4.3溶液酸度的控制和测试

3.5.2酸度的测试与酸碱指示剂酸碱指示剂的作用原理：酸碱指示剂（indicator）一般是弱的有机酸或有机碱，它的酸式与其共轭碱式相比应具有明显不同的色调。当溶液的pH改变时，指示剂失去质子由酸式转化为碱式，或得到质子由碱式转化为酸式，由于结构上的改变，引起了颜色的变化。1.酸碱指示剂的原理及变色范围OH-H+pKa=3.4(CH3)2NNNHSO3-+(CH3)2NNNSO3-甲基橙酚酞COHOHCOO-HOOH-H+pKa=9.1CCOO-OO-[HIn]]][In[HaK][H[HIn]][InaK作用原理indicator作用于人眼的颜色由确定，而又由确定，因此可由颜色的变化判断[H+]的变化，确定滴定的终点。[HIn]][In[HIn]][In][HaKapKInHHIn碱色酸色指示剂颜色pKa变色范围酸色过度碱色甲基橙红橙黄3.43.1~4.4甲基红红橙黄5.24.4~6.2酚酞无色粉红红9.18.0~9.6指示剂变色范围理论变色点：pKa理论变色范围pKa110[HIn]][In1.0甲基橙指示剂的变色范围示意图HInIn0.00.20.40.60.81.002468pH分布系数2.影响指示剂变色范围的各种因素→温度pH18℃100℃甲基橙MO3.1～4.42.5～3.7酚酞PP8.0～9.68.1～9.0例如酚酞设指示剂的总浓度为c,碱型引起传感器（如人的眼睛）响应的最小浓度为a，这是一个固定的值，那么：acaKa[HIn]][In][HCH+pH终点提前单色指示剂，指示剂用量的多少对它的变色范围是有影响的，指示剂加入过多，使变色范围向pH值低的一方移动。→指示剂用量：混合指示剂作用原理分类颜色互补两种指示剂混合指示剂与染料混合例：溴甲酚绿——甲基红pH02468甲基红溴甲酚绿溴甲酚绿—甲基红混合指示剂（mixedindicator）→一类同时使用两种指示剂，利用彼此颜色之间的互补作用，使变色更加敏锐。如溴甲酚绿和甲基红。→另一类由指示剂与惰性染料（如亚甲基蓝，靛蓝二磺酸钠）组成的，也是利用颜色的互补作用来提高变色的敏锐度。→需要将滴定终点限制在很窄的pH范围内，可采用混合指示剂。→非混合指示剂，终点颜色变化约有±0.3pH的不确定度。用混合指示剂，有±0.2pH的不确定度。1.缓冲溶液的定义和种类2.缓冲溶液的PH计算3.缓冲容量、缓冲指数及有效缓冲范围4.缓冲溶液的分类和选择5.缓冲溶液的配制3.5溶液酸度的控制和测试3.5.1缓冲溶液定义缓冲溶液是指具有稳定某种性质的溶液体系。pH缓冲溶液具有稳定体系酸度的特性。分类1、浓度较大的弱酸或弱碱及其共轭酸碱对。2、浓度较大的强酸或强碱。1.缓冲溶液的定义和种类由Camol/LHB和Cbmol/LB-构成的共轭酸碱平衡：BHHBH+BHHBOH-使pH稳定在一个较窄的范围。缓冲溶液的作用机制:高浓度强酸强碱则是因为本身浓度大对少量的酸或碱的加入不敏感而达到稳定pH值的作用的。HBB-+H+0123456701020304050mLofWaterpHa)0123456701020304050mLofWaterpHb)溶液PH值和加入水体积的关系：a)0.500ml0.100mol.L-1HClb)0.500ml0.100mol.L-1NaAc-HAcHClNaAc-HAc2.缓冲溶液的pH计算baaCCK][HbaCCaKlgppH由Camol/LHB和Cbmol/LB-构成的共轭酸碱平衡：解：首先进行体系分析，0.10mol/LNH4F+0.10mol/LHF体系中的酸NH4+，HF；体系中的碱：F-17.3HF)(p25.9)NH(pa4aKK构成缓冲体系17.310.010.0lg17.3lgppHCbCaKa例题求0.10mol/LNH4F－0.10mol/LHF溶液的pH。HFF-+H+buffercapacitybufferindexbufferintensitybuffervalue缓冲指数是指缓冲溶液抵御pH值变化的能力。缓冲容量dpHddpHdabBHHBOH-pHBHHBH+pH式中a与b分别代表加入的强酸或强碱的浓度。缓冲指数是溶液的一个状态参数，当溶液的状态发生变化时，缓冲指数也发生变化。例如，当缓冲溶液被稀释时；往缓冲溶液中加入酸或碱时。3.缓冲容量、缓冲指数与有效缓冲范围影响缓冲指数的因素的讨论：2])H[(][H3.2aaKcKaK][Hc58.0max有效缓冲范围：pKa110[HA]]A[1.000.30.60.91.22468pH缓冲容量或分布系数HAcAcpKa=4.76pKa1分布分数或缓冲指数结论：影响缓冲溶液缓冲指数大小的因素为共轭酸碱对的分布分数和缓冲溶液的总浓度。AHAHA3.2c有效缓冲范围1）HF-F-，pKa=3.17缓冲体系2.17~4.172）HAc-Ac-，pKa=4.763.76~5.763）H2PO4-—HPO42-，pKa2=7.216.21~8.214）Na2B4O7，pKa=9.188.18~10.185）NH3-NH4+，pKa=9.258.25~10.25缓冲容量的物理意义是：使1L溶液的PH增加dpH单位时所需强碱的量，或是使1L溶液的pH减少dpH单位时所需强碱的量。当pH从3.74改变到5.74时缓冲容量为0.082mol/L，即：要使这个缓冲体系的pH从3.74改变到5.74需要加NaOH的量为0.082mol。缓冲容量的大小与缓冲物质的总浓度以及组成此缓冲溶液的Ca/Cb有关。总浓度愈大（一般为0.01～1mol/L之间）；Ca/Cb应在1/10～10/1范围内，浓度愈接近1：1，缓冲容量愈大。4.缓冲溶液的分类和选择普通缓冲溶液主要应用于化学反应或生产过程中酸度的控制，在实际工作中应用很广，在生物学上也有重要意义。标准缓冲溶液主要用于校正酸度计标准缓冲溶液是用来校准pH用的，它的pH值是经过实验准确测定的。如果要用计算来求得某种标准缓冲溶液的pH，必须校准离子强度的影响缓冲溶液选择的原则→缓冲溶液对测量过程应没有干扰。→所需控制的pH应在缓冲溶液的缓冲范围之内。如果缓冲溶液是由弱酸及其共轭碱组成的，pKa值应尽量与所需控制的pH一致，即pKapH。→缓冲溶液应有足够的缓冲容量，以满足实际工作的需要。→缓冲物质应廉价易得，避免污染。作业：4－25