题目
0.1000mol/L盐酸滴定同浓度的碳酸钠第一计量点pH: 【 】,可选择的指示剂: 【 】第二计量点pH: 【 】,可选择的指示剂: 【 】
0.1000mol/L盐酸滴定同浓度的碳酸钠 第一计量点pH: 【 】,可选择的指示剂: 【 】 第二计量点pH: 【 】,可选择的指示剂: 【 】
题目解答
答案
第一计量点时,溶液中主要存在HCO₃⁻,pH = (pKa1 + pKa2)/2 = (6.36 + 10.33)/2 ≈ 8.3。可选用酚酞(pH 8.0~9.6)作为指示剂。
第二计量点时,溶液中主要存在H₂CO₃,pH ≈ 3.9。可选用甲基橙(pH 3.1~4.4)作为指示剂。
答案:
第一计量点pH ≈ 8.3,可选择酚酞。
第二计量点pH ≈ 3.9,可选择甲基橙。
解析
本题主要考查酸碱滴定过程中计量点pH的计算以及合适指示剂的选择,解题关键在于明确不同计量点时溶液的主要成分,再根据相应的化学原理进行计算和判断。
第一计量点
- 确定溶液主要成分:用盐酸滴定碳酸钠,第一计量点时发生反应$Na_{2}CO_{3}+HCl = NaHCO_{3}+NaCl$,此时溶液中主要存在$HCO_{3}^{-}$。$HCO_{3}^{-}$既能发生水解$HCO_{3}^{-}+H_{2}O\rightleftharpoons H_{2}CO_{3}+OH^{-}$,又能发生电离$HCO_{3}^{-}\rightleftharpoons H^{+}+CO_{3}^{2 - }$。
- 计算pH:对于$HCO_{3}^{-}$这种两性物质,其$H^{+}$浓度计算公式为$[H^{+}]=\sqrt{K_{a1}K_{a2}}$($K_{a1}$、$K_{a2}$分别为碳酸的一级和二级电离常数),两边取负对数可得$pH = \frac{pK_{a1}+pK_{a2}}{2}$。已知碳酸的$pK_{a1}=6.36$,$pK_{a2}=10.33$,则$pH=\frac{6.36 + 10.33}{2}\approx8.3$。
- 选择指示剂:指示剂的变色范围应尽量与计量点的pH接近,酚酞的变色范围是$pH 8.0 - 9.6$,与第一计量点的$pH\approx8.3$接近,所以可选用酚酞作为指示剂。
第二计量点
- 确定溶液主要成分:继续滴加盐酸,第二计量点时发生反应$NaHCO_{3}+HCl = NaCl + H_{2}O+CO_{2}\uparrow$,此时溶液中主要存在$H_{2}CO_{3}$(溶解在水中的$CO_{2}$与水反应生成$H_{2}CO_{3}$)。
- 计算pH:$H_{2}CO_{3}$是二元弱酸,在计算其$H^{+}$浓度时,由于$K_{a1}\gg K_{a2}$,可按一元弱酸处理,且当$cK_{a1}\geq20K_{w}$,$c/K_{a1}\geq500$时,$[H^{+}]=\sqrt{cK_{a1}}$。这里$c = 0.0500mol/L$(因为经过两步反应,溶液体积变为原来的2倍,浓度变为原来的一半),$K_{a1}=10^{-6.36}$,则$[H^{+}]=\sqrt{0.0500\times10^{-6.36}}\approx1.26\times10^{-4}mol/L$,$pH = -\lg[H^{+}]\approx3.9$。
- 选择指示剂:甲基橙的变色范围是$pH 3.1 - 4.4$,与第二计量点的$pH\approx3.9$接近,所以可选用甲基橙作为指示剂。