第四章 酸碱滴定法新.docx
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第四章酸碱滴定法新
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)Na2CO32[H2CO3]+[HCO3-]+[H3O+]=[OH-]
(3)(NH4)2HPO42[H3PO4]+[H2PO4-]+[H3O+]=[NH3]+[OH-]+[PO43-]
(4)(NH4)3PO43[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和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和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
得:
用NaOH滴定HCl,VNaOH↑,cHcl偏高;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?
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=0.10mol/L,Va=20.00ml
(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
选酚酞指示剂
(2)硼酸H3BO3Ka1=5.8×10-10,Ka2=1.8×10-13,Ka3=1.6×10-14,
CaKa1<10-8,CaKa2<10-8,CaKa3<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
CaKa1>10-8,CaKa2>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
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
CaKa1>10-8,CaKa2>10-8,CaKa3>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:
(5)顺丁烯二酸Ka1=1.0×10-2,Ka2=5.5×10-7
CaKa1>10-8,CaKa2≈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
第二计量点:
产物Na2A二元弱碱
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
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
nNa2CO3VpNaHCO3消耗HCl体积:
VVp=2V
nNaOH甲基橙NaCl消耗HCl体积:
V
nNa2CO3VmCO2+H2O消耗HCl体积:
2VVm=3V
∴nNaOH=nNa2CO3Vm=3/2Vp
(2)nNa2CO3酚酞NaHCO3消耗HCl体积:
V
2nNaHCO3VpNaHCO3消耗HCl体积:
0Vp=V
nNa2CO3甲基橙CO2+H2O消耗HCl体积:
2V
2nNaHCO3Vp
CO2+H2O消耗HCl体积:
2VVm=4V
∴nNa2CO3=2nNaHCO3Vm=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。
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
当pH=5.00时,以[H+]=10-5.00mol/L代入上面的公式
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
2.将pH6.37、4.43换算成[H+],pOH3.28、9.86换算成[H+],[H+]0.139mol/L,2.07×10-5mol/L,换算成pH.
解:
pH=6.37[H+]=4.3×10-7mol/LpH=4.43[H+]=3.7×10-5mol/L
pOH=3.28[H+]=1.9×10-11mol/LpOH=9.86[H+]=7.2×10-5mol/L
[H+]=0.139mol/LpH=0.857[H+]=2.07×10-5mol/LpH=4.684
5.计算下列溶液的pH
解:
(1)0.10mol/LNaH2PO4
最简式:
(2)0.05mol/LK2HPO4
最简式:
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
解:
⑴
一元弱酸:
代入数据:
⑵一元弱酸
代入数据
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。
解:
设HCOOH液的体积Va=20.00ml
⑴化学计量点前0.1%时,溶液组成:
HCOOH+HCOO—
缓冲液:
⑵化学计量点,溶液为HCOO—
一元弱碱:
⑶化学计量点后0.1%时,溶液组成:
HCOO—+NaOH(过量),
溶液pH由过量NaOH决定:
滴定突跃范围pH6.75~9.70,选酚酞做指示剂
11.若用HCl溶液(0.02mol/L)滴定KOH溶液(0.02mol/L)20.00mL,试计算化学计量点前0.1%、化学计量点和化学计量点后0.1%时溶液的pH。
可以采用何种指示剂。
解:
化学计量点前0.1%(0.02mlKOH未被滴定):
pH=9.0
化学计量点产物:
KCl+H2O∴pH=7.0
化学计量点后0.1%(0.02mlHCl过量):
滴定突跃范围:
pH9.0~5.0可选酚酞或甲基红指示剂
12.取苯甲酸溶液25.00mL,用NaOH溶液(0.1000mol/L)滴定,误选甲基红为指示剂,当滴定剂加到20.70mL时达到终点,溶液的pH为6.20。
(1)计算滴定终点误差;
(2)计算计量点的pH;(3)计算苯甲酸溶液的原始浓度
解:
①强碱滴定弱酸:
TE为负值,终点在计量点之前。
②计量点生成物是苯甲酸钠,为一元弱碱
③C苯甲酸×25.00=20.70×0.1000+(20.70×0.0099×0.1000)
C苯甲酸=0.0836mol/L
14.滴定0.6300g某纯有机二元酸用去NaOH溶液(0.3030mol/L)38.00mL,并又用了HCl溶液(0.2250mol/L)4.00mL回滴定(此时有机酸完全被中和),计算有机酸的相对分子质量。
解:
15.有工业硼砂1.000g,用HCl溶液(0.1000mol/L)24.50mL,滴定至甲基橙终点,分别求下列组分的质量分数。
(1)Na2B4O7.10H2O
(2)Na2B4O7(3)B
解:
滴定反应:
Na2B4O7+2HCl+5H2O=4H3BO3+2NaCl
18.在0.2815g含CaCO3及中性杂质的石灰石里加入HCl溶液(0.1175mol/L)20.00mL,滴定过量的酸用去5.60mLNaOH溶液,1mLNaOH溶液相当于0.975mLHCl,计算石灰石的纯度及CO2的质量分数。
解:
滴定反应CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O
20.有Na2CO3溶液(0.1mol/L)20mL两份,用HCl溶液(0.2mol/L)滴定,分别用甲基橙和酚酞为指示剂,则变色时所用盐酸的体积各为多少?
