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16.9:

多质子酸的滴定

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Titration of a Polyprotic Acid

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一种多质子酸含有多个可电离的质子,并且每个质子在一个不同的步骤中解离。每个质子的失去具有不同的 Ka,并且每个随后的酸离解常数 都比前一个弱。例如,亚硫酸有两个可电离的质子。Ka1 表示第一个质子的解离 为 1.6×10⁻²,而 Ka2 代表第二个质子的解离 为 6.4×10⁻⁸。如果用强碱滴定亚硫酸,如氢氧化钠,第一个可电离质子 首先被除去,生成亚硫酸氢离子。这部分的滴定曲线 类似于一种弱的一元酸和 一种强碱的滴定曲线。它有一个等值点,并且 半等值点处溶液的 pH 值 等于 pKa1。随着更多的碱被加入,它中和了 第二个可电离质子。由于亚硫酸氢离子的浓度 等于初始亚硫酸的浓度,因此需要等量的碱来中和它。因此,需要两摩尔的碱 才能完全中和一摩尔的二元酸。第二个中和步骤的滴定曲线 也有第二个半等值点,其中溶液的 pH 值等于 pKa2,以及第二个等值点,位于碱性区域。类似地,强碱滴定 三元磷酸的曲线 有三个等值点。因此,在弱多元酸的滴定过程中,只要可电离质子的 Ka 值 相差一万倍以上,滴定曲线中产生的 等值点的数目就等于 存在的可电离质子的数目。

16.9:

多质子酸的滴定

多质子酸含有多种可电离氢,并采用逐步电离过程。  如果可电离质子的酸性解离常数相互之间差异很大,那么此类多质子酸的滴定曲线会为其每一个可电离氢原生成一个不同的对等点。 因此,双质子酸滴定会形成两个等效点,而三质子酸滴定会导致滴定曲线上形成三个等效点。

粘性酸 H2CO3 是弱双质子酸的一个示例。 碳酸的首次电离会产生少量的水合氢离子和碳酸二酯离子。

首次电离:

Eq1

二碳酸盐离子也可用作酸。 它可以使水合氢离子和碳酸盐离子的电离和形成更小的数量。

第二次电离:

Eq2

Ka1K2大104倍。 因此,当 H2CO3 与 NaOH 等强碱进行了分层时,它会为每一种可电离氢产生两个不同的等效点。

磷酸是一种三质子酸,电离分为三个步骤:

首次电离:

Eq3

第二次电离:

Eq4

第三次电离:

Eq5

当 H3PO4 与象 KOH 这样的强碱进行了分层时,它会为每一种可电离氢产生三个等效点。 但是,由于 HPO42− 是一个非常弱酸,因此在滴定曲线上不容易识别第三个等效点。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第14.5节:多质子酸。