AP化学滴定:已经到达当量点,为什么pH仍可能大于7?

AP Chemistry中的当量点描述酸碱按反应计量关系恰好反应,并不自动表示溶液呈中性。弱酸被强碱中和以后,形成的共轭碱仍能与水建立平衡。下面使用假设酸HA进行独立计算,避免把“没有过量强碱”误解成“没有任何碱性来源”。

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第一步先用摩尔数确认到哪里了

取50.0毫升、0.100摩尔每升的假设一元弱酸HA,其Ka=1.0×10⁻⁵;用同浓度NaOH滴定。忽略体积变化的非加和效应,加入50.0毫升碱时,二者各有0.00500摩尔,按HA+OH⁻→A⁻+H₂O反应。

此时处于当量点,总体积100.0毫升,形成的A⁻形式浓度为0.0500摩尔每升。不要用原酸体积50毫升作最终浓度的分母,也不要因计量中和就把所有粒子从分析中删除。

第二步看留下的A⁻与水怎样作用

A⁻+H₂O⇌HA+OH⁻。在25摄氏度、采用Kw=1.0×10⁻¹⁴的模型下,Kb=Kw/Ka=1.0×10⁻⁹。设水解产生的OH⁻浓度为x,则Kb=x²/(0.0500-x)。

由于Kb很小,可先试x远小于0.0500的近似,得到x≈√(1.0×10⁻⁹×0.0500)≈7.07×10⁻⁶摩尔每升。生成的OH⁻来自盐的水解,不是滴定时偷偷多加了强碱。

算完pH后,还要回头检查近似

pOH约为5.15,所以pH约为8.85。这里用了25摄氏度下pH+pOH≈14的关系。计算出的x只占0.0500的约0.014%,忽略分母中的x对本例是合理的;它也明显大于纯水的10⁻⁷摩尔每升尺度。

这不表示所有当量点的pH都是8.85。更换酸的Ka、滴定浓度或温度,结果会改变;强酸与弱碱的组合还可能在当量点呈酸性。因此先辨认体系,再选择平衡模型。

不要把终点、当量点与中性点写成同义词

当量点由化学计量定义;指示剂变色的实验终点是操作观察,两者应尽量接近,但概念不同。中性则涉及水中酸碱性粒子的关系。选择指示剂时,应结合滴定曲线的突跃范围,而不是一律追求在pH=7变色。

复习时可在纸上画两栏:先列反应前后的物质的量,再列反应后需要考虑的平衡。咨询某道题时同时提供加入体积、酸碱强弱及温度条件,才能准确说明卡在计量步骤还是平衡步骤。

延伸阅读:AP化学共轭酸碱:为什么一对物质必须只相差一个质子。

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