非水溶液酸堿滴定法中酸堿的質(zhì)子理論
實驗室k / 2019-07-08
(一)酸堿的定義和共軛酸堿 酸堿質(zhì)子學(xué)說認為，凡能放出質(zhì)子的物質(zhì)是酸，凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)是堿。它們的關(guān)系可用下式表示：
一種酸放出質(zhì)子后，所余部分即是該酸的共軛堿；一種堿接受了質(zhì)子以后，即成為該堿的共軛酸，HA和A稱為共軛酸堿。越容易放出質(zhì)子的物質(zhì)酸性越強，越容易接受質(zhì)子的物質(zhì)堿性越強。因此，強酸的共軛堿是弱堿，而強堿的共軛酸必定是弱酸。例如HCl是一種強酸，它的共軛堿Cl-則為弱堿。
按照酸的強度遞減(共軛堿的強度遞增)的順序?qū)⒊Ｒ姅?shù)種共軛酸堿列于表8-1。
由上表可知，質(zhì)子理論的酸堿概念較電離理論的酸堿慨念具有更為廣泛的含義，即酸或堿可以是中性分子，也可以是陽離子或陰離子。酸和堿不再是兩種不同類型的物質(zhì)了，而是一種物質(zhì)在得失質(zhì)子過程中的兩種不同狀態(tài)——酸性狀態(tài)和堿性狀態(tài)。這兩種狀態(tài)的關(guān)系好像氧化態(tài)和還原態(tài)的關(guān)系一樣是共軛的。表8-1中的HAc和H2O即能放出質(zhì)子也能接受質(zhì)子，所以是具有酸堿兩性的物質(zhì)。
(二)溶劑合質(zhì)子 H+即質(zhì)子是一個極小的質(zhì)點，很活潑，不能單獨存在，易與溶劑分子結(jié)合成溶劑合質(zhì)子。在水溶液中與水分子結(jié)合成水合氫離子(H3O+)又叫泋離子，在非水溶液中與溶劑分子結(jié)合成溶劑合質(zhì)子。例如，HCl溶解在水中，質(zhì)子與水分子結(jié)合成水合氫離子(H3O+)：
HCl＋H2O ?H3O+＋Cl-
HCl溶解在冰醋酸中，質(zhì)子與HAc分子結(jié)合成醋酸合質(zhì)子。
HCl＋HAc ?H2Ac+＋Cl-
(三)酸堿中和的實質(zhì) 質(zhì)子理論認為酸堿中和反應(yīng)的實質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，而質(zhì)子的轉(zhuǎn)移是通過溶劑合質(zhì)子實現(xiàn)的，即溶劑在反應(yīng)中起傳遞質(zhì)子的作用。例如鹽酸在水溶液中滴定氨水的反應(yīng)：
在HCl溶液中，HCl把質(zhì)子轉(zhuǎn)移給了H2O，反應(yīng)如下：
HCl＋H2O ?H3O+＋Cl-
在氮水中，H2O把質(zhì)子轉(zhuǎn)移給NH3，反應(yīng)如下：
NH3＋H2O ?OH-＋NH4+
用HCl滴定氨水時，實際上是H3O+與OH-反應(yīng)生成H2O：
H3O+＋OH- ?2H2O
總反應(yīng)式可寫為：
HCl＋NH3 ?NH4+＋Cl-
在此反應(yīng)中，HCl把質(zhì)子轉(zhuǎn)移給了NH3，溶劑H2O起了傳遞質(zhì)子的作用。
又如在非水溶劑冰醋酸中，用高氯酸滴定苯甲酸鈉(下面以NaA表示)，在HClO4的冰HAc溶液中，HClO4把質(zhì)子轉(zhuǎn)移給了HAc反應(yīng)式如下：
HClO4＋HAc ?H2Ac+＋ClO4-
在苯甲酸鈉的冰醋酸溶液中，HAc把質(zhì)子轉(zhuǎn)移給了NaA，反應(yīng)式如下：
NaA＋HAc ?HA＋Na+＋Ac-
滴定時，實際上是H2Ac+與Ac-結(jié)合生成HAc：總反應(yīng)式為：
HClO4＋NaA ?HA＋ClO4-＋Na+
在此反應(yīng)中，HClO4把質(zhì)子轉(zhuǎn)移給了苯甲酸鈉，溶劑HAc起了傳遞質(zhì)子的作用。
在非水溶劑中，酸堿反應(yīng)可用下式表示：
反應(yīng)中，質(zhì)子是由酸1(HA)轉(zhuǎn)移給了堿2(B)，表示中和反應(yīng)是質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。酸和堿作用生成另一種酸與另一種堿，生成的酸和堿與原來的酸和堿是共軛的。質(zhì)子理論認為酸堿中和反應(yīng)并無鹽的生成。
.jpg "酸堿關(guān)系式")
.jpg "某些共軛酸堿")
.jpg "反應(yīng)式")
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