第四章 酸碱滴定法(新)
更新时间:2023-11-23 23:07:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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第四章 酸碱滴定法
思考题
1. 从质子理论来看下面各物质对分别是什么? 哪个是最强酸?哪个是最强碱?试按强弱顺序把他们排列起来
答:HAc(Ac-)Ka=1.75×10-5; H3PO4(H2PO4-)Ka1=7.52×10-3;
NH3(NH4+)Ka=5.7×10-10; HCN(CN-)Ka=6.2×10-10 HF(F-)Ka=6.8×10-4; (CH2)6N((CH2)6NH+)Ka=1.4×10-9 HCO3-(CO3-)Ka2=5.61×10-11 酸的强弱顺序:
H3PO4 > HF > HAc> (CH2)6N4H+ > HCN > NH4+ > HCO3-
碱的强弱顺序:
CO3- > NH3 > CN- >(CH2)6N4 >Ac- > F- > H2PO4-
2. 写出下列物质在水溶液中的质子条件式
答:(1)NH4CN [HCN] + [H3O+] = [NH3] + [OH-]
(2)Na2CO3 2[H2CO3] + [HCO3-] + [H3O+] = [OH-]
(3)(NH4)2HPO4 2[H3PO4] + [H2PO4-] + [H3O+] = [NH3] + [OH-]+[PO43-] (4) (NH4)3PO4 3[H3PO4] + 2[H2PO4-] +[HPO42-]+[H3O+] = [NH3] + [OH-] (5) NH4H2PO4 [H3PO4] + [H3O+] = [NH3] + [HPO42-] +2[PO43-]+[OH-]
3. 欲配制pH为3的缓冲溶液,应选下列何种酸及其共轭碱
二氯乙酸(1.30)一氯乙酸(2.86) 甲酸(3.74) 乙酸(4.76) 苯酚(9.95) 答:选一氯乙酸(缓冲溶液pH≈pKa=2.86)
5. NaOH标准溶液吸收了空气中的CO2,当用于滴定(1)强酸;(2)弱酸时,对滴定的准确度各有何影响?
答:滴定强酸时:(1) 若用甲基橙为指示剂,终点pH≈4,消耗2mol强酸,即2molNaOH与CO2反应生成1molNaCO3仍消耗2mol强酸,基本无影响 ; (2)若用酚酞作指示剂,终点pH≈9,生成NaHCO3,即2molNaOH与CO2反应生成1molNaCO3只消耗1mol强酸,有显著影响。滴定弱酸时:只能用酚酞作指示剂,有显著影响。由cHcl?cNaOHVNaOH得:用NaOH滴定HCl,VNaOH↑,cHcl偏
VHcl高;用HCl滴定NaOH,VHcl↓,cHcl偏高。
6. 标定HCl溶液浓度时,若采用(1)部分风化的Na2B4O7·10H2O;(2)部分吸湿的Na2CO3;(3)在110℃烘过的Na2CO3,则标定所得的浓度偏低、偏高还是准确?为什么? 答:(1)偏低 (2)偏高 (3)不影响
7. 下列各酸,哪些能用NaOH溶液直接滴定?哪些不能?如能直接滴定,计算各滴定突跃的pH值,并选合适的指示剂?
