注: 實(shí)際與理論的變色范圍有差別,深色比淺色靈敏 指示劑的變色范圍越窄,指示變色越敏銳 例: pKa 理論范圍 實(shí)際范圍甲基橙
29、3.4 2.44.4 3.14.4甲基紅 5.1 4.16.1 4.46.2 酚酞 9.1 8.110.1 8.010.0百里酚酞 10.0 9.011.0 9.410.62022/10/11764、影響酸堿指示劑變色范圍的因素(1)指示劑的用量 指示劑本身為弱酸堿,多加增大滴定誤差;盡量少加,否則終點(diǎn)不敏銳。宜少不宜多, 看清顏色即可。2022/10/1177(2)溫度的影響 T Ka 變色范圍!注意:如加熱,須冷卻后滴定 例:甲基橙 180C 3.14.4 1000C 2.53.7 靈敏度(3)溶劑的影響 極性介電常數(shù)Ka 變色范圍(4)滴定次序 無(wú)色有色,淺色有色例: 酸滴定堿 選甲基橙
30、 堿滴定酸 酚酞2022/10/1178二、混合指示劑組成 1指示劑+惰性染料 例:甲基橙+靛藍(lán)(紫色綠色) 2兩種指示劑混合而成 例:溴甲酚綠+甲基紅(酒紅色灰色) 特點(diǎn) 變色敏銳;變色范圍窄2022/10/1179 混合指示劑作用原理分類顏色互補(bǔ)兩種指示劑混合指示劑與染料混合例:溴甲酚綠甲基紅pH 0 2 4 6 8甲基紅溴甲酚綠溴甲酚綠甲基紅2022/10/1180一、強(qiáng)酸強(qiáng)堿的滴定強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿H3O+ + OH- H2O+ H2O反應(yīng)完全程度高 4.5 酸堿滴定曲線及指示劑選擇2022/10/11811滴定過(guò)程中pH值的變化(1)Vb = 0:(2)Vb Va: SP前0.
31、1% 時(shí) ,加入NaOH 19.98mL強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸NaOH(0.1000mol/L)HCL(0.1000mol/L, 20.00mL)2022/10/1182續(xù)前(3)Vb = Va(SP): (4)Vb Va :SP后0.1%, 加入NaOH 20.02mL2022/10/1183續(xù)強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸2滴定曲線的形狀滴定開始,強(qiáng)酸緩沖區(qū),pH微小 隨滴定進(jìn)行 ,HCL ,pH漸 SP前后0.1%, pH , 酸堿 pH=5.4 繼續(xù)滴NaOH,強(qiáng)堿緩沖區(qū),pH2022/10/1184續(xù)強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸3滴定突躍 滴定突躍:化學(xué)計(jì)量點(diǎn)前后0.1% 的變化引起pH值 突然改變的現(xiàn)象 滴定突躍范圍:滴定突
32、躍所在的范圍 用途:利用滴定突躍指示終點(diǎn)2022/10/1185續(xù)強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸4影響滴定突躍的因素和指示劑的選擇影響因素:濃度 C,pH,可選指示劑多例:C10倍, pH2個(gè)單位選擇原則: 指示劑變色點(diǎn)pH處于滴定突躍范圍內(nèi) (指示劑變色范圍部分或全部落在滴定突躍范圍內(nèi))2022/10/1186續(xù)強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸討論甲基橙(3.14.4)*3.45甲基紅(4.46.2)*5.1 酚酞(8.010.0)*9.1 1.0 mol/L NaOH1.0 mol/L HCL pH=3.310.7 選擇甲基橙,甲基紅,酚酞 0.1mol/Ll NaOH0.1mol/L HCL pH=4.39.7 選擇甲基紅,
