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高中化学各种酸碱中和滴定曲线图的认识与应用

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但万变不离其中,离不开指示剂的选择,离不开滴定曲线的认识与应用,离不开电离平衡、水解平衡与三守恒 ( 电荷守恒、物料守恒、质子守恒 ) 分析比较离子浓度大小等问题。

滴定曲线的认识与应用:酸碱中和滴定曲线图是以所滴入的酸或碱溶液的体积为横坐标、以中和反应后溶液的 pH 为纵坐标体现中和滴定过程的曲线图。

强酸与强碱互相滴定的曲线图,前半部分与后半部分形状变化不大,但中间突跃大 ( 即酸或碱溶液一滴之差,溶液 pH 变化大,出现突变 ) 。分析强酸与强碱互相滴定时的离子浓度大小,只要关注水的电离平衡即可,没有其它平衡影响。

强酸滴定弱碱或强碱滴定弱酸的曲线图,突跃小,较平缓;强酸滴定弱碱的起点低 ( 因弱碱 pH 相对较小 ) ,前半部分形状有差异;强碱滴弱酸的起点高 ( 因弱酸 pH 相对较大 ) ,前半部分形状有差异。分析强碱滴定弱酸或强酸滴定弱碱时的离子浓度大小,不仅要考虑生成盐的水解平衡,而且还要考虑过量弱酸或弱碱的电离平衡与水的电离平衡。

指示剂选择的原则:指示剂的选择不但要考虑变色明显、灵敏,而且要选择指示剂的变色范围与滴定时 pH 突跃范围相吻合,这样就能准确指示到达滴定终点 ( 即酸碱恰好中和时的 pH) 。

一、强酸强碱互相滴定曲线图的应用

例1. 下图曲线 a 和 b 是盐酸与氢氧化钠的相互滴定的滴定曲线,下列叙述正确的是 (   )

A .盐酸的物质的量浓度为 1.0mol·L – 1

C .曲线 a 是盐酸滴定氢氧化钠的滴定曲线

D .酚酞不能用作本实验的指示剂

解析: 认识 滴定曲线 图是解题的关键,强酸与强碱 相互 滴定突跃大,且恰好中和时溶液 pH=7 ,故酚酞、甲基橙均可作指示剂。识图:滴定前 pH=1 , c (HCl)=0.1mol·L-1 , pH=13 , c (NaOH)=0.1mol·L-1 。

二、强酸滴定弱碱曲线图的应用

例2. ( 全国高考 I 卷 12)298K 时,在 20.0mL0.10mol·L – 1 氨水中滴入 0.10mol·L – 1 的盐酸,溶液的 pH 与所加盐酸的体积关系如图所示。已知 0.10 mol·L – 1 氨水的电离度为 1.32% ,下列有关叙述正确的是 ( )

A.该滴定过程应该选择酚酞作为指示剂

B . M 点对应的盐酸体积为 20.0mL

C . M 点处的溶液中 c (NH4+)=c(Cl - )=c(H + )=c(OH - )

D . N 点处的溶液中 pH<12

由电荷守恒知, M 点溶液中 c (H+)=c(OH - ) , c (NH4+)=c(Cl - ), 但 c (NH4+)=c(Cl - )≠c(H+)= c(OH - ) ,故 C 错。 N 点是未滴定前的氨水, c (OH - )=0.10 mol·L-1×1.32%=1.32×10-3mol·L-1 , pH=11+lg1.32 <12 ,故 D 正确。

例3. 在常温下, 0.1000mol·L-1Na2CO3 溶液 25mL 用 0.1000mol·L-1 盐酸滴定,其滴定曲线如图所示。对滴定过程中所得溶液中相关离子浓度间的关系,下列有关说法正确的是 (   )

① a 点: c (CO3 2 - )>c(HCO3 - )>c(OH - )

② b 点: 5c (Cl - )>4c(HCO3 - )+4c(CO3 2 - )

③ c 点: c (OH - ) = c (H + ) + c (HCO3 - ) + 2c (H2CO3)

④ d 点: c (H + ) = 2c (CO3 2 - ) + c (HCO3 - ) + c (OH - )

A . ①②   B . ②③ C . ③④ D . ②④

解析: 用 盐酸滴定 Na2CO3 溶液依次反应为:

HCl+Na2CO3==NaHCO3+NaCl,HCl+NaHCO3==H2CO3+NaCl。显然, a 、 b 、 c 点盐酸不足,均按第一个反应进行, d 点二者恰好完全反应,按两个反应进行。 a 点滴入12.5mL盐酸反应后得到等量Na2CO3和NaHCO3的混合溶液,因CO3 2 - 水解程度大于HCO3 - ,故有 c (CO3 2 - )<c (HCO 3 - ),①错。

b 点滴入20mL盐酸反应后得到NaHCO3、NaCl、Na2CO3的混合溶液,HCl与Na2CO3的物质的量之比为4∶5,由物料守恒知:5c(Cl - )=4c(HCO3 - )+4c(CO3 2 - )+4c(H2CO3),故②正确。

c 点滴入25mL盐酸反应后溶质为NaHCO3和NaCl,由质子守恒知: c (OH - )+ c (CO3 2 - )= c (H + )+ c (H2CO3),③错。

d 点滴入50mL盐酸反应后溶质为NaCl和H2CO3,由电荷守恒知: c (Na + ) +c(H + )= 2c (CO3 2 - )+ c (HCO3 - )+ c (OH - )+c(Cl - ) ,因 c (Na + )= c (Cl - ) ,故④正确。正确答案为 D 。

三、强碱滴定弱酸曲线图的应用

例4. 常温下,用 0.1000mol·L – 1 NaOH 溶液滴定 20.00mL0.1000mol·L – 1 CH3COOH 溶液,滴定曲线如图。下列说法正确的是 (   )

A .点 ① 所示溶液中: c (CH3COO - ) + c (OH - )=c(CH3COOH) + c (H + )

B .点 ② 所示溶液中: c (Na + )=c(CH3COOH) + c (CH3COO - )

C .点 ③ 所示溶液中: c (Na + )>c(OH - )>c(CH3COO - )>c(H + )

D .滴定过程中可能出现: c (CH3COOH)>c(CH3COO - )>c(H + )>c(Na + )>c(OH - )

点 ②处 是 pH = 7 的 CH3COONa 与少量 CH3COOH 的混合溶液 , c (OH - )=c(H + ) ,由电荷守恒知: c (Na + )=c(CH3COO - ) , B 错;

c (CH3COOH)> c (CH3COO - )> c(H + ) >c(Na + )>c(OH - ) ,正确答案为 D 。

例5. ( 浙江高考 )25 ℃ 时,用浓度为 0.1000 mol·L – 1 的 NaOH 溶液分别滴定 20.00mL 浓度均为 0.1000mol·L – 1 的三种酸 HX 、 HY 、 HZ ,滴定曲线如图所示。下列说法正确的是 (   )

A .在相同温度下,同浓度的三种酸溶液的导电能力顺序: HZ

B .根据滴定曲线,可得 K a (HY)≈10 – 5

C .将上述 HX 、 HY 溶液等体积混合后,用 NaOH 溶液滴定至 HX 恰好完全反应时: c (X - )>c(Y - )>c(OH - )>c(H + )

D . HY 与 HZ 混合达到平衡时 : c (H + ) = [Ka(HY)·c(HY)/c(Y - )] + c (Z - ) + c (OH - )

当pH=5时,10.00mL NaOH溶液滴定等浓度的HY溶液,得到等量的HY与NaY的混合溶液,由于溶液中c(H+)=10-5mol·L-1,c(Y-)≈ c(HY) , K a (HY) = c (H + )·c(Y - )/c(HY) ≈10 – 5 , B 正确;

当 HX 、 HY 溶液等体积混合后,用 NaOH 溶液滴定至 HX 恰好反应时,得到等量的 NaY 与 NaX ,由于 X - 水解程度大于 Y - ,故 Y - 的浓度应大于 X - , C 错;

当 HY 与 HZ 混合达平衡时,由电荷守恒知: c (H + ) = c (Y - ) + c (Z - ) + c (OH - ) , c (Y - ) = K a (HY)·c(HY)/c(H + ) , D 错。正确答案为 B 。

四、现场体验

1 . ( 山东高考 ) 室温下向 10mL0.1mol·L-1NaOH 溶液中加入 0.1mol·L-1 一元酸 HA 溶液, pH 的变化曲线如图所示。下列说法正确的 ( )

A . a 点所示溶液中 c(Na+)>c(A - )>c(H+)>c(HA)