1
⑴蚁酸(HCOOH) Ka = 1.8×10-4 ⑵硼酸(H3BO3) Ka1 = 5.4×10-10
⑶琥珀酸(H2C4H4O4) Ka1 = 6.9×10-5 , Ka2 = 2.5×10-6
⑷枸橼酸(H3C6H5O7) Ka1 = 7.2×10-4 , Ka2 = 1.7×10-5 , Ka3 = 4.1×10-7 ⑸顺丁烯二酸 Ka1 = 1.5×10-2 , Ka2 = 8.5×10-7 解:设Cb = Ca = 0.10 mol/L,Va = 20.00 ml (1) 甲酸(HCOOH) Ka = 1.77×10-4 Ca ·Ka > 10-8,能被准确滴定
计量点产物:HCOO— 一元弱碱 OH????KW10?140.10?6?Cb???1.68?10 ?4Ka1.77?102 pOH??lg1.68?10?6?6?lg1.68?5.77 pH?14.00?5.77?8.23 选酚酞指示剂
(2) 硼酸H3BO3 Ka1 = 5.8×10-10,Ka2 = 1.8×10,Ka3 = 1.6×10, Ca Ka1< 10-8,Ca Ka2< 10-8,Ca Ka3< 10-8
无滴定突跃,指示剂在终点无明显颜色变化,不能用NaOH准确滴定。
(3) 琥珀酸(H2C4H4O4)Ka1 = 6.4×10-5,Ka2 = 2.7×10-6
Ca Ka1 > 10-8,Ca Ka2 > 10-8,Ka1 / Ka2 < 104 只有一个滴定突跃,两级离解的H+被同时滴定。 计量点产物:Na2C4H4O4 二元弱碱
-13
-14
???OH???Kb1?Cb?KW?Cb?Ka210?140.10??1.11?10?5mol/L?6 2.7?103pOH?4.95pH?9.05选酚酞指示剂
(4) 枸橼酸(H3C6H5O7)Ka1 = 8.7×10-4,Ka2 = 1.8×10-5,Ka3 = 4.0×10-6 Ca Ka1 > 10-8,Ca Ka2 > 10-8,Ca Ka3 > 10-8,Ka1 / Ka2 < 104,Ka2 / Ka3 < 104 只有一个滴定突跃,三级离解的H+被同时滴定。 计量点产物:Na3C6H5O7 三元弱碱 用最简式计算:
KW10?140.10?[OH]?Kb1Cb??Cb???7.90?10?6mol/L?6 Ka34.0?104pOH?5.10pH?8.90选酚酞指示剂 (5) 顺丁烯二酸 Ka1 = 1.0×10-2,Ka2 = 5.5×10-7
Ca Ka1 > 10-8,Ca Ka2 ≈10-8,Ka1 / Ka2 > 104
可准确分步滴定,有两个滴定突跃。 第一计量点:产物NaHA 两性物质
2
?H??
?Ka1?Ka2?1.0?10?2?5.5?10?7?0.742?10?4mol/L选甲基橙指示剂pH?4?lg0.742?4.13
第二计量点:产物Na2A 二元弱碱
?OH??
?KW10?140.10?5?Cb???2.46?10mol/L?7 Ka25.5?103pH?9.39选酚酞指示剂pOH?5?lg2.46?4.61
11. 试设计测定下列混合物中各组分的方法原理、指示剂、操作步骤及计算公式 答: 解:(1)HCl + H3PO4
HCl H3PO4 NaOH 滴定 NaCl NaH2PO4 甲基橙终点V1 NaOH 滴定 NaCl Na2HPO4 酚酞终点V2 V1 甲基橙终点 V2 酚酞终点 CH3PO4?CNaOH?V2V试液CHCl?CNaOH??V1?V2? V试液 13. 混合碳酸盐有时采用等质量的两分试样进行分析,一份用酚酞作指示剂,另一份用甲基橙作指示剂。如果Vp等于用酚酞作指示剂时的酸体积,Vm等于用甲基橙作指示剂时的酸体积,试回答下列问题:
(1)设混合物含有等物质量的NaOH和Na2CO3,Vp和Vm间的关系怎样 (2)如果混合物中NaHCO3物质的量2倍于Na2CO3,Vp和Vm间的关系怎样 答:(1)nNaOH 酚酞 NaCl 消耗HCl体积:V
nNa2CO3 Vp NaHCO3 消耗HCl 体积:V Vp = 2V
nNaOH 甲基橙 NaCl 消耗HCl体积:V
nNa2CO3 Vm CO2+H2O 消耗HCl体积:2V Vm = 3V ∴ nNaOH = nNa2CO3 Vm = 3/2Vp
(2)nNa2CO3 酚酞 NaHCO3 消耗HCl体积:V
2nNaHCO3 Vp NaHCO3 消耗HCl 体积:0 Vp = V
nNa2CO3 甲基橙 CO2+H2O 消耗HCl体积:2V
2nNaHCO3 Vp CO2+H2O 消耗HCl体积:2V Vm = 4V ∴ nNa2CO3 = 2nNaHCO3 Vm = 4Vp
15. 试用酸碱质子理论解释水分对非水溶液滴定酸或碱的影响。
答: 失去质子 :SH + H2O = S- + H3O+ 接受质子:B + H2O = BH+ + OH- 水可以接受质子,也可以给出质子,从质子论的角度看,水既是酸性杂质,又是碱性杂质。在非水滴定中,无论滴定的物质是酸还是碱,水均消耗标准溶液。
3
16. 在下列何种溶剂中冰醋酸、苯甲酸、盐酸及高氯酸的酸碱强度都相同? (1)纯水 (2)浓硫酸 (3)液氨 (4)甲基异丁酮
答:在液氨中相同。
18. 指出下列溶剂中何为质子性溶剂?何为非质子性溶剂?若为质子性溶剂,是酸性溶剂还是碱性溶剂?若为非质子性溶剂,是偶极亲质子溶剂还是惰性溶剂? 答:质子性酸性溶剂:冰醋酸
质子性碱性溶剂:乙二胺、丁胺 质子性两性溶剂:水、异丁醇
非质子偶极亲质子性溶剂:乙醚、丙酮、甲基异丁基酮 非质子惰性溶剂:二氧六环、苯
19. 若对HClO4、H2SO4、HCl、HNO3的混合水溶液能否进行区分滴定?为什么?在何种溶剂中能进行区分滴定?
