實驗六---磷酸的電位滴定(共10頁)

1、實驗六 磷酸的電位滴定應(yīng)化1101 夏海琴 2014.11.13一、實驗?zāi)康?. 掌握酸度計測量溶液pH和雷磁ZDJ-4A自動電位滴定儀的操作要點。2. 了解電位滴定法的基本原理。3. 學習使用Excel或Origin軟件處理NaOH滴定磷酸的數(shù)據(jù)和繪圖。更直觀地觀察滴定曲線中的兩個突躍，學會計算相應(yīng)的兩級解離常數(shù)。4. 掌握用三切線法及一級、二級微商來處理實驗數(shù)據(jù)和分析實驗結(jié)果。二、實驗原理電位滴定法是根據(jù)滴定過程中，指示電極的電位或pH產(chǎn)生“突變”，從而確定滴定終點的一種分析方法。在以NaOH滴定H3PO4時，將飽和甘汞電極及玻璃電極插入待測溶液中，使之組成原電池：Ag | AgCl，HC

2、l (0.1 mol/L) | 玻璃膜 | 被測試液 | KCl ( >3.5 mol/L)，HgCl2 | HgH+ 鹽橋玻璃電極 甘汞電極被測試液由于玻璃薄膜上的陽離子能與溶液中的H+產(chǎn)生離子交換而產(chǎn)生電勢，因而稱玻璃電極為指示電極，甘汞電極為參比電極，當NaOH溶液不斷滴入試液中，溶液H+的活度隨著改變，電池的電勢也不斷變化，可用能斯特(Nernst)公式表示為E電池 = E 0.059V lgH+ 或E電池 = E + 0.059V pH此處 E = E(HgCl2/Hg) - E(AgCl/Ag)。以滴定體積VNaOH為橫坐標，相應(yīng)的溶液的pH為縱坐標，繪制NaOH滴定H3PO

3、4的滴定曲線，曲線上呈現(xiàn)出兩個滴定突躍，以“三切線法”作圖，可以較準確地確定兩個突躍范圍內(nèi)各自的滴定終點，即在滴定曲線兩端平坦轉(zhuǎn)折處作AB及CD兩條切線，在“突躍部分”作EF切線與AB、CD兩線相交于Q，P兩點，在P、Q兩點作PG，QH兩條線平行于橫坐標。然后在此兩條線之間作垂直線，在垂線一半的J點處，作JJ'線平行于橫坐標，J'點稱為拐點，即為滴定終點。此J'點投影于pH與V坐標上分別得到滴定終點時的pH和滴定劑的體積V，見圖8-1。 圖8-1 三切線法作圖如要求更準確的確定滴定終點，可用一級微商法(dpH/dV-V)和二級微商法(d2pH/dV2-V)。表8-1為數(shù)

4、據(jù)處理示例。如用三切線法求得第一個終點時，Vep1=19.00 mL，用一級微商求得Vep1= 19.50 mL，用二級微商求得Vep1 = 19.46 mL。結(jié)果略有差異，用二級微商法處理準確度較高。1. 一級微商計算示例當?shù)稳隢aOH 18.80 mL到19.00 mL時，= 0.45表8-1 H3PO4電位滴定數(shù)據(jù)記錄和處理示例加入NaOH溶液體積溶液pHpH/V2pH/V2V/mLV平均值/mL18.803.5118.900.4519.003.602.2519.100.9019.203.786.019.302.1019.404.203.019.502.7019.604.70-4.519

5、.701.8019.805.1019.900.9020.005.280.45對應(yīng)的體積V平均值 = (V2 + V1)/2 = 18.90 mL，其余各點按相同方法計算得到表8-1。以 pH/V為縱坐標，V平均值為橫坐標作圖，得圖8-2(b)。2. 二級微商法示例先按上述方法求得19.10 mL和18.90 mL的一級微商后，再求出19.00mL的二級微商。= 2.25此即為19.00mL對應(yīng)的值。以d2pH/dV2為縱坐標，對應(yīng)的V為橫坐標描點作圖，得到圖8-2(c)。顯然，當2pH/V2 = 0時，二級微商由正值變化到負值，此點即為滴定終點。用電位法繪制滴定曲線，不僅可以確定滴定終點，還能