33、酚酞,甲基橙(差) 0.01mol/L NaOH0.01mol/L HCL pH=5.38.7 選擇甲基紅,酚酞(差)2022/10/1187NaOH(0.1000mol/L)HAc(0.1000mol/L , 20.00mL)1滴定過(guò)程中pH值的變化2滴定曲線的形狀3影響滴定突躍的因素和指示劑的選擇4弱酸被準(zhǔn)確滴定的判別式OH- + HA A- + H2O反應(yīng)完全程度不高二、一元弱酸(堿)的滴定2022/10/1188續(xù)強(qiáng)堿滴定弱酸1滴定過(guò)程中pH值的變化(1)Vb = 0 (2)Vb Va :HAc + NaAc SP前0.1% 時(shí) ,已加入NaOH 19.98mL2022/10/1189
34、續(xù)強(qiáng)堿滴定弱酸(3)Vb = Va :HAc NaAc(4)Vb Va :NaOH + NaAc SP后0.1% 時(shí) ,已加入NaOH 20.02mL2022/10/1190續(xù)強(qiáng)堿滴定弱酸2滴定曲線的形狀滴定前,曲線起點(diǎn)高 滴定開始, Ac- ,pH隨滴加NaOH,緩沖能力,pH微小滴定近SP,HAc,緩沖能力,pHSP前后0.1%,酸度急劇變化, pH =7.769.7SP后,pH逐漸(同強(qiáng)堿滴強(qiáng)酸)2022/10/11913影響滴定突躍的因素和指示劑的選擇影響因素:被滴定酸的性質(zhì),濃度 C一定, Ka,Kt,pH Ka一定,C,pH(滴定準(zhǔn)確性越差) 指示劑的選擇:pH =7.749.7,
35、選堿性范圍變色的酚酞,百里酚酞4弱酸能被準(zhǔn)確滴定的判別式: Ca Ka 10-82022/10/1192續(xù)強(qiáng)堿滴定弱酸討論Ca Ka 10-8 Ka ,酸性,pH Ka10-9時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確滴定 C ,pH,滴定準(zhǔn)確性差2022/10/11931、滴定的可行性判斷(包括能否分步滴定的判斷);2、化學(xué)計(jì)量點(diǎn)pHsp的計(jì)算;3、指示劑的選擇。三、多元弱酸特點(diǎn):分步離解,分步反應(yīng),中間產(chǎn)物兩性;主要分析指標(biāo):2022/10/1194Ka1, Ka210-2, 10-910-2, 10-710-2, 10-51、多元酸滴定的可行性判斷例如用0.1000 mol.L-1 NaOH滴定同濃度、不同強(qiáng)度的二元酸
36、。第一突躍小第二突躍大cKa1 10-8, cKa2 10-8, Ka1 / Ka2 10 5分步滴定至HA-和 A2-滴定有兩個(gè)化學(xué)計(jì)量點(diǎn):pHsp1, pHsp2;滴定有兩個(gè)突躍;突躍的大小與pK有關(guān)。cKa1 10-8, cKa2 10-8, Ka1 / Ka2 10 5可準(zhǔn)確滴定至HA-第一突躍較大第二突躍較大第一突躍大第二突躍小cKa1 10-8, cKa2 10-8, Ka1 / Ka2 10-9 CKa2 10-9Ka1/Ka2 104 不能分步計(jì)量點(diǎn):Na2C2O4pOH=5.64 pH=8.36酚紅:6.78.4黃紅2022/10/11100四、多元堿的滴定與多元酸類似 有關(guān)
37、多元酸滴定,分步滴定的結(jié)論同樣適用于多元堿,只需將Ka換成Kb即可。最主要的是工業(yè)純堿,Na2CO3Na2CO3在水中分步離解CO3 2-H2O HCO3-OH-Kb1 = Kw / Ka2 = 1.810-4HCO3-H2O H2CO3OH- Kb2 = Kw / Ka1 = 2.410-82022/10/11101用0.10molL-1HCl滴定0.10molL-1Na2CO3、第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn):產(chǎn)物HCO3 c=0.050molL-1 H+ =( Ka1Ka2)1/2 = 10-8.32molL-1 pH = 8.32 用酚酞變色不明顯用甲酚紅百里酚藍(lán)(變色點(diǎn)pH=8.3) 粉紅紫、第二化