答:水中不可以区分滴定,均为强酸,都被均化到H3O+水平;在甲基异丁基酮
中即可区分滴定。
20. 若要对苯酚、HAc、水杨酸、HCl、HClO4进行区分滴定,应选用何种溶剂、滴定剂。
答:选甲基异丁酮作溶剂,用四丁基氢氧化铵做滴定剂。
习题答案
1. 已知琥珀酸(以H2A表示)的pKa1=4.19, pKa2=5.57,计算在pH为4.88和5.00时,H2A、HA-、A2-的δ0、δ1、δ2。若该酸的分析浓度为0.01mol/L,求pH为4.88时三种形式的平衡浓度。 解:pH=4.88
[H?]2(10?4.88)2?0??2??0.145
[H]?ka1[H?]?ka1ka2(10?4.88)2?10?4.19?10?4.88?10?4.19?10?5.57?1?ka1[H?][H?]2?ka1[H?]?ka1ka210?4.19?10?4.88??0.710 (10?4.88)2?10?4.19?10?4.88?10?4.19?10?5.57?2?ka1ka2[H?]2?ka1[H?]?ka1ka210?4.19?10?5.57??0.145 ?4.882?4.19?4.88?4.19?5.57(10)?10?10?10?10当pH=5.00时,以[H+]=10-5.00 mol/L代入上面的公式 ?0?0.109 ?1?0.702 ?2?0.189
C=0.01mol/L,pH=4.88时: [H2A]= cδ0=0.01×0.145=1.45×10-3mol/L
[HA-]=Cδ1=0.01×0.710=7.10×10-3mol/L [A2-]=cδ2=1.45×10-3mol/L
4
2. 将pH6.37、4.43换算成[H+],pOH3.28、9.86换算成[H+],[H+]0.139 mol/L,2.07×10-5 mol/L,换算成pH .
解:pH=6.37 [H+] = 4.3×10-7mol/L pH=4.43 [H+] = 3.7×10-5mol/L
pOH=3.28 [H+] = 1.9×10-11mol/L pOH=9.86 [H+] = 7.2×10-5mol/L [H+] = 0.139mol/L pH=0.857 [H+] = 2.07×10-5mol/L pH=4.684
5. 计算下列溶液的pH 解:(1)0.10mol/L NaH2PO4
最简式:H??Ka1Ka2
1?pKa1?pKa2??1(2.12?7.21)?4.66 22(2)0.05mol/L K2HPO4
?? pH? 最简式:H??Ka2Ka3 pH?1?pKa2?pKa3??1(7.21?12.66)?9.94 22??
8.由下列数据近似地计算弱酸或弱碱的理解常数
(1)某一元弱酸的相对分子量为122.1,称取1.04g,配成100mL水溶液,其pH为2.64,计算该弱酸的pKa
(2)某一元弱碱的共轭酸水溶液,浓度为0.10mol/L,其pH为3.48,计算该弱碱的Kb
m1.04?1000?1000??0.0852mol/L 解:⑴ C?M?V122.1?100 一元弱酸:H??KaCa 代入数据:10?2.64?Ka?0.0852 Ka???10???2.6420.0852?6.16?10?5pKa?4.21
⑵ 一元弱酸H????KW?Ca代入数据 Kb 10?3.4810?14??0.10
Kb?9.1?10?9
Kb?10?14?0.10?10??3.482
10. 计算用NaOH溶液(0.10mol/L)滴定HCOOH溶液(0.10mol/L)到化学计量点前0.1%、化学计量点及化学计量点后0.1%时溶液的pH,应选择何种指示剂。
5
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