6、求算H3PO4的Ka1和Ka2。從pH-V滴定曲線上找出滴定到第一個終點所用NaOH滴定劑體積一半時對應(yīng)的pH，此時H3PO4H2PO4-，由Ka1H+H2PO4-/H3PO4計算得到Ka1=H+，即pKa1=pH。由于磷酸的Ka1較大，用上述最簡式計算誤差大，最好采用下列公式計算。H+ = (1)由于H+ >> OH-，上式可簡化為H+ = (2)同理可得到H3PO4的Ka2，但應(yīng)根據(jù)第二個滴定終點所用的NaOH體積一半時對應(yīng)的pH求算。此時pH粗略地估算約等于pK2。較精確計算時，應(yīng)將(2)式略作改變。即H+ = (3)本實驗要求用0.1 mol·L-1 NaOH滴定

7、0.1 mol·L-1 H3PO4，繪制出pH-V滴定曲線。由此滴定曲線上用三切線或一級微商法準確求出pHep1和pHep2；Ka1及Ka2。其數(shù)據(jù)處理方法可以用手工法，也可以用計算機法。處理H3PO4電位滴定數(shù)據(jù)的計算機程序介紹見附錄。三、儀器與試劑 圖8-2 一級和二級微商法處理滴定曲線(1) pHS-3c型酸度計及配套電極，雷磁ZDJ-4A自動電位滴定儀及配套電極。(2) 電磁攪拌器。(3) NaOH標準溶液 0.1 mol·L-1 配制和標定見：靳素榮, 王志花. 分析化學實驗M.武漢: 武漢理工大學出版社,2010年第45頁。(4) H3PO4 0.1 mol&#

8、183;L-1溶液 量取7.00 mL原裝H3PO4加水稀釋至1 L，充分搖勻，存放在試劑瓶中。(5) 標準緩沖溶液 0.025 mol·L-1 KH2PO4與0.025 mol·L-1 Na2HPO4的混合溶液，pH為6.864。(6) 甲基橙指示劑 2 g·L-1。(7) 酚酞指示劑 2 g·L-1 乙醇溶液。四、實驗步驟1. 連接電位滴定裝置2. 熟悉pHs-3c型酸度計的正確使用方法及電極的安裝、儀器的校正和定位及測量pH等主要操作。3. 測量H3PO4試液的pH吸取20.00 mL (或25.00 mL) 0.1 mol·L-1 H3

9、PO4溶液放入150 mL(或200 mL)燒杯中，插入電極，如電極未被浸沒，可適當加入一些蒸餾水至電極能被浸沒。裝電極時，注竟不要碰撞。按操作要領(lǐng)和步驟測量0.1 mol·L-1 H3PO4試液的pH。4. 磷酸的電位滴定將0.1 mol·L-1 NaOH標準溶液裝入堿式滴定管，攪拌磁子放入被測試液中，為了更好地觀察終點，同時加入甲基橙和酚酞指示劑。開動電磁攪拌器，用NaOH標準溶液滴定，開始時可次滴入5 mL，測量pH。其后每加入2 mL NaOH溶液測量相應(yīng)的pH。滴定至pH=3后，每隔0.1 mL或0.2 mL測量。特別是突躍部分要多測幾個點(可借助甲基橙指示劑的變

10、色來判斷第一個計量點)。然后用0.l mol·L-1 NaOH溶液繼續(xù)滴定，方式與第一計量點相同，當被測試液中出現(xiàn)微紅色時 ( 或滴至pH=7.5后 )，每次滴入NaOH的體積要少，直至出現(xiàn)第二次突躍，測量至pH約為11.5時可停止滴定。實驗完畢，取下甘汞電極，用水吹洗，并用濾紙吸干后歸還原處保存。玻璃電極仍浸泡在盛有蒸餾水的燒杯中。5、 實驗數(shù)據(jù)及處理加入NaOH溶液體積溶液pHpH/V2pH/V2V/mLV平均值/mL0.00 1.63 2.50 0.05 5.00 1.87 0.00 6.50 0.05 8.00 2.01 0.00 9.50 0.05 11.00 2.16 0

