文档介绍：酸碱平衡和酸碱滴定法
教学目的:化学平衡是滴定分析法的理论基础,掌握化学平衡及相关计算;了解缓冲作用的原理相关计算;掌握酸碱滴定分析法的基本原理及应用。
教学重点:反应平衡常数,分布系数,质子平衡条件及[H+]的近似计算,缓冲溶液的有关计算,会配制缓冲溶液,滴定误差、滴定突跃、滴定可行性判据,一元弱酸、混合酸体系的滴定。
教学难点:平衡常数的计算,[H+]的近似计算,缓冲容量的推导,林邦误差公式的推导和应用;对于不同体系[D]eq计算的公式不同,关键是写出化学计量点产物的质子条件。
概述
由投料组分的浓度和平衡常数求算各形式的浓度、活度或pH值
由pH值和相关的平衡常数求算各形式的分布分数
由某些形式的浓度和投料组分的浓度测算相关的平衡常数
缓冲溶液的理论及应用
酸碱指示剂、滴定曲线和终点误差
: 代数法是最常用的,是教科书中主要介绍的方法。它的理论性强,适用广泛是其它各种方法的基础。但代数法比较繁琐、冗长,计算过程复杂,有时甚至无求解,再者,它的直观性差,不易用来讨论离子酸碱的全貌,这是它在教学中不利的一面。在酸碱平衡中应用最为广泛。例如,pH值的计算,分布分数(或副反应系数)的计算,缓冲问题,滴定曲线,常数测定,离子强度计算等都主要使用代数法
,数和形的结合历来是数理科学领会复杂概念和解决深奥问题的常规手段。
,并且它特别适合把公式转换为图形,有利于数和形的结合。随着计算机的普及和提高,这一方法肯定会成为分析化学各种计算的主要方法。不过,由于条件的限制,本教材还是以代数法和图解法作为主要内容。
离子的活度与平衡浓度
活度:电解质溶液中离子实际发挥作用的浓度称为活度,即有效浓度。
—离子i的活度系数 c —平衡浓度
浓度极稀的强电解质溶液:=1 中性分子的活度系数=1
离子的活度系数与离子强度:
强电解质在溶液中电离为阴阳离子。阴阳离子间有库仑引力,因此中心离子为异性离子所包围,使中心离子的反应能力减弱。减弱的程度用来衡量,它与溶液中离子的总浓度和离子的价态有关。
离子强度: 其中,分别为溶液中第I种离子的浓度和电荷数。
活度系数与离子强度的关系:
Debye-Hückel公式:(AB型电解质溶液I<·kg-1时)
1. B—常数 25oC时 B=
2. a—离子体积常数,约等于水化离子的有效半径,单位pm(10-12m)(可查课本附录、 P321)
3. I—溶液的离子强度
Debye-Hückel极限公式: 当离子强度较小时(通常I<·kg-1)
<例2>
平衡常数一般是在一定的离子强度下测定的,外推至I=0即为活度常数。查看手册时应注意。
以为例,浓度常数: 活度常数:
浓度常数与活度常数的关系为:
如弱酸的离解常数称为酸度常数:HA = H―+ Ac-
活度常数: 浓度常数:
弱碱的离解常数称为碱度常数: A- + H2O = HA + OH-
平衡常数——滴定反应常数Kt
强酸滴定强碱:H+ + OH- = H2O
Kw -水的离子积常数
强碱滴定弱酸: HA + OH- = A- + H2O
Ka是弱酸HA的解离常数
强酸滴定弱碱:H+ + A- = HA
分布分数d的计算
分布分数的定义:溶液中某酸碱组分占总浓度的分数,以d表示
分析浓度:某物质在溶液中各种型体平衡浓度之和。用c表示。
平衡浓度:以[ ]表示。
一、一元酸溶液
以HAc为例: HAc = H+ +Ac- 总浓度 c=[HAc]+[Ac-]
同理有:
显然:
结论:d1只是[H+]的函数,知道pH值即可求d1,[HAc]=d1c,[Ac-]=d0c,这是求平衡浓度的一种途径。
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HAc
Ac-
<例>
NH3×H2O
c= [H2C2O4]+[HC2O4-]+[C2O42-]
H3PO4
质子条件与pH的计算
、电荷平衡和质子条件
1. 物料平衡方程(Material Balance Equation,简称MBE)
化学平衡体系中,某一给定物质的总浓度等于各有关形式平衡浓度之和。
例:c(mol/l)的H3PO4溶液的MBE:[H3PO4]+[ H2PO4-]+[ HPO