1、4-5 酸鹼滴定與滴定曲線酸鹼滴定與滴定曲線12選修化學選修化學(上上)酸鹼滴定與滴定曲線酸鹼滴定與滴定曲線4-5化學實驗時，常需要測知溶液的濃度，而滴定（titration），是常用方法之一。滴定是一種利用已知濃度的溶液來測定另一溶液濃度的方法，其中最常見的是酸鹼滴定與氧化還原滴定。本節將探討酸鹼滴定，而氧化還原滴定則在第 5 章中討論。3選修化學選修化學(上上)酸鹼滴定與滴定曲線酸鹼滴定與滴定曲線4-54-5.1 酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.2 滴定曲線與酸鹼指示劑的選用4選修化學選修化學(上上)學習目標：了解酸鹼滴定的原理、操作，並能做簡單計算。了解滴定曲線及指示劑的選用。酸鹼滴定與滴定
2、曲線酸鹼滴定與滴定曲線4-55選修化學選修化學(上上)利用已知濃度的標準酸液（或標準鹼液）來測定未知濃度的鹼液（或酸液）的過程，稱為酸鹼滴酸鹼滴定定（acid-base titration）。酸鹼滴定的原理是利用在達當量點當量點（equivalence point）時，酸釋出 H+的莫耳數等於鹼釋出 OH 的莫耳數，即 CA、CB 分別表示酸鹼的體積莫耳濃度，VA、VB 分別表示酸鹼的體積，a、b 分別表示一莫耳酸或鹼可解離出的 H+或 OH 莫耳數。酸鹼滴定與酸鹼指示劑酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.16選修化學選修化學(上上)滴定操作：通常將已知濃度的標準液裝在滴定管中，稱為滴定液（titra
3、nt）；接著精確量取一定體積的待測液置於錐形瓶中，並滴入數滴的酸鹼指示劑。將滴定液緩緩滴入待測液中，並攪動使溶液均勻，直到指示劑變色，便達滴定終點（titration end point），記錄滴定液所消耗的體積，便可求得待測液的濃度。酸鹼滴定與酸鹼指示劑酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.17選修化學選修化學(上上)滴定操作：事實上，至滴定終點和當量點所消耗的滴定液之體積未必相同；只要選擇適當的指示劑，兩者的體積差異可忽略，通常都將滴定終點滴定終點視為當量點當量點。酸鹼滴定與酸鹼指示劑酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.18選修化學選修化學(上上)酸鹼指示劑：為有機弱酸或有機弱鹼，與其共軛鹼或共軛酸的顏色不
4、同；當溶液的 pH 值小於某值小於某 x 值值時，會呈現酸式酸式的顏色；溶液的 pH 值大於某值大於某 y 值值時，則呈現鹼式鹼式的顏色；pH 值介於值介於 x y 之間之間，則呈兩者的混合色調混合色調。以甲基橙為例：當溶液的 pH 值大於值大於 4.4 時呈黃色黃色，pH 值小於值小於 3.2 時則呈紅色紅色，pH 值介於值介於3.2 4.4 時則為黃與紅的混合色調黃與紅的混合色調。酸鹼滴定與酸鹼指示劑酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.19選修化學選修化學(上上)常見酸鹼指示劑的變色範圍及顏色，如下表：酸鹼滴定與酸鹼指示劑酸鹼滴定與酸鹼指示劑4-5.1稱取單質子酸 HA 2.44 克，配成 250
