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酸堿滴定曲線和指示劑的選擇

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2005-10-06
核心提示:一 . 強酸堿的滴定 例: HNO 3 、HCl、NaOH、KOH、(CH 3 ) 4 NOH之間的相互滴定,它們在溶液中是全部電離的,酸以H + (H 3 O + )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 - H 2 O 現(xiàn)以 0.1000mol/L NaOH 滴定 20.00ml 0.1000mol/L HCl為例討

. 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/L HCl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´ 10-7 mol/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。


     


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 :酚酞,甲基紅(甲基橙)

0.01000mol/LNaOH滴定0.01000MOl/LHCl :酚酞, 甲基紅

. 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/L NaOH 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:0.05 mol/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·Ka ³ 1.0 ´ 10-8                          (47)

 作為判斷弱酸能否被準(zhǔn)確滴定的界限。

. 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

. 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 , 則這一級電離的 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。前一級電離的 H+先被滴定,形成一個突躍,次一級電離的H+后被滴定,是否能產(chǎn)生突躍,則決定于cKa 是否 ³ 10-8 ;

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(0.1000 mol/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  第一個先被滴定→ H2PO4- ,在第一計量點形成第一個突躍;H2PO4-后被滴定 → HPO42- 產(chǎn)生第二個突躍。

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/L NaOH 滴定 20.00ml  0.1000mol/L H3PO4

    第一計量點:      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)

第二計量點: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:酚酞(8.0—10),百里酚酞(9.4—10.6),誤差(TE) 約為 + 0.3%

. 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

例:用 0.1000mol/L HCl 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,第一個突躍較短,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)

第一計量點: 

                pOH=5.68                      pH=8.32(堿性范圍)

指示劑:酚酞(10—8.0),(TE >1%)甲基紅+百里酚蘭:8.4—8.2(紫—粉紅,TE » 0.5%)

第二計量點: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。

 
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