习惯上,按照酸的电离能力的大小,可将酸大致分为以下三类:
1.强酸:如盐酸、氢溴酸、氢碘酸、硫酸、硝酸、高氯酸等。
2.中强酸:如亚硫酸、磷酸、氢氟酸等。
3.弱酸:如醋酸、碳酸、氢硫酸、次氯酸等。
酸的强弱是由酸本身的组成和结构决定的,表现在其电离能力的大小上。
1.无氧酸 中心元素的原子半径越大,非金属性越弱,对氢原子的吸引能力就越弱,酸就越容易电离出氢离子,酸性越强。例如,氢卤酸的酸性:HF<HCL<HBR<HI。
2.含氧酸 含氧酸的酸性强弱情况比较复杂,主要有以下几条规律:
(1)相同化合价的不同元素作中心原子,中心原子的原子半径越小,非金属性越强,其酸性越强。例如,次卤酸(HXO)酸性:HClO>HBrO>HIO;亚卤酸(HXO2)酸性:HClO2>HBrO2>HIO2;卤酸(HXO3)酸性:HClO3>HBrO3>HIO3。
(2)同种元素作中心原子,中心元素的化合价越高,酸性越强。例如,酸性:HClO4>HClO3>HClO2>HClO,H2SO4>H2SO3。
(3)非金属性越强,其最高价氧化物对应水化物的酸性越强。例如,酸性:HClO4>H2SO4>H3PO4>H4SiO4。
(4)酸分子中不与氢原子相连的氧原子数目越多,酸性越强。美国化学家鲍林从实验中总结出一条经验规律,他把含氧酸用通式表示为(HO)mROn,其中n为非羟基氧原子(即不与氢相连的氧原子)的数目,n越大,酸性越强.例如:
HClO4 (HO)ClO3 n=3 很强酸
HClO3 (HO)ClO2 n=2 强酸
H2SO3 (HO)2SO n=1 中强酸
HNO2 (HO)NO n=1 中强酸
H3BO3 (HO)3B n=0 弱酸
HClO (HO)Cl n=0 弱酸
事实证明:鲍林的经验规律对于大多数含氧酸都是适用的。事实上,以上诸点是相互联系、不可分割的。例如,某中心原子的化合价较高,就可能与更多的原子形成配位键;中心原子所带的正电荷越多,中心原子的半径越小,一般来说其吸引电子的能力就越强,其酸性也越强,反之越弱。
3.羧酸的酸性
乙酸极其同系物的酸性变化规律是:碳原子数越多,酸性越弱。
根据中学化学的要求,高三化学总复习时,学生必须理解并熟练地记住以下粗略的酸性强弱变化规律:
H2SO4 >HF>H4SiO4
HNO3 > H2SO3 > CH3COOH > H2CO3 > HClO Al(OH)3
HCl>H3PO4 >C6H5OH
下面谈谈这一规律的重要应用。
1.离子浓度比较型
利用酸的强弱规律可以比较一定的条件下酸溶液PH值的大小、导电能力的强弱和化学
反应速率大小等问题,其本质都是要根据酸的强弱规律确定溶液中相应离子浓度的大小。
例1.PH值相同的等体积的两份溶液(A为盐酸、B为醋酸)分别和锌反应,若最后有一份溶液中锌有剩余,且放出的氢气一样多,则正确的判断为( )
①反应所需要的时间A>B②开始时反应速率A>B
③参加反应的锌的质量A=B ,④整个反应阶段平均速率B>A
⑤盐酸里锌有剩余⑥醋酸溶液里锌有剩余。
A、③④⑤ B、①③⑥ C、②③⑥ D、②③⑤⑥
解析:两份溶液的pH相同,即开始时溶液中的氢离子浓度相同,反应的起始速率相等;醋酸为弱酸,与
锌反应过程中能不断电离出氢离子,氢离子浓度比盐酸中的大,平均反应速率大,放出等量的氢气所需时间比盐酸少;放出气体一样多,消耗锌的量必定相等;根据酸性HCl>CH3COOH,在PH值相同时,两种酸的物质的量浓度大小关系为[CH3COOH] >[HCl],两种溶液的体积又相同,所有锌只能剩余在盐酸中,应选A。
2.强弱互换利用型
化学反应中有一条重要的规律:强酸制弱酸,需要注意的是,此处的“强”和“弱”具有相对性。实验室用盐酸和石灰石反应制取二氧化碳、用硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫、用稀硫酸或盐酸与硫化亚铁反应制取硫化氢都是利用这条规律。这条规律还有很多重要的应用,如判断酸和盐之间的反应能否发生、实现指定物质间的转化等。
例2.向下列溶液中通入过量的CO2,最终会产生沉淀的是( )
A、Na2SiO3饱和溶液 B、苯酚钠饱和溶液
