北京市一零一中学2013年高中化学竞赛第19讲容量分析包括对有效数字的概念.docVIP

PAGE - 第十九讲 PAGE 20 - 第19讲 容量分析（包括有效数字的概念） 【竞赛要求】 在化学计算和化学实验中正确使用有效数字。定量仪器（天平、量筒、移液管、滴定管、容量瓶等等）测量数据的有效数字。运算结果的有效数字。常见容量分析的基本概念（被测物、基准物质、标准溶液、指示剂、滴定反应等）。酸碱滴定的滴定曲线（酸碱强度、浓度、溶剂极性对滴定突跃影响的定性关系）。酸碱滴定指示剂的选择。高锰酸钾、重铬酸钾、硫代硫酸钠、EDTA为标准溶液的基本滴定反应。常见容量分析的基本操作、基本反应及分析结果的计算。容量分析的误差分析。 【知识梳理】 容量分析的基本概念和原理 待测物质中有关组分含量的测定是定量分析要作的工作。测定的化学原理是化学反应： 待测组分X + 试剂R = 产物P 容量分析是通过消耗试剂体积从而知道物质的量，按以上反应的化学计量关系求算待测量的。 作滴定分析时，将一定体积的待测溶液置于锥形瓶中，将已知浓度的试剂通过滴定管滴加到锥形瓶中，当达到滴定终点时，准确读得所加试剂的体积，求得所加试剂的物质的量，从而求出待测组分的物质的量浓度。也可以倒过来把待测溶液从滴定管中滴入锥形瓶中的标准溶液中。那么，滴定终点如何确定呢？这是在滴定反应中最为关心的问题——指示剂地选择。滴定终点即指示剂的变色点。由于指示剂的变色点和化学反应的计量点往往不一致，由此造成的误差称为终点误差或系统误差。 由于滴定分析中要测体积，故把滴定分析又叫容量分析。滴定分析的方法通常有：直接滴定法、返滴定法、间接滴定法。 二、常见容量分析方法及其应用 （一）酸碱滴定法 1、酸碱滴定法的基本原理 酸碱滴定法是以酸碱反应为基础的滴定分析方法。其中，常用的标准溶液是浓度为0.1 mol·L－1的HCl和NaOH溶液。 盐酸是由基准物碳酸钠标定的，碳酸钠的量是由称量而来的，标定反应为： Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2↑ NaOH是用称得的邻苯二甲酸氢钾标定的，反应是： C COOH COOK + NaOH = COONa COOK + H2O 在酸碱滴定中，最重要的是选择最合适的指示剂来指示滴定终点。为此，必须了解滴定过程中溶液pH的变化情况，特别是化学计量点前后一定准确度范围内（如相对误差为0.1%）溶液pH的变化情况。下面通过实例来说明滴定原理，并说明滴定曲线。 （1）强碱滴定强酸（或强酸滴定强碱） 用标准NaOH溶液滴定HCl，滴定反应为：H+ + OH– = H2 滴定常数Kt = 1/Kw = 1014.00。根据质子条件：[H+] = cHCl + [OH–] － cb （19-1） （19-1）式中cHCl为滴定过程中盐酸的浓度，cb为NaOH加入到被滴溶液后的瞬时浓度，cHCl和cb均随滴定反应的进行而不断变化着，可用滴定分数a 来衡量滴定反应进行的程度，在酸碱滴定中 a = == （19-2） 将a代入（19-1）式，并使用[OH–]=，可推导强碱滴定强酸的滴定曲线方程为： Kt [H+]2 + Kt cHCl (a－1)[H+]－1 = 0 （19-3） 或 [H+] = （19-4） 为简便起见，设标准NaOH的浓度0.1000 mol·L－1，其滴入的体积Vb在0mL~40mL之间变动，又设被滴定的HCl 的浓度与NaOH相同，其体积VHCl为20.00mL，于是式（19-3）中的a就转化体积之比 a = == （19-5） 令a在0~2范围内取值，步长0.001，根据式（19-3）可解出对应每个a值的[H+]，并绘出滴定曲线。 注意在用式（19-3）解出[H+]后，还需除以一个反映体积变化的因子，才是实际滴定过程中的[H+]或pH。把最终pH计算结果列入表19-1，并绘成图19-1。 表19-1 用0.1000 mol·L－1的NaOH溶液滴定20.00mL 0.1000 mol·L－1 HCl溶液的pH 加入的NaOH /mL 滴定百分数 剩余盐酸 /mL 过量的NaOH /mL H+ /mol·L–1 pH 0.00 0.00 20.00 1.0×10–1 1.00 18.00 90.00 2.00 5.26×10–3 2.28 19.8. 99.00 0.20 5.02×10–4 3.30 19.96 99.80 0.04 1.00×10–4 4.00 19.98 99.90 0.02 5.00×10–5 4.30 20.00 100.0 0.00 1.00×10–7 7.00 20.02 100