大学无机化学：酸碱平衡与酸碱滴定

大学无机化学酸碱平衡与酸碱滴定的思维导图。酸碱平衡是指在正常生理状态下，血液的酸碱度（pH值）通常维持在一个范围内，即动脉血pH值稳定在7.35～7.45（平均7.40）之间的稳定状态。酸碱滴定就是利用酸和碱在水中以质子转移反应为基础的滴定分析方法。

第七章.酸碱平衡与酸碱滴定法P189

• 7-4 酸碱指示剂
  • 一、 酸碱指示剂的变色原理------能够解释
    • 酸碱指示剂为有机弱酸或弱碱，其共轭酸碱具有不同的结构及颜色。 当溶液酸度改变时，使得酸碱指示剂从一种结构变为另一种结构，从而 溶液的颜色发生相应的改变
  • 二、 酸碱指示剂变色范围及影响因素
    • 1.指示剂变色范围（指示剂常数）
    • 2.常用酸碱指示剂及其变色范围P210
    • 3.酸碱指示剂变色范围的影响因素
      • 1)指示剂用量 2）温度 3）指示剂的颜色变化方向（酚酞用于碱滴定酸的体系，不用于酸滴定碱的体系）
  • 三、 混合指示剂
    • 具有更窄的变色范围，变色更敏锐
• 7-5 酸碱滴定曲线和指示剂的选择
  • 滴定曲线：反映滴定过程中溶液pH 的变化趋势
  • 滴定曲线的作用：1)确定滴定终点时，消耗的滴定剂体积； 2)判断滴定突跃大小； 3)确定滴定终点与化学计量点之差； 4)选择指示剂
  • 一、强酸强碱滴定P212 二、一元弱酸（碱）的滴定P215
  • 滴定曲线
    • 滴定突跃：化学计量点前后很小的范围内溶液的pH变化最大
    • 滴定突跃范围是选择指示剂的主要依据----变色范围全部或部分在突跃范围内（滴定突跃的实际意义)
      • 指示剂变色点（滴定终点）与化学计量点并不一定相同，但相 差不超过±0.02mL,相对误差不超过±0.1%
    • 滴定突跃范围与酸碱浓度的关系
      • 滴定剂和被测溶液的浓度 越大，滴定突跃范围越大
    • （1）滴定前，弱酸在溶液中部分解离----与强酸相比， 曲线开始点抬高 （2）滴定开始时，中和生成的Ac - 产生同离子效应，使HAc 更难解离，c(H + )降低较快—— pH升高较快 （3）继续滴加NaOH，溶液形成缓冲体系，曲线变化平缓 （4）接近化学计量点时， 溶液中剩余的HAc 很少----pH 变化加快 （5）化学计量点前后产生pH突跃，与强酸相比，突跃变小 （6）酸性范围内变色指示剂甲基橙、甲基红等不可选用，只能选择碱性范围内指示剂 ，如酚酞 （7）弱酸pKa⊖ 越小，突跃范围越小 （8）强碱滴定一元弱酸，突跃范围的大小不但与溶液的浓度有关，而且与酸的强弱有关。
      • 一元酸能被强碱准确滴定的判据：
  • 三、多元弱酸弱碱的滴定
    • 在多元弱酸碱的分步滴定中，副反应对主反应完全程度影响的 大小，决定于相邻两级解离常数的比值
    • 1 、若 在第一化学计量点附近有较大pH突跃，即可分步滴定至第一终点，终点误差小于±1%(0.5%) 1)若同时 可继续滴定至第二终点，终点误差小于±0.2% 2)若同时 则不可滴定至第二终点 2 、若 不能分步滴定至第一终点，但可滴定至第二终点，终点误差小于± 0.2%。
• 7-6 酸碱滴定法的应用
  • 一、 酸碱标准溶液的配制和标定
    • 1.酸溶液的标定
      • 1）硼砂 , 基准物质的处理： 防止风化——重结晶 保存环境——相对湿度60%（饱和食盐和蔗糖水溶液）
      • 2）无水碳酸钠 基准物质的处理： 270℃~300℃，除水，防止温度过高生成氧化钠
    • 2.酸溶液的标定
      • 1）邻苯二甲酸氢钾 化学计量点pH = 9.0 酚酞 2）草酸 化学计量点pH = 8.5 酚酞
  • 二、 滴定方式及酸碱滴定法的应用
