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不符合判别式cKa(或cKb)≥10-8条件的酸、碱不能用直接滴定法滴定,从根本上说这是反应完全度的问题。解决这类酸、碱的滴定有两类方法:一类是利用化学反应使被测极弱酸、碱转变成较强的酸、碱,或置换出强酸、强碱;另一类是利用计算滴定法。
1.利用化学反应的方法
例1 H3BO3浓度测定。
硼酸Ka=6.4×10-9,不能用直接滴定法滴定,但硼酸与甘露醇、甘油等多元醇可组成较强的配合酸,其pKa=4.26,可用直接滴定法滴定。反应如下:
测定步骤为:每10mL 0.1mol/L硼酸溶液中加入0.5~0.7 g甘露醇,以酚酞为指示剂用0.1mol/L NaOH标准溶液滴定至微红,再加入1g甘露醇搅拌,如褪色应再滴定,重复至滴定不褪色。
例2 铵盐中氮含量测定。
铵盐pKa=9.26,所以不能用直接滴定法滴定,可用甲醛法测定。甲醛与铵盐反应,生成质子化六亚甲基四胺和H+,此生成的酸(包括质子化六亚甲基四胺,Ka=7.1×10-6)可以用标准碱溶液滴定。反应式如下:
4NH4++6HCHO=(CH2)6N4H++3H++6H2O
(CH2)6N4H++3H++40H-=(CH2)6N4+4H2O
六亚甲基四胺为弱碱(Kb=1.4×10-9),故选用酚酞作指示剂,以确定终点。此法要注意两点:
①市售40%甲醛溶液常含微量酸,必须预先用碱中和至酚酞指示剂呈现淡红色(PH≈8.5),再用它与铵盐试样作用。
②如果试样中含有游离酸,事先应以甲基红为指示剂,用碱中和至甲基红变黄(pH≈6)。
例3 利用离子交换法滴定NH4CI、KNO3等。
NH4C1的NH4+与氢型强酸性阳离子交换树脂交换置换出HCI,其反应如下:NH4C1+R-SO3H+=R-SO3NH4++HCl。在流出液中以标准碱液滴定所产生的HCI来测定NH4CI。
KNO3的NO3-与OH型强碱性阴离子交换树脂交换置换出KOH,其反应如下:KNO3+R-NR'3OH=R- NR'3NO3+KOH。在流出液中以标准酸液滴定所产生的KOH来滴定KNO3。
2.利用计算滴定法
(1)应用殷格曼函数公式的线性滴定法殷格曼函数公式如下:
Ve-V=V{H}KHHA+(V0+V)([H]-[OH])(1+{H}KHHA)/CB (7一21)
式中,Ve为滴定至终点时耗去碱液的体积,mL; V0为被测一元酸原始体积;V为加入强碱滴定液的体积;cB为强碱浓度;{H}为H+活度;KHHA为被测一元酸的混合稳定常数,它是混合离解常数的倒数。
其滴定步骤为:取一定体积的样品溶液,然后采用等间隔分步加入法加入已知浓度的NaOH标准溶液,每加入一份溶液后测定H+活度{H}(即溶液的pH值),直至加入的NaOH物质的量约为被测酸物质的量的一倍为止。现以0.09961mol/L NaOH溶液滴定100mL H3BO3溶液为例,所得测定结果如下表。表中,Vi为加入的NaOH溶液体积,pHi为对应的溶液pH值。
已知H3BO3的K HHA=1.74×109,此时公式(7-21)右边各项都是已知的,故可以计算出Ve-V值。在应用殷格曼函数公式计算时,要注意两点:①必须控制滴定溶液的离子强度u=0.1;②算式中[H]和[OH]宜用活度,当离子强度u=0.1, [H]={H}/10-0.08,[OH]={OH}/10-0.12。
用(Ve-V)对V作图,见图7-13。从图7-13求得硼酸滴定终点Ve为5.39mL,由此可算出硼酸含量。
(2)单点法
Ivaska在1974年提出了单点法,由式(7-21)推得:
Ve=V[{H}KHHA+([H]-[OH])(1+{H}KHHA)/cB+1]+Vo([H]-[OH])(1+{H}KHHA)/CB
图7-13硼酸的滴定直线
上式可写为:Ve =BV+A (7-22)
式中,A=V0([H]-[OH])(1+{H}KHHA)/CB; B={H}KHHA+([H]-[OH])(1+{H}KHHA)/cB+1。
在KHHA已知时,只要选择一个合适的pH测量点便可确定Ve。具体的滴定方法是:先配制两个被测酸的标准液,用已知浓度的NaOH标准溶液滴定体积为V0的标准酸至上述选择的pH值处测得的体积分别为V1和V2,由此即可确定A, B值。同样地滴定未知液至该,pH值时的V值代人式(7-22)即可解得Ve,由此可算出被测酸含量。
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