分析化学

分析化学之酸碱滴定法思维导图，包括分布系数与分布曲线、酸碱溶液pH计算、酸碱标准溶液的配制和标定、酸碱平衡理论基础等内容。

酸碱滴定法

• 分布系数与分布曲线
  • 平衡浓度与分析浓度
    • 平衡浓度
      • 酸(碱) 解离达到平衡时 ，溶液中存在的各型体的物质的量浓度，用[ ]表示
    • 分析浓度
      • 酸(碱) 解离达到平衡时 ，各种型体平衡浓度之和（包括已离解和未离解两部分）称为分析浓度，用C表示
  • 分布系数
    • 定义
      • 溶液中某酸碱型体的平衡浓度占其分析浓度的分数，用δ表示
    • 公式
      • 
    • 特征
      • δ 仅是[H+[和Ka 的函数，与酸的分析浓度c无关
      • 对于给定弱酸， δ 仅与pH有关
      • 各型体的分布系数之和等于1
  • 分布曲线
    • 定义
      • 分布系数与pH有关，改变pH,计算出分布系数,绘图,该图称分布曲线
    • 意义
      • 从分布曲线中可以看出某pH时以哪个型体为主
• 酸碱溶液pH计算
  • 质子条件式
    • 定义
      • 酸、碱或两性物质溶液的平衡系统中，总的得失质子的物质的量相等。所列出的等式就是质子条件式（即质子平衡）
    • 列出质子条件式的步骤
      • 先选参考水平 (又称零水准，选取大量存在,参与质子转移的物质)， （原始的酸、碱、两性组分和水必选）
      • 写出参考水平组分的解离平衡,得出溶液中存在的所有型体
      • 与参考水平平比较，得质子产物(型体)写在等式左边,失质子产物(型体)写在等式右边
      • 浓度项前乘上得失质子数(与参考水平比较 )
  • 酸碱溶液中PH的计算
    • 步骤
      • 质子条件式（质子平衡式）
      • 有关型体平衡浓度用解离常数、氢离子浓度和原始酸或碱的平衡浓度代入，氢氧根浓度[OH-]用Kw/ H+ 代入.
      • 计算[H+]的精确式
        • 酸碱溶液[H+]的计算
          • 强酸强碱溶液
          • 一元弱酸(HA)
            • 精确表达式：
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            • 近似计算公式
              • CaKa≥10Kw ，Ca/Ka ≥105
                • 最简式:
              • CaKa≥10Kw ，Ca/Ka <105
                • 近似式：
              • CaKa＜10Kw ，Ca/Ka ≥105
                • 近似式:
              • CaKa＜10Kw ，Ca/Ka <105
                • 
          • 二元弱酸(H2A)
            • 
      • 近似处理(在合理的误差范围内)，得出计算[H+]的近似式或最简式
        • 近似处理的判别公式
          • 
• 应用
  • 硼酸的滴定——间接滴定法
  • 铵盐和有机氮的测定
    • 蒸馏法
      • H3BO3溶液吸收NH3法
      • 盐酸(或硫酸)标准溶液吸收NH3法
    • 甲醛法
  • 有机含氮化合物中氮的测定——克氏(Kjeldahl)定氮法
  • 测定SiO2
    • 常用重量法测定硅酸盐中SiO2。该方法准确度高，但耗时长。 生产上采用氟硅酸钾法滴定法测定。这是间接的酸碱滴定法
  • 间接滴定法测定H2O2含量
  • 双指示剂法判断组成和测定含量
    • 双指示剂法测定混合磷酸盐
• 酸碱标准溶液的配制和标定
  • 常用酸碱标准溶液的配制与标定
    • 酸标准溶液: HCl
      • 配制
        • 间接配制法配制,然后标定
      • 标定
        • 无水Na2CO3（甲基橙）
          • 无水Na2CO3容易获得纯品，但易吸水（使用前约在270度烘干）而且摩尔质量小。
        • 硼砂(Na2B4O7·10H2O)
          • 硼砂容易获得纯品，摩尔质量大，不易吸水，但空气湿度小于39%，易失去结晶水(应在湿度为60%的恒湿器保存）
      • 指示剂
        • 甲基橙
          • 终点变色：不太敏锐
        • 甲基红
          • 终点变色：变色明显
    • 碱标准溶液: NaOH
      • 配制
        • 间接配制法配制,然后标定
      • 标定