解:
甲基橙做指示剂的反应式:
Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2+H2O
酚酞做指示剂的反应式:
Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl
甲基橙变色消耗HCl20ml,酚酞变色消耗HCl10ml
21.取工业用Na2CO3碱1.000g溶于水,并稀释至100.00mL,取其中25.00mL,以酚酞为指示剂消耗HCl溶液(0.1015mol/L)24.76mL。
另取25.00mL以甲基橙为指示剂,消耗同样浓度的HCl43.34mL,则:
(1)该工业碱中有哪几种碱?
(2)计算各种碱的质量分数
解:
(1)含:
↓V甲基橙V甲=2V酚
CO2+H2O
含:
Na2CO3V酚酞NaHCO3
NaHCO3NaHCO3V甲>2V酚
↓V甲基橙
CO2+H2O
含:
Na2CO3V酚酞NaHCO3
NaOHNaClV甲>V酚
↓V甲基橙
CO2+H2O
NaCl
因为V甲>V酚,V甲<2V酚,说明该工业碱中有NaOH和Na2CO3
NaOH→NaCl消耗的HCl[43.34-2×(43.34-24.76)]ml:
NaHCO3→CO2+H2O消耗的HCl(43.34-24.76)ml:
25.粗胺盐1.000g加过量NaOH溶液,产生的氨经蒸馏吸收在50.00mL、0.5000mol/L的酸中,过量的酸用NaOH溶液(0.5000mol/L)回滴,用去1.56mL,计算试样中NH3的质量分数。
解:
由题意得
26.用NaOH溶液(0.1000mol/L)滴定HCOOH溶液(0.1000mol/L)时,
(1)用中性红为指示剂,滴定到pH=7.0为终点;
(2)用百里酚酞为指示剂,滴定到pH=10.0为终点,分别计算它们的滴定终点误差。
解:
强碱滴定弱酸pH=7.0时,
pH=10.0时,
27.以HCl溶液(0.01000mol/L)滴定NaOH溶液(0.01000mol/L)20.00mL,
(1)用甲基橙为指示剂,滴定到pH=4.0为终点;
(2)用酚酞为指示剂,滴定到pH=8.0为终点,分别计算滴定终点误差,并指出用哪种指示剂比较合适。
解:
强酸滴定强碱
①终点pH=4.0
终点在计量点后
②终点pH=8.0
终点在计量点前
用酚酞较合适
28.配制高氯酸冰醋酸溶液(0.05000mol/L)1000mL,需用70%HClO44.2mL,所用的冰醋酸含量为99.8%、相对密度1.05,则应加含量为98%、相对密度1.087的乙酸酐多少毫升,才能完全除去其中的水分?
解:
(CH3CO)2O+H2O====2CH3COOH
按题意:
(高氯酸相对密度1.75)
设应加乙酸酐Xml
即
解之得:
应加乙酸酐X=22.60(ml)
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