    • 直接滴定法—— 混合碱的测定P225
• 7-3 酸碱水溶液酸度的计算
  • 1.分析浓度—— 一定体积溶液中含某种物质的量，包括已离解和未离解两部分，也称总浓度 2.平衡浓度—— 溶解到平衡时溶液中存在的各组分的物质的量浓度
  • 1.酸的浓度——单位体积溶液中所含某种酸的物质的量（mol）， 包括未解离的和已解离的酸的浓度 2.酸度——溶液中H + 的浓度或活度，常用pH表示
  • 一、 质子条件式（质子等恒式，PBE）
    • 定义：酸碱反应达平衡时，酸失去的质子数与碱得到的质子数相等 （考虑各项的系数以得失质子数为基础）
  • 二、 一元弱酸、弱碱水溶液酸度的计算
    • 1.近似式(酸，碱）
      • 条件
      • 公式
    • 2.最简式(酸，碱）
      • 条件
      • 公式
  • 三、 多元弱酸、弱碱水溶液酸度的计算（了解）
  • 四、 缓冲溶液
    • 1. 1)概念（特性）：能够抵抗少量外加的强酸、强碱或适量的稀释而保持酸度基本不变的溶液，称为缓冲溶液 2)具备的条件：大量的抗酸物质和抗碱物质共存
    • 2.缓冲溶液的缓冲原理——能够解释P206
    • 3.缓冲溶液pH的计算
      • 注意：这里的浓度不是原浓度，而是混合之后溶液的浓度
      • 1).弱酸及其共轭碱 2).弱碱及其共轭酸
    • 4.缓冲溶液的配制
      • 1.缓冲容量指缓冲溶液的缓冲能力 2.缓冲范围——能够起缓冲作用的pH区间
      • 对 弱酸- 共轭碱 组成的有效缓冲溶液，c( 酸)/c( 共轭碱) 的比值应处于1/10 和10/1 之间： 同样，对 弱碱- 共轭酸 组成的有效缓冲溶液也有：
• 7-2影响酸碱平衡的因素(解释前三）
  • 一、 稀释作用
    • 解离度α：电解质在水溶液中达到解离平衡时解离的百分率
    • 稀释定律（解释）：一定温度下，弱电解质的解离度随溶液浓度 的降低而增大
  • 二、 同离子效应
    • 在弱酸或弱碱溶液中加入含有相同离子的强电解质，从而使其解离度降低的现象
  • 三、 盐效应（微弱）
    • 在弱酸或弱碱溶液中加入不含相同离子的强电解质，使弱电解质的解离度增加的效应
    • 1）产生盐效应的原因——溶液中离子之间的静电作用 2）盐效应的结果——弱电解质的解离度或难溶物的溶解度增大 3）盐效应的大小——远远小于同离子效应 ①对于难溶物 同离子效应 溶解度降低 盐效应 溶解度略有升高 ②弱电解质 同离子效应 解离度降低 盐效应 解离度升高
  • 四、 介质酸度对弱酸( ( 碱) )
    • 分布系数： 平衡时溶液中某物种的浓度占总浓度的分数
• 7-1酸碱质子理论
  • 一、 质子酸碱的概念
    • 酸：凡是能给出质子(H + )的物质（分子或离子） 碱：凡是能接受质子( H + )的物质（分子或离子）
    • 共轭酸碱对 (酸 ⇌ 碱 + 质子)
      • 两性物质(特别的：水是两性物质)P189
        • 酸和碱的区别仅在于对质子亲和力的不同
  • 二、 酸碱反应
    • 定义P189
      • 一个酸碱反应包含两个酸碱半反应和两个共轭酸碱对
  • 三、 水溶液中的酸碱反应及其解离平衡常数
    • 1.水的质子自递反应------水的解离反应
      • 水的解离其反应的标准平衡常数表达式为：
        • 水的离子积常数： 与浓度、压力无关，与温度有关
    • 2.酸、碱的强度
      • （１）一元弱酸弱碱的解离
      • （ 2 ）多元弱酸弱碱的解离---分步进行
      • （3）共轭酸碱对酸碱强弱的关系