38、學(xué)計(jì)量點(diǎn):產(chǎn)物H2CO3(CO2H2O) CO2的飽和濃度0.04molL-1 H+ =( Ka1c )1/2 = (10-6.380.04)1/2=10-3.89 pH = 3.89甲基橙第二SP點(diǎn)突躍不大,因?yàn)镵b10-8,大量CO2形成過(guò)飽和溶液,使終點(diǎn)早達(dá)??刹扇∫韵麓胧簞×艺袷?;滴到pH,煮沸驅(qū)除CO2,再滴2022/10/11102五、混合酸的滴定 1、兩種弱酸混合酸:與多元酸的滴定類似 要求:c1Ka1/c2Ka2105 0.5% c1Ka1 10-8 c1Ka1/c2Ka2104 1.0% c1Ka1 10-9 第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)若兩酸濃度相等,則 H+ =( Ka1Ka2)1
39、/22、強(qiáng)酸弱酸混合溶液: 強(qiáng)酸首先被中和,弱酸Ka不大于10-7時(shí), 誤差0.2%以內(nèi),HClHAc混合酸,滴定誤差3%,強(qiáng)酸突躍變短,弱酸突躍變長(zhǎng) Ka10-7時(shí),只能滴定強(qiáng)酸而不能滴定弱酸。2022/10/111032022/10/11104NaOH 滴定弱酸 HA 和HB, CHA, CHB, K a, HA K a, HB討論(1) CHAK a, HA 10-8, CHAK a, HA / CHB K a, HB 105滴定至第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn),體系: A-HB , 為兩性物質(zhì)(2) CHAK a, HA 10-8, CHBK a, HB 10-8, CHAK a, HA / CHB
40、K a, HB 105滴定至第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn),體系: A- B- , 為混合堿化學(xué)計(jì)量點(diǎn)pH值的計(jì)算2022/10/11105滴定常數(shù)與化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的計(jì)算2022/10/11106(3) CHAK a, HA 10-8, CHBK a, HB 10-8, CHAK a, HA / CHB K a, HB 105可分別滴定HA 和 HB。判斷能否準(zhǔn)確滴定,根據(jù):?判斷能否準(zhǔn)確分步滴定,根據(jù):?一強(qiáng)一弱酸2022/10/11107NaOH 滴定一強(qiáng)一弱酸, 例:HCl + HAc滴定至第一化學(xué)計(jì)量點(diǎn):體系: HAc ,為弱酸性物質(zhì)滴定至第二化學(xué)計(jì)量點(diǎn):體系: Ac-,為弱堿性物質(zhì)2022/10/111
41、082022/10/11109練習(xí)題 1、用0.1000molL-1 HCl溶液滴定0.1000molL-1 氨水溶液,化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)的pH值為 A.等于7.00 B.大于7.00 C.小于7.00 D.等于8.00答案: C 2、標(biāo)定NaOH溶液時(shí),若采用部分風(fēng)化H2C2O4 .2H2O 則標(biāo)定所得的NaOH濃度 A.偏高 B.偏低 C.無(wú)影響 D.不能確定答案: B2022/10/111103、用0.1000 molL-1 HCl溶液滴定0.1000molL-1 氨水溶液,SP時(shí)pH值為5.28,應(yīng)選用下列何種指示劑 A.溴酚藍(lán)(3.04.6) B.甲基紅(4.46.2) C.甲基橙(3.1
