强碱-弱酸的滴定曲线

4-5酸鹼滴定與滴定曲線12選修化學(上)酸鹼滴定與滴定曲線4-5化學實驗時，常需要測知溶液的濃度，而滴定（titration），是常用方法之一。滴定是一種利用已知濃度的溶液來測定另一溶液濃度的方法，其中最常見的是酸鹼滴定與氧化還原滴定。本節將探討酸鹼滴定，而氧化還原滴定則在第5章中討論。3選修化學(上)酸鹼滴定與滴定曲線4-54-5.1酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.2滴定曲線與酸鹼指示劑的選用4選修化學(上)學習目標：了解酸鹼滴定的原理、操作，並能做簡單計算。了解滴定曲線及指示劑的選用。酸鹼滴定與滴定曲線4-55選修化學(上)利用已知濃度的標準酸液（或標準鹼液）來測定未知濃度的鹼液（或酸液）的過程，稱為酸鹼滴定（acid-basetitration）。酸鹼滴定的原理是利用在達當量點（equivalencepoint）時，酸釋出H+的莫耳數等於鹼釋出OH－的莫耳數，即•CA、CB分別表示酸鹼的體積莫耳濃度，•VA、VB分別表示酸鹼的體積，•a、b分別表示一莫耳酸或鹼可解離出的H+或OH－莫耳數。酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.16選修化學(上)滴定操作：通常將已知濃度的標準液裝在滴定管中，稱為滴定液（titrant）；接著精確量取一定體積的待測液置於錐形瓶中，並滴入數滴的酸鹼指示劑。將滴定液緩緩滴入待測液中，並攪動使溶液均勻，直到指示劑變色，便達滴定終點（titrationendpoint），記錄滴定液所消耗的體積，便可求得待測液的濃度。酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.17選修化學(上)滴定操作：事實上，至滴定終點和當量點所消耗的滴定液之體積未必相同；只要選擇適當的指示劑，兩者的體積差異可忽略，通常都將滴定終點視為當量點。酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.18選修化學(上)酸鹼指示劑：為有機弱酸或有機弱鹼，與其共軛鹼或共軛酸的顏色不同；當溶液的pH值小於某x值時，會呈現酸式的顏色；溶液的pH值大於某y值時，則呈現鹼式的顏色；pH值介於x～y之間，則呈兩者的混合色調。以甲基橙為例：•當溶液的pH值大於4.4時呈黃色，•pH值小於3.2時則呈紅色，•pH值介於3.2～4.4時則為黃與紅的混合色調。酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.19選修化學(上)常見酸鹼指示劑的變色範圍及顏色，如下表：酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.1稱取單質子酸HA2.44克，配成250毫升溶液。量取該溶液50.0毫升，以0.100MNaOH溶液滴定，用去40.0毫升達當量點，則該酸的分子量為何？解答設該酸的分子量為x，由酸釋出H+的莫耳數等於鹼釋出OH－的莫耳數，得32.4450.010.10040.0101x250－＝解得x＝122答：該酸的分子量為122範例4-1110選修化學(上)維生素C又名抗壞血酸，分子式為C6H8O6，是二質子酸。維生素C藥丸中維生素C的含量，可利用氫氧化鈉溶液滴定測得。某維生素藥丸0.450克，以0.100M氫氧化鈉溶液滴定，需24.4毫升才達當量點，則該藥丸含維生素C的重量百分率為何？設該藥丸含維生素C的重量百分率為x％解答由30.45x%20.10024.410176－＝解得x＝47.7答：47.7％練習題4-1111選修化學(上)12選修化學(上)在滴定過程中，可以pH值測定儀測得溶液的pH值，該值會隨所加入的滴定液之體積而改變。