5、 毫升溶液。量取該溶液 50.0 毫升，以 0.100 M NaOH 溶液滴定，用去 40.0 毫升達當量點，則該酸的分子量為何？解答解答設該酸的分子量為 x，由酸釋出 H+的莫耳數等於鹼釋出 OH 的莫耳數，得32.4450.010.100 40.0 101x250解得 x122答：該酸的分子量為答：該酸的分子量為 122範例範例 4-1110選修化學選修化學(上上)維生素 C 又名抗壞血酸，分子式為 C6H8O6，是二質子酸。維生素 C 藥丸中維生素C 的含量，可利用氫氧化鈉溶液滴定測得。某維生素藥丸 0.450 克，以 0.100 M 氫氧化鈉溶液滴定，需 24.4 毫升才達當量點，則該
6、藥丸含維生素 C 的重量百分率為何？設該藥丸含維生素 C 的重量百分率為 x解答解答由30.45 x%2 0.100 24.4 10176解得 x47.7 答：答：47.7練習題練習題 4-1111選修化學選修化學(上上)12選修化學選修化學(上上)在滴定過程中，可以 pH 值測定儀測得溶液的 pH 值，該值會隨所加入的滴定液之體積而改變。以溶液的 pH 值為縱軸、所加入滴定液的體積為橫軸作圖，所得的圖形稱為 。滴定曲線滴定曲線（titration curve）在滴定曲線上會有一近乎垂直線段的 pH 值變化範圍，所選用的指示劑，其變色範圍只要是落在垂直線段的範圍內均可使用，最佳的指示劑是變色範
7、圍愈靠近當量點且顏色變化明顯者。滴定曲線與酸鹼指示劑的選用滴定曲線與酸鹼指示劑的選用4-5.213選修化學選修化學(上上)強鹼強酸的滴定曲線強鹼強酸的滴定曲線室溫時，以 0.100 M 氫氧化鈉溶液滴定0.100 M 鹽酸 40.0 mL 的滴定曲線，如圖：1.A 點為尚未加入 NaOH 溶液的鹽酸，此時 HCl0.100 M，H+0.100 M，故溶液的 pH 值為 1.00。4-5.2.114選修化學選修化學(上上)室溫時，以 0.100 M 氫氧化鈉溶液滴定0.100 M 鹽酸 40.0 mL 的滴定曲線，如圖：2.B 點為加入 NaOH 溶液 20.0 mL 後的混合溶液，其氫離子濃度
8、為 故溶液的 pH 值為 1.48。強鹼強酸的滴定曲線強鹼強酸的滴定曲線4-5.2.115選修化學選修化學(上上)室溫時，以 0.100 M 氫氧化鈉溶液滴定0.100 M 鹽酸 40.0 mL 的滴定曲線，如圖：3.C 點為加入 NaOH 溶液 40.0 mL 後的混合溶液，NaOH 與 HCl 恰好完全反應，故 C 點為當量點。此時溶液為氯化鈉水溶液，因 Na+及 Cl 均不水解，故溶液呈中性，pH 值為 7.00。強鹼強酸的滴定曲線強鹼強酸的滴定曲線4-5.2.116選修化學選修化學(上上)室溫時，以 0.100 M 氫氧化鈉溶液滴定0.100 M 鹽酸 40.0 mL 的滴定曲線，如圖
9、：4.D 點為加入 NaOH 溶液 60.0 mL 後的混合溶液，已超過當量點，故有未反應的氫氧離子，其濃度 為 溶液的 pOH 為 1.70，故 pH 值為 12.3。強鹼強酸的滴定曲線強鹼強酸的滴定曲線4-5.2.117選修化學選修化學(上上)室溫時，以 0.100 M 氫氧化鈉溶液滴定0.100 M 鹽酸 40.0 mL 的滴定曲線，如圖：近乎垂直線段的 pH 值範圍約為 4.0010.0 之間，因此可以選用甲基紅（4.206.30）、石蕊（4.508.30）、溴瑞香草酚藍（6.007.60）、酚紅（6.808.40）或酚酞（8.2010.0）作為指示劑，其中最常使用的為酚酞酚酞。強鹼強