42、4.4) D.中性紅(6.88.0)答案: B4、若用0.1 molL-1 的NaOH溶液分別滴定25.00mLHCl和HAc溶液,所消耗堿的體積相等,則表示 A.HCl 和HAc溶液中H+相等 B. HCl 和HAc的濃度相等 C.二者的酸度相等 D.二溶液的pH值相等答案: B2022/10/111115、用0.1 molL-1 的NaOH溶液滴定0.1 molL-1 的某強(qiáng)酸,其pH值的突躍范圍是4.39.7,如果用0.01 molL-1 NaOH溶液滴定0.01 molL-1 的同一強(qiáng)酸,其終點(diǎn)的pH突躍范圍為 。6、酸堿滴定中,選擇指示劑的原則是5.38.7指示劑的變色范圍處于或部分
43、處于化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近0.1% 的pH突躍范圍內(nèi)。或粗略地根據(jù)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的pH和指示劑的變色點(diǎn)來(lái)選。2022/10/111124.6酸堿滴定法的應(yīng)用一、食醋總酸量的測(cè)定NaOH+HAc= NaAc+ H2O突躍的pH范圍在7.79.7,計(jì)量點(diǎn)的pH=8.7選酚酞指示劑8.69.6 無(wú) 粉紅2022/10/11113二、混合堿分析雙指示劑法1. Na2CO3+NaOH 方法:準(zhǔn)確稱取一定量試樣,溶解后先以酚酞為指示劑,HCI標(biāo)液滴定至粉紅色消失,用去的HCI體積V1mL(1)酚酞變色:NaOH+HCI=NaCI+H2ONa2CO3+ HCI= NaHCO3 +NaCI2022/10/11114(2)
44、在此溶液中再加甲基橙,繼續(xù)用HCI滴至溶液從黃紅,所耗HCI體積為V2mLNaHCO3 + HCI= H2CO3 +NaCI pH=3.89NaOHNa2CO3V1V22 HCI+ Na2CO3 = H2CO3 +NaCI nHCI:n Na2CO3 =2 : 1n Na2CO3 =1/2 nHCIV1 V22022/10/111152.Na2CO3 +NaHCO3(1)酚酞變色 V1 HCI+ Na2CO3 =Na HCO3 +NaCI (2)甲基橙變色 V2NaHCO3 ( Na2CO3 )+ HCI= H2CO3 +NaCINaHCO3 ( 原本的 )+ HCI= H2CO3 +NaCI
45、Na2CO3V1V2NaHCO3V1 V22022/10/11116三、銨鹽中氮的測(cè)定NH4+屬何性質(zhì)?能否用NaOH直接滴定?為什么?一元弱酸 否 NH4+CKa 0.1 mol / L時(shí),宜采用甲基橙作指示劑,以減少CO2 的影響。對(duì)弱酸的滴定,化學(xué)計(jì)量點(diǎn)在堿性范圍, CO2的影響較大,宜采用同一指示劑在同一條件下進(jìn)行標(biāo)定和測(cè)定。2022/10/11125本章小結(jié):一、能用質(zhì)子理論判別酸堿、共軛酸堿對(duì)二、掌握分布分?jǐn)?shù)、酸堿度計(jì)算三、掌握化學(xué)計(jì)量點(diǎn)及滴定突躍的計(jì)算,并能正確選擇指示劑四、判別能否準(zhǔn)確、分步滴定五、掌握分析結(jié)果的計(jì)算2022/10/11126練習(xí)題、下列物質(zhì)能用甲醛法測(cè)定其中氮
46、含量的是 A.NH4Cl B.NH4HCO3 C.CO(NH2)2 D.吡啶答案: A、用.10molL-1 NaOH滴定0.10molL-1的pKa=4.0的弱酸,其pH突躍是7.09.7,用同濃度的NaOH滴定pKa=3.0的弱酸時(shí),其突躍范圍是 A.6.010.7 B.6.09.7 C.7.010.7 D.8.09.7答案: B2022/10/11127、下面混合液能出現(xiàn)兩個(gè)突躍的是A. HCLHAc(pKa=4.74)B. HAcHF (pKa=3.18)C.HCl H3PO4 (pKa1=2.12, pKa2=7.20, pKa3=12.36)D.HClH2C2O4 (pKa1=1.