以溶液的pH值為縱軸、所加入滴定液的體積為橫軸作圖，所得的圖形稱為。滴定曲線（titrationcurve）在滴定曲線上會有一近乎垂直線段的pH值變化範圍，所選用的指示劑，其變色範圍只要是落在垂直線段的範圍內均可使用，最佳的指示劑是變色範圍愈靠近當量點且顏色變化明顯者。滴定曲線與酸鹼指示劑的選用4-5.213選修化學(上)強鹼－強酸的滴定曲線室溫時，以0.100M氫氧化鈉溶液滴定0.100M鹽酸40.0mL的滴定曲線，如圖：1.A點為尚未加入NaOH溶液的鹽酸，此時[HCl]＝0.100M，[H+]＝0.100M，故溶液的pH值為1.00。4-5.2.114選修化學(上)室溫時，以0.100M氫氧化鈉溶液滴定0.100M鹽酸40.0mL的滴定曲線，如圖：2.B點為加入NaOH溶液20.0mL後的混合溶液，其氫離子濃度為故溶液的pH值為1.48。強鹼－強酸的滴定曲線4-5.2.115選修化學(上)室溫時，以0.100M氫氧化鈉溶液滴定0.100M鹽酸40.0mL的滴定曲線，如圖：3.C點為加入NaOH溶液40.0mL後的混合溶液，NaOH與HCl恰好完全反應，故C點為當量點。此時溶液為氯化鈉水溶液，因Na+及Cl－均不水解，故溶液呈中性，pH值為7.00。強鹼－強酸的滴定曲線4-5.2.116選修化學(上)室溫時，以0.100M氫氧化鈉溶液滴定0.100M鹽酸40.0mL的滴定曲線，如圖：4.D點為加入NaOH溶液60.0mL後的混合溶液，已超過當量點，故有未反應的氫氧離子，其濃度為溶液的pOH為1.70，故pH值為12.3。強鹼－強酸的滴定曲線4-5.2.117選修化學(上)室溫時，以0.100M氫氧化鈉溶液滴定0.100M鹽酸40.0mL的滴定曲線，如圖：•近乎垂直線段的pH值範圍約為4.00~10.0之間，•因此可以選用甲基紅（4.20~6.30）、石蕊（4.50~8.30）、溴瑞香草酚藍（6.00~7.60）、酚紅（6.80~8.40）或酚酞（8.20~10.0）作為指示劑，•其中最常使用的為酚酞。強鹼－強酸的滴定曲線4-5.2.118選修化學(上)同理，可求得強酸滴定強鹼的滴定曲線上任一點的pH值。以0.100M鹽酸滴定0.100M氫氧化鈉溶液40.0mL的滴定曲線，如圖：強鹼－強酸的滴定曲線4-5.2.119選修化學(上)強鹼－弱酸的滴定曲線室溫時，以0.100M氫氧化鈉溶液滴定0.100M單質子弱酸HA（Ka＝1.00×10－5）水溶液40.0mL的滴定曲線，如圖：1.A點為尚未加入NaOH溶液的弱酸溶液，此時溶液的pH值決定於0.100MHA溶液解離出的H+，溶液的pH值為3.00。4-5.2.220選修化學(上)室溫時，以0.100M氫氧化鈉溶液滴定0.100M單質子弱酸HA（Ka＝1.00×10－5）水溶液40.0mL的滴定曲線，如圖：2.B點為加入NaOH溶液20.0mL後的混合溶液，此時溶液的pH值為5.00。此時所加入NaOH的體積為在當量點時所需NaOH體積的一半，稱為半當量點，pH＝pKa。強鹼－弱酸的滴定曲線4-5.2.221選修化學(上)室溫時，以0.100M氫氧化鈉溶液滴定0.100M單質子弱酸HA（Ka＝1.00×10－5）水溶液40.0mL的滴定曲線，如圖：強鹼－弱酸的滴定曲線4-5.2.23.C點為加入NaOH溶液40.0mL後的混合溶液，NaOH恰好與HA完全反應。溶液的pH值由A－的水解決定，利用NaA的水解常數可計算出溶液的pH值為8.85。22選修化學(上)室溫時，以0.100M氫氧化鈉溶液滴定0.100M單質子弱酸HA（Ka＝1.00×10－5）水溶液40.0mL的滴定曲線，如圖：強鹼－弱酸的滴定曲線4-5.2.24.D點為加入NaOH溶液50.0mL後的混合溶液，此時已超過當量點，故有氫氧離子未反應完。由剩餘的氫氧離子濃度可計算出溶液的pH值為12.1。