文档介绍：高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第19讲容量分析(包括有效数字的概念)
【竞赛要求】
在化学计算和化学实验中正确使用有效数字。定量仪器(天平、量筒、移液管、滴定管、容量瓶等等)测量数据的有效数字。运算结果的有效数字。常见容量分析的基本概念(被测物、基准物质、标准溶液、指示剂、滴定反应等)。酸碱滴定的滴定曲线(酸碱强度、浓度、溶剂极性对滴定突跃影响的定性关系)。酸碱滴定指示剂的选择。高锰酸钾、重铬酸钾、硫代硫酸钠、EDTA为标准溶液的基本滴定反应。常见容量分析的基本操作、基本反应及分析结果的计算。容量分析的误差分析。
【知识梳理】
容量分析的基本概念和原理
待测物质中有关组分含量的测定是定量分析要作的工作。测定的化学原理是化学反应:
待测组分X + 试剂R = 产物P
容量分析是通过消耗试剂体积从而知道物质的量,按以上反应的化学计量关系求算待测量的。
作滴定分析时,将一定体积的待测溶液置于锥形瓶中,将已知浓度的试剂通过滴定管滴加到锥形瓶中,当达到滴定终点时,准确读得所加试剂的体积,求得所加试剂的物质的量,从而求出待测组分的物质的量浓度。也可以倒过来把待测溶液从滴定管中滴入锥形瓶中的标准溶液中。那么,滴定终点如何确定呢?这是在滴定反应中最为关心的问题——指示剂地选择。滴定终点即指示剂的变色点。由于指示剂的变色点和化学反应的计量点往往不一致,由此造成的误差称为终点误差或系统误差。
由于滴定分析中要测体积,故把滴定分析又叫容量分析。滴定分析的方法通常有:直接滴定法、返滴定法、间接滴定法。
二、常见容量分析方法及其应用
(一)酸碱滴定法
1、酸碱滴定法的基本原理
酸碱滴定法是以酸碱反应为基础的滴定分析方法。其中, mol·L-1的HCl和NaOH溶液。
盐酸是由基准物碳酸钠标定的,碳酸钠的量是由称量而来的,标定反应为:
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2↑
NaOH是用称得的邻苯二甲酸氢钾标定的,反应是:
COOH
COOK
+ NaOH =
COONa
COOK
+ H2O
在酸碱滴定中,最重要的是选择最合适的指示剂来指示滴定终点。为此,必须了解滴定过程中溶液pH的变化情况,特别是化学计量点前后一定准确度范围内(%)溶液pH的变化情况。下面通过实例来说明滴定原理,并说明滴定曲线。
(1)强碱滴定强酸(或强酸滴定强碱)
用标准NaOH溶液滴定HCl,滴定反应为:
H+ + OH–= H2O
滴定常数Kt = 1/Kw = 。根据质子条件:
[H+] = cHCl + [OH–] - cb (19-1)
(19-1)式中cHCl为滴定过程中盐酸的浓度,cb为NaOH加入到被滴溶液后的瞬时浓度,cHCl和cb均随滴定反应的进行而不断变化着,可用滴定分数a 来衡量滴定反应进行的程度,在酸碱滴定中
a = == (19-2)
将a代入(19-1)式,并使用[OH–]=,可推导强碱滴定强酸的滴定曲线方程为:
Kt [H+]2 + Kt cHCl (a-1)[H+]-1 = 0 (19-3)
或[H+] = (19-4)
为简便起见, mol·L-1,其滴入的体积Vb在0mL~40mL之间变动,又设被滴定的HCl 的浓度与NaOH相同,,于是式(19-3)中的a就转化体积之比
a = == (19-5)
令a在0~2范围内取值,,根据式(19-3)可解出对应每个a值的[H+],并绘出滴定曲线。
注意在用式(19-3)解出[H+]后,还需除以一个反映体积变化的因子,才是实际滴定过程中的[H+]或pH。把最终pH计算结果列入表19-1,并绘成图19-1。
表19-1 mol·L- mol·L-1 HCl溶液的pH
加入的NaOH
/mL
滴定百分数
剩余盐酸
/mL
过量的NaOH
/mL
H+
/mol·L–1
pH
×10–1
×10–3
.
×10–4
×10–4
×10–5
×10–7
×10–10
9.