下列关于酸碱滴定中,滴定突跃范围大小的说法正确的是( )A. 酸碱的浓度越大,酸碱的强度越大,滴定突跃范围越大B. 酸碱的浓度越大,滴定突跃范围越小C. 滴定突跃范围大小与酸碱的浓度和强度无关D. 酸碱的强度越大,滴定突跃范围越小
A. 酸碱的浓度越大,酸碱的强度越大,滴定突跃范围越大
B. 酸碱的浓度越大,滴定突跃范围越小
C. 滴定突跃范围大小与酸碱的浓度和强度无关
D. 酸碱的强度越大,滴定突跃范围越小
题目解答
答案
解析
本题考查酸碱滴定中滴定突跃范围大小与酸碱浓度和强度的关系。解题思路是分别分析酸碱浓度和强度对滴定突跃范围的影响,再据此判断各个选项的正确性。
1. 分析酸碱浓度对滴定突跃范围的影响
在酸碱滴定中,以强酸强碱滴定为例,设酸的初始浓度为$c_{酸}$,碱的浓度为$c_{碱}$。当酸碱浓度增大时,在化学计量点前后,溶液中$H^+$或$OH^-$浓度的变化更为显著。
例如,用$0.1mol/L$的$NaOH$滴定$20.00mL$ $0.1mol/L$的$HCl$,在化学计量点前$0.1\%$时,溶液中$H^+$浓度为:
$c(H^+)=\frac{0.1mol/L\times0.02mL}{20.00mL + 19.98mL}\approx5\times10^{-5}mol/L$,$pH = -\lg(5\times10^{-5})\approx4.3$;
在化学计量点后$0.1\%$时,溶液中$OH^-$浓度为:
$c(OH^-)=\frac{0.1mol/L\times0.02mL}{20.00mL + 20.02mL}\approx5\times10^{-5}mol/L$,$pOH = -\lg(5\times10^{-5})\approx4.3$,$pH = 14 - 4.3 = 9.7$,突跃范围是$4.3 - 9.7$。
若将酸碱浓度变为$1mol/L$,在化学计量点前$0.1\%$时,$c(H^+)=\frac{1mol/L\times0.02mL}{20.00mL + 19.98mL}\approx5\times10^{-4}mol/L$,$pH = -\lg(5\times10^{-4})\approx3.3$;
在化学计量点后$0.1\%$时,$c(OH^-)=\frac{1mol/L\times0.02mL}{20.00mL + 20.02mL}\approx5\times10^{-4}mol/L$,$pOH = -\lg(5\times10^{-4})\approx3.3$,$pH = 14 - 3.3 = 10.7$,突跃范围是$3.3 - 10.7$。
可以看出,浓度增大,突跃范围增大,即酸碱的浓度越大,滴定突跃范围越大。
2. 分析酸碱强度对滴定突跃范围的影响
以强酸强碱滴定弱酸弱碱为例,强酸强碱在溶液中完全电离,而弱酸弱碱部分电离。
例如,用$0.1mol/L$的$NaOH$滴定$20.00mL$ $0.1mol/L$的$HCl$(强酸),突跃范围如上述计算为$4.3 - 9.7$;
若用$0.1mol/L$的$NaOH$滴定$20.00mL$ $0.1mol/L$的$HAc$(弱酸,$K_a = 1.8\times10^{-5}$),在化学计量点前$0.1\%$时,溶液是$HAc - NaAc$缓冲溶液,$pH = pK_a+\lg\frac{c(Ac^-)}{c(HAc)}=4.74+\lg\frac{19.98}{0.02}\approx7.74$;
在化学计量点时,生成$NaAc$,$Ac^-$水解,$c(OH^-)=\sqrt{K_h\times c}=\sqrt{\frac{K_w}{K_a}\times c}=\sqrt{\frac{1.0\times10^{-14}}{1.8\times10^{-5}}\times0.05}\approx5.3\times10^{-6}mol/L$,$pOH = -\lg(5.3\times10^{-6})\approx5.28$,$pH = 14 - 5.28 = 8.72$,突跃范围是$7.74 - 8.72$。
可以看出,强酸滴定的突跃范围比弱酸滴定的突跃范围大,即酸碱的强度越大,滴定突跃范围越大。
3. 判断各选项的正确性
- 选项A:由上述分析可知,酸碱的浓度越大,酸碱的强度越大,滴定突跃范围越大,该选项正确。
- 选项B:酸碱的浓度越大,滴定突跃范围应越大,而不是越小,该选项错误。
- 选项C:滴定突跃范围大小与酸碱的浓度和强度都有关系,该选项错误。
- 选项D:酸碱的强度越大,滴定突跃范围越大,而不是越小,该选项错误。