11、.00 13.00 0.06 15.00 2.41 0.00 16.00 0.08 17.00 2.56 0.01 18.00 0.09 19.00 2.74 0.01 20.00 0.12 21.00 2.98 0.08 21.05 0.20 21.10 3.00 1.00 21.15 0.30 21.20 3.03 -1.00 21.25 0.20 21.30 3.05 0.00 21.35 0.20 21.40 3.07 -0.33 21.50 0.15 21.60 3.10 0.33 21.65 0.20 21.70 3.12 0.33 21.80 0.25 21.90 3.17 -0

12、.33 21.95 0.20 22.00 3.19 0.00 22.05 0.20 22.10 3.21 2.00 22.15 0.40 22.20 3.25 -2.00 22.25 0.20 22.30 3.27 0.33 22.40 0.25 22.50 3.32 2.33 22.55 0.60 22.60 3.38 -2.00 22.65 0.40 22.70 3.42 -1.00 22.80 0.25 22.90 3.47 1.00 22.95 0.40 23.00 3.51 0.67 23.10 0.50 23.20 3.61 2.00 23.25 0.80 23.30 3.69 -

13、1.00 23.35 0.70 23.40 3.76 1.00 23.45 0.80 23.50 3.84 6.00 23.55 1.40 23.60 3.98 -0.33 23.70 1.35 23.80 4.25 3.75 23.90 2.10 24.00 4.67 -2.00 24.15 1.60 24.30 5.15 -3.20 24.40 0.80 24.50 5.31 -0.75 24.60 0.65 24.70 5.44 -0.25 24.80 0.60 24.90 5.56 -1.50 25.00 0.30 25.10 5.62 0.50 25.20 0.40 25.30 5.

14、70 -1.00 25.40 0.20 25.50 5.74 0.50 25.60 0.30 25.70 5.80 -0.13 25.85 0.27 26.00 5.88 -0.27 26.10 0.20 26.20 5.92 0.00 26.30 0.20 26.40 5.96 0.00 26.50 0.20 26.60 6.00 -0.25 26.70 0.15 26.80 6.03 0.00 26.90 0.15 27.00 6.06 0.00 27.10 0.15 27.20 6.09 0.00 27.30 0.15 27.40 6.12 -0.25 27.50 0.10 27.60

15、6.14 0.08 27.80 0.13 28.00 6.19 0.03 28.25 0.14 28.50 6.26 -0.04 28.75 0.12 29.00 6.32 -0.04 29.25 0.10 29.50 6.37 -0.04 29.75 0.08 30.00 6.41 0.04 30.25 0.10 30.50 6.46 -0.04 30.75 0.08 31.00 6.50 0.00 31.25 0.08 31.50 6.54 0.00 31.75 0.08 32.00 6.58 -0.01 32.50 0.07 33.00 6.65 0.00 33.50 0.07 34.0

16、0 6.72 0.01 34.50 0.08 35.00 6.80 0.00 35.50 0.08 36.00 6.88 -0.01 36.50 0.07 37.00 6.95 0.00 37.50 0.07 38.00 7.02 0.01 38.50 0.08 39.00 7.10 -0.02 39.50 0.06 40.00 7.16 0.03 40.50 0.09 41.00 7.25 -0.01 41.50 0.08 42.00 7.33 0.02 43.00 0.11 44.00 7.54 0.03 44.50 0.15 45.00 7.69 0.04 45.50 0.19 46.0

17、0 7.88 0.11 46.50 0.30 47.00 8.18 0.58 47.50 0.88 48.00 9.06 0.29 48.50 1.17 49.00 10.23 -0.78 49.50 0.39 50.00 10.62 -0.16 50.50 0.23 51.00 10.85 -0.0951.50 0.14 52.00 10.99 -0.03 52.50 0.11 53.00 11.10 -0.01 53.50 0.10 54.00 11.20 -0.02 54.50 0.08 55.00 11.28 -0.02 55.50 0.06 56.00 11.34 0.01 56.50 0.07 57.00 11.41 -0.02 57.50 0.05 58.00 11.46 0.00 58.50 0.05 59.00 11.51 0.00 59.50 0.05 60.00 11.56 -0.01 61.00 0.04 62.00 11.64 0.00 63.00 0.04 64.00 11.72 0.00 65.00 0.03 66.00 11.79 0.00 67.00 0.03 68.00 11.85 0.00 69.00 0.03 70.00 11.91 0.00 70.50 0.03 71.00 11.94 -0.01 72.00 0.02 73.00 11.