10、酸的滴定曲線強鹼強酸的滴定曲線4-5.2.118選修化學選修化學(上上)同理，可求得強酸滴定強鹼的滴定曲線上任一點的pH 值。以 0.100 M 鹽酸滴定0.100 M 氫氧化鈉溶液 40.0 mL 的滴定曲線，如圖：強鹼強酸的滴定曲線強鹼強酸的滴定曲線4-5.2.119選修化學選修化學(上上)強鹼弱酸的滴定曲線強鹼弱酸的滴定曲線室溫時，以 0.100 M 氫氧化鈉溶液滴定0.100 M 單質子弱酸 HA（Ka1.00105）水溶液40.0 mL 的滴定曲線，如圖：1.A 點為尚未加入 NaOH 溶液的弱酸溶液，此時溶液的 pH 值決定於 0.100 M HA 溶液解離出的H+，溶液的 pH
11、值為 3.00。4-5.2.220選修化學選修化學(上上)室溫時，以 0.100 M 氫氧化鈉溶液滴定0.100 M 單質子弱酸 HA（Ka1.00105）水溶液40.0 mL 的滴定曲線，如圖：2.B 點為加入 NaOH 溶液 20.0 mL 後的混合溶液，此時溶液的 pH 值為 5.00。此時所加入 NaOH 的體積為在當量點時所需 NaOH 體積的一半，稱為半當量點半當量點，pHpKa。強鹼弱酸的滴定曲線強鹼弱酸的滴定曲線4-5.2.221選修化學選修化學(上上)室溫時，以 0.100 M 氫氧化鈉溶液滴定0.100 M 單質子弱酸 HA（Ka1.00105）水溶液40.0 mL 的滴定
12、曲線，如圖：強鹼弱酸的滴定曲線強鹼弱酸的滴定曲線4-5.2.23.C 點為加入 NaOH 溶液 40.0 mL 後的混合溶液，NaOH 恰好與 HA 完全反應。溶液的 pH 值由 A的水解決定，利用 NaA 的水解常數可計算出溶液的 pH 值為 8.85。22選修化學選修化學(上上)室溫時，以 0.100 M 氫氧化鈉溶液滴定0.100 M 單質子弱酸 HA（Ka1.00105）水溶液40.0 mL 的滴定曲線，如圖：強鹼弱酸的滴定曲線強鹼弱酸的滴定曲線4-5.2.24.D 點為加入 NaOH 溶液 50.0 mL 後的混合溶液，此時已超過當量點，故有氫氧離子未反應完。由剩餘的氫氧離子濃度可計
13、算出溶液的 pH 值為 12.1。23選修化學選修化學(上上)同理，可求得強酸滴定弱鹼的滴定曲線上任一點的 pH 值。以 0.100 M 鹽酸滴定 0.100 M 氨水 40.0 mL 的滴定曲線，如圖：可選用甲基紅為指示劑強鹼弱酸的滴定曲線強鹼弱酸的滴定曲線4-5.2.21.甲：1.0M HCl，乙：1.0M HF，丙：1.0M CH3COOH，等體積的上列三種溶液同以 0.10M NaOH 滴定，則下列何者正確？(多重選擇題)(A)酸強度：甲乙丙 (B)達當量點時，所需 NaOH 體積：甲乙丙 (C)達當量點時，所需 NaOH 體積：丙乙甲 (D)達當量點時，pH值：丙乙甲 (E)達中和點
