參天一棵樹，扎根于沃土——根據(jù)中和滴定曲線剖析溶液中微粒濃度關(guān)系

◇　四川　付安平

(作者單位：四川省成都市第七中學(xué)高新校區(qū))

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參天一棵樹，扎根于沃土
——根據(jù)中和滴定曲線剖析溶液中微粒濃度關(guān)系

◇四川付安平

在選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》中根據(jù)酸堿中和滴定曲線剖析溶液中微粒濃度關(guān)系,往往涉及的知識點有:弱電解質(zhì)電離平衡(或電離平衡常數(shù))和鹽的水解平衡(或水解平衡常數(shù))及其相互關(guān)系；從定性角度是比較二者的相對大小，定量角度主要有電荷守恒、物料守恒(原子守恒)、質(zhì)子守恒(單一鹽溶液)．從溶液組成來看:分為單一溶液和混合溶液(即多溶質(zhì))．現(xiàn)在的高考熱點是用熟悉的酸堿滴定曲線解決多溶質(zhì)溶液中微粒濃度關(guān)系的問題,以不定量或圖象等多種形式呈現(xiàn),有些問題過于抽象,學(xué)生很難理解,筆者從簡單的知識入手,層層推進(jìn),從定性到定量,由單曲線到多曲線,收到了良好效果．“參天一棵樹,扎根于沃土”,一切高考試題既來源于教材又高于教材．

1　題根

已知室溫下醋酸的電離平衡常數(shù)K=1.6×10-5．在室溫下,向20mL0.01mol·L-1的醋酸中滴加 0.01mol·L-1的KOH溶液(忽略溫度的變化)．請回答下列問題:

(1) 繪制V(KOH)-pH圖.

(2) 進(jìn)行過程分析(寫出對應(yīng)的物質(zhì)和酸堿性).

K=c2(H+)/c(CH3COOH)，

4×10-4mol·L-1.

pH約為3.4．V(KOH)-pH圖如圖1.

圖1

(2)滴定前,a點是醋酸溶液(很多),溶液顯酸性,pH約為3.4;滴定中,b點是n(CH3COOH)∶n(CH3COOK)=1∶1的混合溶液(醋酸的電離大于醋酸鉀的水解),溶液為酸性;c點是CH3COOK(較多)和醋酸(很少)的混合溶液,溶液為中性(醋酸的電離等于醋酸鈉的水解)；d點是CH3COOK溶液(很多),為滴定終點,溶液顯弱堿性；e點是CH3COOK(多)和KOH(可多可少)的混合溶液,溶液顯較強堿性．

2　題根知識延伸

延伸1何為滴定終點?pH=7的點是滴定終點嗎?

延伸2圖1中a、b、c、d、e這5點中水的電離程度最大的點是哪個點?滴定終點是哪個點?選什么做指示劑?

延伸3當(dāng)KOH溶液體積為10.00mL時,請寫出微粒濃度大小順序,并寫出電荷守恒式、物料守恒式及其總的式子關(guān)系．

電荷守恒式:

c(K+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-);

物料守恒式:

c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=2c(K+);

總的式子c(CH3COOH)+2c(H+)=

c(CH3COO-)+2c(OH-)．

延伸4當(dāng)KOH溶液體積為20.00mL時,請寫出離子濃度大小順序、電荷守恒式、物料守恒式及其質(zhì)子守恒式．

電荷守恒式:

c(K+)+c(H+)=c(CH3COO-)+c(OH-);

物料守恒式:

c(CH3COO-)+c(CH3COOH)=c(K+);

質(zhì)子守恒式:c(OH-)=c(CH3COOH)+c(H+)．

延伸5將20mL0.01mol·L-1的醋酸改成20mL0.01mol·L-1的鹽酸,用何指示劑?請畫出V(KOH)-pH圖．

圖2

延伸6根據(jù) “有序原則”“漸變思想”完整分析出在醋酸溶液中逐滴加入KOH溶液至過量時的離子濃度關(guān)系,如表1．

表1　滴定過程中離子濃度關(guān)系

延伸7將20mL0.01mol·L-1的醋酸改成20mL0.01mol·L-1的HA(已知Ka(CH3COOH)>Ka(HA)),用何指示劑?請畫出V(KOH)-pH圖．

圖3

根據(jù)圖象得出的結(jié)論:

1)pH=7時,V(KOH)的用量:HCl>CH3COOH>HA．即酸的酸性越弱,曲線向左平移,堿的用量越少．

圖4

2) 當(dāng)?shù)味ńK點時,即堿的用量相同,酸性越弱,終點pH越大,即曲線向上移．

總結(jié)0.1000mol·L-1NaOH溶液分別滴定20.00mL0.1000mol·L-1的5種酸的滴定曲線如圖4所示．

延伸8一元強堿滴定多元弱酸滴定曲線分析如何?

圖5

如:0.1000mol·L-1NaOH溶液滴定10.00mL0.1000mol·L-1H3PO4溶液的滴定曲線如圖5所示.

H3PO4

第1計量點:甲基橙由紅色變黃色． 第2計量點:酚酞由無色變淺紅色．

對于多元弱酸,當(dāng)Ka1/Ka2≥105時,滴定時有分次突躍．

延伸9數(shù)字傳感設(shè)備和數(shù)字化分析系統(tǒng)分析酸堿中和滴定曲線(如圖6、7):

圖6

圖7

延伸10利用溫度傳感器和電導(dǎo)率傳感器分析酸堿中和滴定曲線,圖8是1.0mol·L-1NaOH溶液滴定25mL未知濃度的鹽酸的溫度變化曲線，圖9是1.0mol·L-1NaOH溶液滴定25mL未知濃度的鹽酸的電導(dǎo)率變化曲線.

圖8

圖9

歸納:1.0mol·L-1的NaOH溶液滴定25mL的未知濃度的鹽酸,當(dāng)反應(yīng)液溫度最高或?qū)щ娐首钚r為滴定終點．

總之,“一個比較(水解與電離哪個較強)、2個微弱(水解與電離程度如何)、三類守恒(電荷守恒、物料守恒、質(zhì)子守恒)、4種溶液(CH3COONa、Na2CO3、NaHCO3、NH4Cl)”是解決問題的核心知識．

3　應(yīng)用實例

3.1單曲線圖

圖10

Aa點所示溶液中

c(Na+)>c(A-)>c(H+)>c(HA);

Ba、b這2點所示溶液中水的電離程度相同;

CpH=7時,c(Na+)=c(A-)+c(HA);

Db點所示溶液中c(A-)>c(HA)

答案D.

3.2雙曲線圖

圖11

AⅡ表示的是滴定鹽酸的曲線;

BpH=7時,滴定醋酸消耗V(NaOH)小于20mL;

CV(NaOH)=20mL時,

c(Cl-)=c(CH3COO-);

DV(NaOH)=10mL時,醋酸溶液中:

c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+)>c(OH-)

答案B.

圖12

Aa點：由水電離出的

c(H+)=1.0×10-14mol·L-1;

Dd點后,溶液溫度略下降的主要原因是NH3·H2O電離吸熱

答案C.

3.3多曲線圖

B不同pH的溶液中存在關(guān)系:

D在溶液pH不斷降低的過程中,有含NH2COO-的中間產(chǎn)物生成

圖13

答案C.

(作者單位：四川省成都市第七中學(xué)高新校區(qū))