为什么用盐酸可以滴定硼砂,而不能直接滴定醋酸钠?为什么氢氧化钠可滴定醋酸?而不能直接滴定硼酸?
硼砂和硫酸反应式为
Na2B4O7+H2SO4+5H2O=4H3BO3+Na2SO4,借此反应可用于滴定硫酸(借鉴自《分析化学例题与习题》里的一道选择题),所以反过来也可以用盐酸(或硫酸)滴定硼砂。
HAc的pKa值为4.73,当cKa>或=10-8时,可以准确滴定,故氢氧化钠可滴定醋酸。
硼酸的pKa为9.24,Ka太小,不能直接滴定,要加入甘露醇释放出H+才可用氢氧化钠滴定。
醋酸钠pKb为9.26,作为碱,也很小,还是用cKb>10-8来判断,不能直接滴定。
盐酸加入醋酸钠中会有醋酸生成,构成了缓冲溶液。所以不能用盐酸直接滴定醋酸钠。如果要标定醋酸溶液,建议用标准溶液硝酸铅。
硼砂的碱性强,用甲基橙为指示剂恰好可行;醋酸钠碱性太弱,未能恰好反应之时甲基橙就已经变色,用酚酞作指示剂误差就更大。
不能通过人眼观察指示剂的方式确定终点,由于人眼观察指示剂变色需要在一滴内溶液有0.2-0.3的pH变化,计算可知需要c×K大于10^(-8)。K为酸或碱的解离常数,c为浓度。醋酸钠为弱碱,pKb大于9,这就需要c大于10mol/L,显然是不现实的。但可以采用分光光度滴定或电导滴定,这些仪器的灵敏度比人眼大多了。
乙酸钠是乙酸的共轭碱,pKb=14-3.74=10.26,Kb很小,不能满足cKb≥10-8的准确滴定条件,故不可用HCl标准溶液直接滴定。
HAc的Ka=1.75×10-5
H3BO3
Ka=5.81×10-10
所以用氢氧化钠可直接滴定醋酸,不能直接滴定硼酸。硼酸太弱了
由题意,硼酸的Ka = 7.3×10∧-10
因此,要使硼酸溶液能直接被NaOH滴定,c(硼酸溶液)必须≥ 13.7mol/L
H3BO3的式量为62,20℃时的溶解度约为5g/100g水,换算为摩尔浓度即0.81mol/L。即使在100℃的沸水中,H3BO3的溶解度也仅为37g/100g水,即6.0mol/L。所以硼酸在液态水中的浓度不可能达到13.7mol/L,这意味着它不能被NaOH溶液直接滴定。
硼砂(Na2B4O7•10H2O)溶于水时发生以下反应:
[B4O7]2- + 5H2O = 2H3BO3 + 2H2BO3-
H3BO3和H2BO3-可以看成共轭酸碱对:H3BO3 ↔ H+ + H2BO3-
于是H2BO3-的Kb = Kw/Ka = 10∧-14/ (7.3×10∧-10) = 1.4×10∧-5
用盐酸滴定硼砂溶液时,实际上被滴定物是弱碱H2BO3-。强酸能直接滴定弱碱的判别式为:CKb ≥ 10∧-8,因此c(H2BO3-)≥ 7.3×10∧-4mol/L时,硼砂溶液即可被盐酸直接滴定,换算为Na2B4O7的浓度即3.65×10∧-4mol/L,这个浓度处在硼砂的溶解度范围内。
H3BO3虽然不能用强碱溶液直接滴定,但它可与某些多羟基化合物(乙二醇、丙三醇、甘露醇)反应,生成络合酸,产物的Ka ≈ 10∧-6,从而强化了H3BO3的酸性,LZ可以自行计算这些络合酸能被NaOH溶液直接滴定时的最低浓度是多少。
用盐酸滴定硼砂时,终点产物是硼酸,化学计量点的PH值约为5,选用甲基红指示剂最好,其变色范围与化学计量点相吻合;选用甲基橙也可以,变色范围与化学计量点差别不是太大;不能选用酚酞指示剂,因其变色范围与化学计量点差别太大,滴定终点将提前到达,产生较大的误差。
用甲基橙做指示剂由黄变橙
硼酸是弱酸,部分电离,整个混合物相当于缓冲溶液,即在一定范围内,加入酸碱它的pH值维持在稳定范围内。