C、CH3COONa饱和溶液 D、CaCl2饱和溶液
解析:硅酸和苯酚的酸性比碳酸的酸性弱,在Na2SiO3饱和溶液和苯酚钠饱和溶液中通入过量的CO2会析出硅酸沉淀和苯酚沉淀;而CH3COOH和HCl的酸性比碳酸强,CO2通入CH3COONa饱和溶液和CaCl2饱和溶液中不会产生沉淀,选A、B。
3.逆向思维应用型
酸越弱,即酸越难电离出氢离子和酸根离子,反过来思考就意味着电离出的酸根就越容易结合氢离子,反映在弱酸的盐容易水解,且酸越弱,其对应的盐水解能力越强(相同条件下)。弱酸都较难电离,所以在书写离子方程式时,弱酸分子不能拆成离子,在溶液中,氢离子和弱酸酸根也不能大量共存。
例3.在Na2SO4、Na2SO3、Na2CO3三种溶液中,已知[SO42-]=[SO32-]=[CO32-],试比较三种溶液中钠离子浓度的大小。
解析:酸性:H2SO3 >H2CO3,相同条件下,CO32-水解的程度比SO32-的大,而SO42-不水解,所以当三种溶液中[SO42-]=[SO32-]=[CO32-]时,必有[Na2CO3] >[Na2SO3] >[Na2SO4],答案即可求出。
4.综合运用设计型
酸的强弱规律还可以广泛地运用在实验设计类的综合题中,如混合物的分离和提纯、物质的检验、实验证明等。
例4、试设计一个实验方案,分离乙酸、苯酚和苯的混合液。
解析:分析三种物质的性质,采用以退为进的思路,确定先加NaOH溶液,使乙酸和苯酚转化为易溶于水的离子化合物,分液可得苯。然后通入足量的CO2,利用碳酸的酸性强于苯酚,使苯酚钠转化为苯酚,分液后提取。最后在余液中加入浓硫酸,蒸馏可得乙酸。
下面几题留给同学们去练习:
1.如何除去CO2中少量的HCl和SO2气体?
2.用实验证明苯酚有弱的酸性。
3.只用蒸馏水和PH试纸,区别PH=2盐酸和乙酸两瓶无色溶液。
(1)实验原理
利用酸碱中和反应,用已知浓度的酸(碱)来测定未知浓度的碱(或酸)的实验方法。以标准盐酸滴定待测的氢氧化钠溶液,待测的氢氧化钠溶液的物质的量浓度为:
(2)实验用品
蒸馏水、0.1000mol/L盐酸溶液、0.1000mol/L NaOH溶液、酚酞指示剂、甲基橙指示剂;pH计、锥形瓶、烧杯、酸式和碱式滴定管、滴定管夹、铁架台。
(3)实验装置
(4)实验步骤
①滴定前的准备工作:
滴定管:查漏→水洗→润洗→装液→赶气泡→调液面→记录初始读数;
锥形瓶:水洗→装液→滴加指示剂。
②滴定:
左手控制滴定管,右手不停摇动锥形瓶,眼睛注视锥形瓶内溶液颜色的变化。酸碱中和滴定开始时和达到滴定终点之后,测试和记录pH的间隔可稍大些,如每加入5~10 mL酸(或碱),测试和记录一次;滴定终点附近,测试和记录pH的间隔要小,每滴加一滴测一次。
③数据处理:
(5)实验滴定
注意:
①最后一滴:必须说明是滴入“最后一滴”溶液。
②颜色变化:必须说明滴入“最后一滴”溶液后溶液“颜色的变化”。
③半分钟:必须说明溶液颜色变化后“半分钟内不恢复原来的颜色”。
④读数时,要平视滴定管中凹液面的最低点读取溶液的体积。
(6)数据处理
按上述操作重复二至三次,求出用去标准盐酸体积的平均值及待测碱液体积的平均值,根据计算。
(7)滴定曲线
酸碱滴定曲线是以酸碱中和滴定过程中滴加酸(或碱)的量为横坐标,以溶液pH为纵坐标绘出的一条溶液pH随酸(或碱)的滴加量而变化的曲线。它描述了酸碱中和滴定过程中溶液pH的变化情况,其中酸碱滴定终点附近的pH突变情况(如上滴定曲线图),对于酸碱滴定中如何选择合适的酸碱指示剂具有重要意义。
(1)原理,VB是准确量取的待测液的体积,cA是标准溶液的浓度,它们均为定值,所以cB的大小取决于VA的大小,VA大则cB大,VA小则cB小。
(2)误差分析
以标准酸溶液滴定未知浓度的碱溶液(酚酞作指示剂)为例,常见的因操作不当而引起的误差有:
步骤 | 操作 | VA | cB |
洗涤 | 酸式滴定管未用标准溶液润洗 | 变大 | 偏高 |
碱式滴定管未用待测溶液润洗 | 变小 | 偏低 | |
锥形瓶用待测溶液润洗 | 变大 | 偏高 | |
锥形瓶洗净后还留有蒸馏水 | 不变 | 无影响 | |
取液 | 量取碱液的滴定管开始有气泡,放出液体后气泡消失 | 变小 | 偏低 |