47、22, pKa2=4.19)答案: A、 C2022/10/111284、一同學(xué)用甲醛法測(cè)銨鹽中NH3的含量,操作過(guò)程如下:分析天平上稱取銨鹽0.05g于錐形瓶中,加水溶解,再加5mL40%的甲醛,然后用0.1001molL-NaOH溶液滴定至甲基橙變黃,共消耗NaOH 20mL,由此計(jì)算出銨鹽中NH3的含量為6.8068%,試指出其點(diǎn)錯(cuò)誤。答:錯(cuò)誤有以下點(diǎn):()因?yàn)闃悠凡粔蚓鶆?,故一般測(cè)定銨鹽時(shí)需取大樣,使樣品具有代表性;()甲醛中有甲酸等酸性物質(zhì),加入前應(yīng)首先用NaOH中和(以酚酞為指示劑);() NaOH滴定生成的弱酸,化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的pH.,應(yīng)以酚酞為指示劑,不能用甲基橙;()滴定管應(yīng)讀至
48、小數(shù)點(diǎn)后第二位;()結(jié)果應(yīng)保留四位有效數(shù)字。2022/10/11129 3、一堿液,可能為NaOH、NaCO3溶液或NaHCO3或者其中兩者的混合物。用HCl標(biāo)液滴定,以酚酞為指示劑時(shí),消耗體積為V1,繼續(xù)加入甲基橙指示劑,再用HCl標(biāo)液滴定,又消耗體積為V2,則物質(zhì) 酚酞甲基橙 V1,V2關(guān)系 NaOH V10 V2=0 NaHCO3 V1=0 V20 Na2CO3 V10 V20 V1=V2 NaOHNa2CO3 V1=ab V2=a V1V2 V20 NaHCO3Na2CO3 V1=a V2=ab V2V1 V102022/10/11130第四章 非水酸堿滴定法 第一節(jié) 概述非水滴定法:
49、在非水溶液中進(jìn)行的滴定分析法非水酸堿滴定法:在非水溶液中進(jìn)行的酸堿滴定法兩種酸堿滴定法對(duì)比 1以水為溶劑的酸堿滴定法的特點(diǎn): 優(yōu)點(diǎn):易得,易純化,價(jià)廉,安全 缺點(diǎn):當(dāng)酸堿太弱,無(wú)法準(zhǔn)確滴定 有機(jī)酸、堿溶解度小,無(wú)法滴定 強(qiáng)度接近的多元或混合酸堿無(wú)法分步或分別滴定 2非水酸堿滴定法的特點(diǎn) 非水溶劑為滴定介質(zhì)增大有機(jī)物溶解度 改變物質(zhì)酸堿性 擴(kuò)大酸堿滴定范圍2022/10/11131第二節(jié) 非水滴定的基本原理一、非水溶劑的分類:A. 質(zhì)子性溶劑:具有較強(qiáng)的授受質(zhì)子能力的溶劑 1)酸性溶劑 2)堿性溶劑 3)兩性溶劑B.非質(zhì)子性溶劑:溶劑分子中無(wú)轉(zhuǎn)移性質(zhì)子的溶劑 1)偶極親質(zhì)子性溶劑 2)惰性溶劑C
50、.混合溶劑2022/10/11132酸性溶劑:具有較強(qiáng)的給出質(zhì)子能力的溶劑例如:甲酸,醋酸,丙酸,硫酸特點(diǎn):酸性H2O,堿性H2O適用:滴定弱堿性物質(zhì)作用:酸性介質(zhì),能增強(qiáng)被測(cè)堿的強(qiáng)度HAc + HAc H2 Ac+ + Ac- 2022/10/11133堿性溶劑:具有較強(qiáng)的接受質(zhì)子能力的溶劑例如:乙二胺,乙醇胺,丁胺適用:滴定弱酸性物質(zhì)作用:堿性介質(zhì),能增強(qiáng)被測(cè)酸的強(qiáng)度 H2NCH2CH2NH2 + H2NCH2CH2NH2 H2NCH2CH2NH3 + + H2NCH2CH2NH- 2022/10/11134兩性溶劑:既易給出質(zhì)子、又易接受質(zhì)子的溶劑例如:甲醇,乙醇,乙丙醇特點(diǎn):堿性、酸性