23選修化學(上)同理，可求得強酸滴定弱鹼的滴定曲線上任一點的pH值。以0.100M鹽酸滴定0.100M氨水40.0mL的滴定曲線，如圖：可選用甲基紅為指示劑強鹼－弱酸的滴定曲線4-5.2.21.甲：1.0MHCl，乙：1.0MHF，丙：1.0MCH3COOH，等體積的上列三種溶液同以0.10MNaOH滴定，則下列何者正確？(多重選擇題)(A)酸強度：甲＞乙＞丙(B)達當量點時，所需NaOH體積：甲＞乙＞丙(C)達當量點時，所需NaOH體積：丙＞乙＞甲(D)達當量點時，pH值：丙＞乙＞甲(E)達中和點時，pH值：甲＝乙＝丙學習成果評量24選修化學(上)2.某單質子弱酸（HA）溶液100mL以0.50MNaOH溶液滴定得滴定曲線如右圖所示，試回答以下問題：(2)酸之Ka值為若干？(3)當量點之pH值約為若干？(4)在上述滴定實驗中，應選用何種指示劑最適當？(1)酸在滴定前的濃度為若干M？解答(1)達當量點時，用去NaOH20mL，代入CA×VA＝CB×VBCA×100＝0.50×20得CA＝0.10M學習成果評量25選修化學(上)2.某單質子弱酸（HA）溶液100mL以0.50MNaOH溶液滴定得滴定曲線如右圖所示，試回答以下問題：(2)酸之Ka值為若干？開始滴定前pH＝3，表示溶液中[H+]＝10－3M代入+a33[H][A]K[HA](10)(10)0.10510－－－－＝＝＝學習成果評量26選修化學(上)2.某單質子弱酸（HA）溶液100mL以0.50MNaOH溶液滴定得滴定曲線如右圖所示，試回答以下問題：(3)當量點之pH值約為若干？從圖形判斷，達當量點時pH約為9。(4)應選用何種指示劑最適當？因達當量點時pH約為9，應選用於鹼性範圍變色的指示劑，即酚酞。學習成果評量27選修化學(上)28選修化學(上)1.布-洛酸鹼學說：酸鹼反應是質子轉移的反應，提供質子的物質稱為酸，接受質子的物質則稱為鹼。2.兩性物質：既可作為酸，亦可作為鹼的物質。3.共軛酸鹼對：如4.較強酸的共軛鹼為較弱鹼，較弱酸的共軛鹼則為較強鹼；同理較強鹼的共軛酸為較弱酸，而較弱鹼的共軛酸則為較強酸。4-1布-洛酸鹼學說本章摘要CH429選修化學(上)5.酸的解離常數Ka愈大者，其酸性愈強；鹼的解離常數Kb愈大者，其鹼性愈強。6.多質子酸在水中逐步解離，每一步驟皆有其對應的解離常數，分別以、等表示，且……，其酸性強弱由決定；愈大者，酸性愈強。7.酸鹼的解離必須遵守電荷平衡及質量平衡。8.弱酸或弱鹼會因同離子存在，而降低其解離度。4-2酸鹼的解離平衡本章摘要CH430選修化學(上)9.鹽為離子化合物，可視為酸中可解離的氫離子（H+）被金屬陽離子或銨離子（NH4+）取代；或鹼中可解離的OH－被非金屬陰離子或酸根取代而成。10.酸中可解離的H+或鹼中可解離的OH－全部被取代，所形成的鹽稱為正鹽。11.多質子酸的部分可能解離的氫離子被金屬離子或銨離子取代，所形成的鹽稱為酸式鹽。12.多元鹼的部分可離解之氫氧離子被酸根或非金屬陰離子取代，所形成的鹽稱為鹼式鹽。4-3鹽類本章摘要CH431選修化學(上)13.由兩種或兩種以上的陽離子或陰離子組合而成的鹽類稱為複鹽。14.含有錯離子的鹽稱為錯鹽。15.鹽類中的陰、陽離子和水反應，而使其水溶液呈現鹼性或酸性，稱為水解。16.共軛酸鹼對之Ka與Kb的乘積等於Kw。4-3鹽類本章摘要CH432選修化學(上)4-4緩衝溶液17.緩衝溶液是由弱酸與其鹽或弱鹼與其鹽組成的溶液，其pH值不會因為加入少量的強酸或強鹼而大幅改變。4-5酸鹼滴定與滴定曲線18.利用已知濃度的標準酸液（或標準鹼液）來測定未知濃度的鹼液（或酸液）的過程，稱為酸鹼滴定。19.酸鹼滴定的計量是利用在達當量點時，酸釋出H+的莫耳數等於鹼釋出OH－的莫耳數。20.滴定曲線在當量點附近，其pH值急遽變化。本章摘要CH4