滴定 | 酸式滴定管滴定前有气泡,滴定终点时气泡消失 | 变大 | 偏高 |
振荡锥形瓶时部分液体溅出 | 变小 | 偏低 | |
酸式滴定管中部分酸液滴出锥形瓶外 | 变大 | 偏高 | |
溶液颜色较浅时滴入酸液过快,停止滴定后反加一滴NaOH溶液无变化 | 变大 | 偏高 | |
读数 | 滴定前读数正确,滴定后俯视读数(或“前仰后俯”) | 变小 | 偏低 |
滴定前读数正确,滴定后仰视读数(或“前俯后仰”) | 变大 | 偏高 | |
两次滴定所消耗酸液的体积相差太大 | 无法判断 |
中和滴定操作不仅适用于酸碱中和反应,还可以迁移应用于氧化还原反应、NaOH和Na2CO3混合溶液与盐酸的反应及沉淀反应。
(1)氧化还原滴定法
①原理:
以氧化剂或还原剂为滴定剂,直接滴定一些具有还原性或氧化性的物质。
②实例
a.酸性KMnO4溶液滴定H2C2O4溶液
原理:
2MnO4++6H++5H2C2O4===10CO2↑+2Mn2++8H2O
指示剂:酸性KMnO4溶液本身呈紫色,不用另外选择指示剂,当滴入一滴酸性KMnO4溶液后,溶液由无色变为浅红色,且半分钟内不褪色,说明到达滴定终点。
b.Na2S2O3溶液滴定碘液
原理:
2Na2S2O3+I2===Na2S4O6+2NaI
指示剂:用淀粉作指示剂,当滴入一滴Na2S2O3溶液后,溶液的蓝色褪去,且半分钟内不恢复原色,说明到达滴定终点。
(2)双指示剂滴定法(以盐酸滴定NaOH和Na2CO3的混合溶液为例)
酚酞作指示剂:NaOH+HCl===NaCl+H2O
Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3
甲基橙作指示剂:NaHCO3+HCl===NaCl+CO2↑+H2O
(3)沉淀滴定法(利用生成沉淀的反应)
应用最多的是银量法,即利用Ag+与卤素离子的反应来测定Cl−、Br−或I−的含量。
1. 滴定管检查是否漏水操作
①酸式滴定管:
关闭活塞,向滴定管中加入适量水,用滴定管夹将滴定管固定在铁架台上,观察是否漏水,若2分钟内不漏水,将活塞旋转180°,重复上述操作。
②碱式滴定管:
向滴定管中加入适量水,用滴定管夹将滴定管固定在铁架台上,观察是否漏水,若2分钟内不漏水,轻轻挤压玻璃球,放出少量液体,再次观察滴定管是否漏水。
2. 滴定管赶气泡的操作
①酸式滴定管:
右手将滴定管倾斜30°左右,左手迅速打开活塞使溶液冲出,从而使溶液充满尖嘴。
②碱式滴定管:
将胶管弯曲使玻璃尖嘴向上倾斜,用两指捏住胶管,轻轻挤压玻璃珠,使溶液从尖嘴流出,即可赶出碱式滴定管中的气泡。
某学生欲用已知物质的量浓度的盐酸来滴定未知物质的量浓度的NaOH溶液,选择甲基橙作指示剂。
(1)用标准盐酸滴定待测的NaOH溶液时,左手控制酸式滴定管的活塞,右手振荡锥形瓶,眼睛注视______。直到当加入一滴盐酸后,溶液由黄色变为橙色,并_____为止。
(2)下列操作中可能使所测NaOH溶液的浓度偏低的是_____。
A.酸式滴定管未用标准盐酸润洗就直接注入标准盐酸
B.滴定前盛放NaOH溶液的锥形瓶用蒸馏水洗净后没有干燥
C.酸式滴定管在滴定前有气泡,滴定后气泡消失
D.读取盐酸体积时,开始时仰视读数,滴定结束时俯视读数
(3)若滴定开始和结束时,酸式滴定管中的液面如图所示,则起始读数为____mL,终点读数为____mL,所用盐酸的体积为____mL。
【答案】
(1)锥形瓶内溶液颜色的变化 半分钟内不褪色
(2)D
(3)0.10 25.90 25.80
【解析】
(1)滴定实验中规范操作:左控塞,右摇瓶,眼睛注视锥形瓶内溶液颜色的变化。
(2)误差分析应根据。酸式滴定管未用标准盐酸润洗,内壁附着水,可将加入的盐酸稀释,滴定相同量的碱,所需盐酸的体积偏大,结果偏高; 待测液的体积一旦确定,倒入锥形瓶后,加蒸馏水不影响OH-的物质的量,也就不影响滴定结果; 若排出气泡,液面下降,故读取的盐酸的体积偏大,结果偏高; 正确读数和错误读数如图所示,使所测结果偏低。
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