51、與水相似(給出質(zhì)子、接受質(zhì)子 兩種能力差不多,與水相似)適用:滴定不太弱的酸性或堿性物質(zhì)作用:中性介質(zhì),傳遞質(zhì)子CH3OH + CH3OH CH3OH2 + CH3O- 2022/10/11135偶極親質(zhì)子性溶劑(非質(zhì)子親質(zhì)子性溶劑): 溶劑分子中無(wú)轉(zhuǎn)移性質(zhì)子,但具有較弱的接受質(zhì)子的傾向,且具有程度不同形成氫鍵的能力例:酮類,酰胺類,腈類,吡啶類特點(diǎn):具微弱堿性和弱的形成氫鍵能力;不具堿性適用:滴定弱酸性物質(zhì)2022/10/11136惰性溶劑:溶劑分子中無(wú)轉(zhuǎn)移性質(zhì)子和接受 質(zhì)子的傾向,也無(wú)形成氫鍵的能力例:苯,甲苯,氯仿,四氯化碳)特點(diǎn):不參加酸堿反應(yīng)適用:滴定弱酸性物質(zhì)作用:常與質(zhì)子溶劑混用
52、,用來(lái)溶解、分散、 稀釋 溶質(zhì)2022/10/11137混合溶劑:質(zhì)子性溶劑與惰性溶劑混合例:冰醋酸-醋酐,冰醋酸-苯弱堿性物質(zhì)滴定 苯-甲醇羧酸類的滴定 二醇類-烴類溶解有機(jī)酸鹽、生物堿和高 分子化合物特點(diǎn):使樣品易溶,滴定突躍 ,終點(diǎn)變色敏銳2022/10/11138二、溶劑的性質(zhì)(一)溶劑的離解性(二)溶劑的酸堿性(三)溶劑的極性(四)均化效應(yīng)和區(qū)分效應(yīng) 2022/10/11139(一)溶劑的離解性注:溶劑的酸性或堿性強(qiáng)弱分別由兩對(duì)共軛酸堿對(duì)決定 每一對(duì)共軛酸堿對(duì)中,酸越強(qiáng),其對(duì)應(yīng)的共軛堿越弱共軛酸堿對(duì)2溶劑陰離子 酸的離解 SH H + + S- 堿的離解 SH + H+ SH2+ 溶
53、劑的自身離解反應(yīng) SH + SH SH2+ + S-或溶劑質(zhì)子自遞反應(yīng)共軛酸堿對(duì)1溶劑合質(zhì)子2022/10/11140溶劑的質(zhì)子自遞常數(shù)或離子積溶劑固有酸常數(shù)溶劑固有堿常數(shù)溶劑自身離解常數(shù) 注: Ks值是非水溶劑的重要特性,可以了解酸堿滴定反應(yīng)的完全 程度以及混合酸堿有無(wú)連續(xù)滴定的可能性2022/10/11141滴定反應(yīng)常數(shù) 質(zhì)子性溶劑中的酸堿滴定反應(yīng): 結(jié)論 KaSH 或KbSH為定值,衡量溶劑授受質(zhì)子能力的大小 KaSH 或KbSH,Ks, Kt,滴定反應(yīng)完全程度 Ks對(duì)滴定突躍的影響: Ks,滴定單一組分的pH 滴定準(zhǔn)確度SH2+ + S- 2 SH 溶劑合質(zhì)子溶劑陰離子強(qiáng)酸強(qiáng)堿2022
54、/10/11142例:水溶液(Kw =1.010-14 ) NaOH (0.1000mol/L) HCL (0.1000mol/L) pH = 4.3 9.7,pH = 5.4乙醇溶液中(Ks =1.010-19.1) C2H5ONa (0.1000mol/L) HCL(0.1000mol/L) pH* = 4.3 14.8,pH* = 10.5 滴定突躍范圍 水溶液中 H2O + H2O H3O+ + OH-醋酸溶液中 HAC + HAC H2AC+ + AC- 乙醇溶液中 C2H5OH + C2H5OH C2H5OH + + C2H5O-2022/10/11143(二)溶劑的酸堿性1. 酸
55、HA溶在溶劑SH中:注:HA的表觀酸度決定于HA的固有酸度和溶劑的固有堿度 溶劑SH堿性越強(qiáng),反應(yīng)越完全,HA的酸性越強(qiáng) 酸 HA H+ + A- 堿 SH + H+ SH2+ 離解平衡反應(yīng) HA + SH SH2 + A-HA固有酸常數(shù) 溶劑固有堿常數(shù) HA在溶劑中表觀酸常數(shù) 例:HCL在H2O 中的酸性在HAc中的酸性(H2O的堿性HAc)2022/10/11144續(xù)前2. 堿B溶在溶劑SH中 注:B的表觀堿度決定于B的固有堿度和溶劑的固有酸度 溶劑SH酸性越強(qiáng),反應(yīng)越完全,B的堿性越強(qiáng) 堿 B + H+ BH+ 酸 SH H+ + S- 離解平衡反應(yīng) B + SH S- + BH+ B固有堿常數(shù) 溶劑固有酸常數(shù) B在溶劑中表觀堿常數(shù) 例:NH3在HAc中的堿性在H2O中堿性(HAc的
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