        • 邻苯二甲酸氢钾(KHC8H4O4)
          • 容易获得纯品，摩尔质量大，不易吸水，不含结晶水，容易保存，是常选用的基准物。
        • 草酸(H2C2O4·2H2O)
      • 指示剂
        • 酚酞
• 酸碱滴定
  • 一元
    • 利用一元弱酸碱直接滴定的条件：cKi ≥10-8
    • 根据滴定到化学计量点的产物，计算出滴定到化学计量点时溶液的pH
    • 选择指示剂
      • 所选指示剂的pKHIn与化学计量点时溶液的 pH接近
      • 化学计量点时溶液的pH落在某指示剂的变色范围內
  • 多元
    • 多元酸碱在溶液中分级解离。滴定时是分别滴定每级解离出的氢离子（氢氧根）还是一次滴定溶液中总的氢离子（氢氧根）
    • 几种情况
      • cKa1≥10-9， cKa2 ≥10-9 ；Ka1/Ka2>104
        • 每一级解离出的H+都被滴定，而且可以分步滴定，出现两个滴定突跃
      • cKa1≥10-9， cKa2≥10-9 ；Ka1/Ka2<104
        • 不能分步滴定，只能滴定总的氢离子浓度，出现一个滴定突跃
      • cKa1≥10-9， cKa2<10-9 ；Ka1/Ka2>104
        • 第一级解离出的H+被滴定，但第二级解离出的H+不能被滴定，出现一个滴定突跃
      • cKa1≥10-9， cKa2<10-9 ；Ka1/Ka2<104
        • 第一级解离出的H+和第二级解离H+都不能滴定
• 酸碱平衡理论基础
  • 酸碱质子理论
    • 酸碱的定义
      • 电离理论
        • 酸——电解质水溶液中电离出的阳离子全部是H+的物质
        • 碱——电解质水溶液中电离出的阴离子全部是OH-的物质
      • 电子理论
        • 酸——凡能接受电子对的物质
        • 碱——凡能给出电子对的物质
      • 质子理论
        • 酸——凡能给出质子的物质
        • 碱——凡能接受质子的物质
    • 两性物质
      • 既能给出质子又能接受质子的物质。如多元酸的酸式盐等
    • 酸碱反应实质
      • 既能给出质子又能接受质子的物质。如多元酸的酸式盐等
  • 酸碱解离平衡
    • 共轭酸碱对Ka与Kb的关系为Ka Kb = Kw
      • Ka 越大，酸性越强，其共轭碱的碱性越弱，反之亦然
      • Kb 越大，碱性越强，其共轭酸的酸性越弱，反之亦然。
      • 由Ka可以求出其共轭碱的Kb ，反之亦然
    • 多元酸碱的解离是分布进行
• 酸碱滴定终点的指示方法
  • 酸碱缓冲溶液
    • 定义
      • 能抵抗外加少量的酸、少量的碱或水的稀释，使溶液的pH值基本保持不变的溶液
    • 作用
      • 分析化学上使用缓冲溶液控制测定溶液的pH以及校正pH计时使用标准缓冲溶液(已知准确pH)
    • 类型
      • 弱酸及其共轭碱或弱碱及其共轭酸
      • 两性物质
      • 较高浓度的强酸或强碱
  • 缓冲溶液pH计算
    • 由C酸弱酸及C盐弱酸盐（弱酸及其共轭碱）组成的缓冲溶液
      • 
      • 
    • 由C碱弱碱(Cb)及C盐弱碱盐(Ca)组成的缓冲溶液
      • pH = 14 – pKb- lgCa / Cb
  • 缓冲范围
    • 定义
      • 溶液具有缓冲能力的pH范围
    • 
    • 缓冲容量
      • 改变一升缓冲溶液1个pH单位所需要加入酸或碱的物质的量
    • 缓冲溶液的选择原则
      • 不干扰测定
      • 有较大的缓冲能力，足够的缓冲容量
      • 要控制的pH在缓冲范围内
      • 实用原则： pKa尽量接近要控制溶液的 pH
  • 指示剂的基本原理
    • 指示剂组成
      • 有机弱酸、弱碱
    • 作用原理
      • 指示剂在溶液中存在离解平衡，溶液pH变，指示剂结构变，颜色变
    • 指示剂的变色范围
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    • 常见的指示剂
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    • 指示剂加入量
      • 影响变色敏感程度,宜少不宜多，看清颜色即可
    • 指示剂的选择
      • 一般原则
        • 指示剂的变色范围全部或部分处于pH突跃范围内
      • 实用原则
        • 指示剂的pKHIn尽量接近要化学计量点时 溶液的 pH