B . a 、 b 两点所示溶液中水的电离程度相同

C . pH=7 时, c(Na+)=c(A - )+c(HA)

D . b 点所示溶液中 c(A - )>c(HA)

2 .下列有关溶液中粒子浓度的关系式,正确的是 (   )

A . pH 相同的 ① CH3COONa 、 ② NaHCO3 、 ③ C6H5ONa 三种溶液中的 c (Na+) : ③ > ② > ①

B . 0.1mol·L – 1 某二元弱酸强碱盐 NaHA 溶液中: c (Na + ) = 2c (A2 - ) + c (HA - ) + c (H2A)

C . 下 图中 pH = 7 时 : c (Na + )>c(CH3COO - )>c(OH - ) = c (H + )

D . 上 图中 a 点溶液中各离子浓度的关系是 : c (OH - ) = c (H + ) + c (CH3COO - ) + 2c (CH3COOH)

3 . 20 ℃ 时向 20mL0.1mol·L - 1 醋酸溶液中不断滴入 0.1mol·L - 1 NaOH 溶液,溶液 pH 变化如图所示。此过程中溶液中离子浓度的关系错误的是 ( )

A . a 点: c (CH3COO - )>c(Na+)>c(H+)>c(OH - )

B . b 点: c (Na+)=c(CH3COO - )>c(H+)=c(OH - )

C . c 点: c (H+)=c(CH3COOH)+c(OH - )

D . d 点: c (Na+)>c(CH3COO - )>c(OH - )>c(H+)

4 . ( 诸城模拟 ) 现有常温下甲、乙、丙三种溶液,甲为 0.10 mol·L – 1 的 NaOH 溶液,乙为 0.10 mol·L – 1 的 HCl 溶液,丙为 0.10mol·L – 1 的 CH3COOH 溶液,试回答下列问题:

(1) 甲溶液的 pH = ________ 。

(2) 丙溶液中存在电离平衡为 _________________ ( 用电离平衡方程式表示 ) 。

(3) 甲、乙、丙三种溶液中由水电离出的 c (OH - ) 的大小关系为 ______ 。

(4) 某同学用甲溶液分别滴定 20.00mL 乙溶液和 20.00mL 丙溶液,得到如图所示两条滴定曲线,请完成有关问题:

① 甲溶液滴定丙溶液的曲线是 ______( 填 “ 图 1 ” 或 “ 图 2 ” ) ;

② a = ________mL 。

5 .现有 25 ℃ 时 0.1mol·L – 1 的氨水和 0.1mol·L – 1 的 NaOH 溶液,若向各 20mL 的氨水和 NaOH 溶液中分别滴加 0.1 mol·L – 1 的稀盐酸,滴定曲线如图所示,请回答以下问题。

(1) 为减少误差,滴定氨水时宜选用 作为指示剂。

(2) 计算 25 ℃ 时此氨水的电离度 α(NH3·H2O)= 。

(3) 分析滴定曲线,下列说法正确的是 。

A . 滴定氨水曲线中 a 点时: c (Cl - )>c(NH4+)

B . 滴定过程中的任何一点均有: c (Cl - )+c(OH - )=c(NH4+)+c(H+)

C .当滴到 pH=7 时,滴定氨水消耗的 V( 盐酸 ) c(NH4+)>c(H+)>c(OH - )

(4) 当在浓度均为 0.3mol·L-1 的氯化铵和氨水的混合溶液中滴加少量稀盐酸或稀 NaOH 溶液,发现溶液的 pH 几乎不变,其原因是 。

五、参考答案:

1 . D 2 . D 3 . C

4 . (1)13   (2)CH3COOH
CH3COO - + H +   H2O
OH - + H +

(3)丙>甲=乙  (4)①图2  ②20.00

5 . (1) 甲基橙 (2) 1% (3)BC

(4) 在氯化铵和氨水的混合溶液中存在平衡: NH4++H2O
NH3·H2O+H+ , NH3·H2O
NH4++OH - ,当向混合液中加入少量酸溶液时,氯化铵的水解平衡向左移动,氨水的电离平衡向右移动, c (H+) 增加不大;当向溶液中加入少量碱溶液时,氯化铵的水解平衡向右移动,氨水的电离平衡向左移动, c (OH - ) 增加不大。因此,当加入少量酸或碱时溶液的 pH 几乎不变。

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