14、時，pH值：甲乙丙學習成果評量學習成果評量24選修化學選修化學(上上)2.某單質子弱酸（HA）溶液100 mL 以 0.50 M NaOH 溶液滴定得滴定曲線如右圖所示，試回答以下問題：(2)酸之 Ka 值為若干？(3)當量點之 pH值約為若干？(4)在上述滴定實驗中，應選用何種指示劑最適當？(1)酸在滴定前的濃度為若干 M？解答解答(1)達當量點時，用去 NaOH 20 mL，代入CA VACB VB CA 1000.50 20 得 CA 0.10 M學習成果評量學習成果評量25選修化學選修化學(上上)2.某單質子弱酸（HA）溶液 100 mL 以 0.50 M NaOH 溶液滴定得滴定曲線
15、如右圖所示，試回答以下問題：(2)酸之 Ka 值為若干？開始滴定前 pH3，表示溶液中 H+103 M代入+a33H A KHA(10)(10)0.10510 學習成果評量學習成果評量26選修化學選修化學(上上)2.某單質子弱酸（HA）溶液 100 mL 以 0.50 M NaOH 溶液滴定得滴定曲線如右圖所示，試回答以下問題：(3)當量點之 pH值約為若干？從圖形判斷，達當量點時 pH 約為 9。(4)應選用何種指示劑最適當？因達當量點時 pH 約為 9，應選用於鹼性範圍變色的指示劑，即酚酞酚酞。學習成果評量學習成果評量27選修化學選修化學(上上)28選修化學選修化學(上上)1.布-洛酸鹼學
16、說：酸鹼反應是質子轉移質子轉移的反應，提供質子的物質提供質子的物質稱為酸酸，接受質子的物質接受質子的物質則稱為鹼鹼。2.兩性物質：既可作為酸，亦可作為鹼的物質。3.共軛酸鹼對：如4.較強酸的共軛鹼為較弱鹼，較弱酸的共軛鹼則為較強鹼；同理較強鹼的共軛酸為較弱酸，而較弱鹼的共軛酸則為較強酸。4-1 布布-洛酸鹼學說洛酸鹼學說本章摘要本章摘要CH429選修化學選修化學(上上)5.酸的解離常數 Ka 愈大者，其酸性愈強；鹼的解離常數 Kb 愈大者，其鹼性愈強。6.多質子酸在水中逐步解離，每一步驟皆有其對應的解離常數，分別以 、等表示，且 ，其酸性強弱由 決定；愈大者，酸性愈強。酸鹼的解離必須遵守電荷平
17、衡及質量平衡。7.弱酸或弱鹼會因同離子存在，而降低其解離度。4-2 酸鹼的解離平衡酸鹼的解離平衡本章摘要本章摘要CH430選修化學選修化學(上上)9.鹽為離子化合物，可視為酸中可解離的氫離子（H+）被金屬陽離子或銨離子（NH4+）取代；或鹼中可解離的 OH 被非金屬陰離子或酸根取代而成。10.酸中可解離的 H+或鹼中可解離的 OH 全部被取 代，所形成的鹽稱為正鹽。11.多質子酸的部分可能解離的氫離子被金屬離子或銨 離子取代，所形成的鹽稱為酸式鹽。12.多元鹼的部分可離解之氫氧離子被酸根或非金屬陰 離子取代，所形成的鹽稱為鹼式鹽。4-3 鹽類鹽類本章摘要本章摘要CH431選修化學選修化學(上上
18、)13.由兩種或兩種以上的陽離子或陰離子組合而成的鹽類稱為複鹽。14.含有錯離子的鹽稱為錯鹽。15.鹽類中的陰、陽離子和水反應，而使其水溶液呈現鹼性或酸性，稱為水解。16.共軛酸鹼對之 Ka 與 Kb 的乘積等於 Kw。4-3 鹽類鹽類本章摘要本章摘要CH432選修化學選修化學(上上)4-4 緩衝溶液緩衝溶液17.緩衝溶液是由弱酸與其鹽或弱鹼與其鹽組成的溶液，其 pH 值不會因為加入少量的強酸或強鹼而大幅改變。4-5 酸鹼滴定與滴定曲線酸鹼滴定與滴定曲線18.利用已知濃度的標準酸液（或標準鹼液）來測定未知濃度的鹼液（或酸液）的過程，稱為酸鹼滴定。19.酸鹼滴定的計量是利用在達當量點時，酸釋出 H+的莫耳數等於鹼釋出 OH 的莫耳數。20.滴定曲線在當量點附近，其 pH 值急遽變化。本章摘要本章摘要CH4
