溶劑的酸堿性
酸的強(qiáng)度決定于它將質(zhì)子給予溶劑分子的能力和溶劑分子接受質(zhì)子的能力;堿的強(qiáng)度決定于它從溶劑分子中奪取質(zhì)子的能力和溶劑分子給出質(zhì)子的能力。這就是說(shuō),酸堿的強(qiáng)度不僅決定于酸堿本身的性質(zhì)還決定于溶劑的性質(zhì)。例如HNO3在水溶液中放出質(zhì)子能力很強(qiáng),為強(qiáng)酸,而醋酸在水溶液中放出質(zhì)子能力較弱,為弱酸,這是由于它們的本性所決定。如果改變?nèi)軇瑢NO3溶于冰醋酸中,由于冰醋酸的酸性比水強(qiáng),因而使HNO3放出質(zhì)子能力相應(yīng)減弱顯弱酸性,當(dāng)溶劑改為純硫酸時(shí),HNO3就顯示堿性了。反應(yīng)式如下:
HNO3+H2O ?H3O++NO3-
HNO3+HAc ?H2Ac++NO3-
HNO3+H2SO4 ?H2NO3++HSO4-
醋酸在水溶液中為弱酸,當(dāng)把它溶解于乙二胺中時(shí),由于乙二胺接受質(zhì)子的能力遠(yuǎn)比水強(qiáng),所以此時(shí)醋酸就顯示出強(qiáng)酸性。
由此可見(jiàn),弱酸溶于堿性溶劑中,可以增強(qiáng)其酸性;將弱堿溶于酸性溶劑中,可以增強(qiáng)其堿性。某些在水中不能滴定的弱酸或弱堿,如果選擇適當(dāng)?shù)娜軇┦蛊鋸?qiáng)度增加,便可順利的進(jìn)行滴定。如堿性很弱的胺類,在水中難以進(jìn)行滴定,但若改用冰醋酸做溶劑,由于冰醋酸放出質(zhì)子能力較強(qiáng),因此增強(qiáng)了胺的堿性,便可用高氯酸的冰醋酸溶液滴定,反應(yīng)式如下:
標(biāo)準(zhǔn)溶液:HClO4+HAc ?H2Ac++ClO4-
樣品溶液:RNH2+HAc ?RNH3++Ac-
滴定反應(yīng):H2Ac++Ac- ?2HAc
總 式:HClO4+RNH2 ?RNH3++ClO4-
又如在水中顯極弱酸性的苯酚(Ka=1.1×10(-10次方)),可選擇適當(dāng)?shù)膲A性溶劑如乙二胺增強(qiáng)其酸性后,便可用甲醇鈉的乙二胺溶液進(jìn)行滴定。
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溶劑的調(diào)平效應(yīng)和區(qū)分效應(yīng)
常見(jiàn)的無(wú)機(jī)酸如高氯酸、鹽酸、硫酸、硝酸等都是強(qiáng)酸,在水中存在著下列酸堿平衡:
HClO4+H2O ?H3O++ClO4-
HCl+H2O ?H3O++Cl-
H2SO4+H2O ?H3O++HSO4-
HNO3+H2O ?H3O++NO3-
上述酸堿反應(yīng)向右進(jìn)行得十分完全,即不論上述無(wú)機(jī)酸的酸度多強(qiáng),溶于水后,其固有的酸強(qiáng)度已不能表現(xiàn)出來(lái),而統(tǒng)統(tǒng)被調(diào)平到水合質(zhì)子(H3O+)的強(qiáng)度水平,結(jié)果使它們的酸強(qiáng)度都相等。溶劑的這種調(diào)平作用稱為調(diào)平效應(yīng)。具有調(diào)平效應(yīng)的溶劑叫調(diào)平性溶劑。水是上述無(wú)機(jī)酸的調(diào)平性溶劑。應(yīng)該知道,水的堿性是使這些無(wú)機(jī)酸產(chǎn)生調(diào)平效應(yīng)的原因。
如果是在冰醋酸溶劑中,由于冰醋酸的堿性較水為弱,在這種情況下,上述無(wú)機(jī)酸就不能全部將其質(zhì)子轉(zhuǎn)移給醋酸,并且在程度上有差別:
HClO4+HAc ?H2Ac++ClO4-,Ka=2.0×10(7次方)
H2SO4+HAc ?H2Ac++HSO4-,Ka=1. 3×10(4次方)
HCl+HAc ?H2Ac++Cl-,Ka=1.0×10(3次方)
HNO3+HAc ?H2Ac++NO3-,Ka=22
實(shí)踐證明,上述酸堿反應(yīng)從上到下反應(yīng)越來(lái)越不完全。因此無(wú)機(jī)酸在冰醋酸中顯示出不同的酸強(qiáng)度,其順序?yàn)椋?/div>
HClO4>H2SO4>HCl>HNO3
這種能區(qū)分酸(或堿)強(qiáng)弱的作用稱為區(qū)分效應(yīng)。具有區(qū)分效應(yīng)的溶劑稱為區(qū)分性溶劑。冰醋酸是上述無(wú)機(jī)酸的區(qū)分性溶劑。
調(diào)平效應(yīng)和區(qū)分效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是溶劑與溶質(zhì)間發(fā)生酸堿反應(yīng)的結(jié)果。一般說(shuō)來(lái),酸性溶劑是堿的調(diào)平性溶劑,而堿性溶劑是酸的調(diào)平性溶劑。如醋酸在水中不能象鹽酸一樣全部轉(zhuǎn)化為水合質(zhì)子,而在液氨中,由于液氨的堿性較強(qiáng),使其全部轉(zhuǎn)化為溶劑合質(zhì)子(NH4+),因而醋酸顯強(qiáng)酸性。
HAc+NH3 ?NH4++Ac-
所以液氨是HCl和HAc的調(diào)平性溶劑。H2O卻是它們的區(qū)分性溶劑。
在非水滴定中,利用調(diào)平效應(yīng)來(lái)增強(qiáng)弱酸或弱堿的酸堿性后,即可用標(biāo)準(zhǔn)堿或標(biāo)準(zhǔn)酸溶液進(jìn)行滴定。利用調(diào)平效應(yīng)還可滴定共存酸或共存堿的總量。如要測(cè)定共存酸或共存堿中各成分的含量,則必須利用區(qū)分效應(yīng),顯示其強(qiáng)度的差別,從而分別滴定。