H2SO4可以视为二元强酸简化计算pH的浓度条件(北京大学化院《定量分析化学》课堂展示

QuantitativeChemicalAnalysisH2SO4可以视为二元强酸简化计算pH的浓度条件定量分析化学讨论课报告人：蔡兴瑞指导教师：赵美萍2016.05.28QuantitativeChemicalAnalysis内容总体分析2具体分析结果讨论问题背景QuantitativeChemicalAnalysis问题背景•试推导H2SO4可以视为二元强酸简化计算pH需要满足的浓度条件。（要求pH相对误差≤5%）•已知pKa2(H2SO4)=1.92(I=0).3QuantitativeChemicalAnalysis总体分析•pH相对误差（而非[H+]相对误差）Er=|𝐩𝐇实际−𝐩𝐇估算|𝐩𝐇实际≤5%4QuantitativeChemicalAnalysis总体分析•实际pHPBE[H+]实际=c(H2SO4)+[SO42-]+[OH-][H+]实际=c0+𝐜𝟎×𝑲𝒂𝟐(𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒)𝑲𝒂𝟐𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒+[H+]实际+𝑲𝒘[H+]实际①pH实际=-lg([H+]实际)5QuantitativeChemicalAnalysis总体分析•估算pHMBE（看做二元强酸）[H+]估算=2c(H2SO4)=2c0②pH估算=-lg([H+]估算)=-lg(2c0)•pH相对误差临界条件Er=|𝐩𝐇实际−𝐩𝐇估算|𝐩𝐇实际=5%③6QuantitativeChemicalAnalysis具体分析一•当c0较大时，[H+]实际较大，假设忽略𝑲𝒘[H+]实际的影响[H+]实际=c0+𝐜𝟎×𝑲𝒂𝟐(𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒)𝑲𝒂𝟐𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒+[H+]实际①’[H+]估算=2c0[H+]实际[H+]估算pH实际pH估算7QuantitativeChemicalAnalysis𝐩𝐇实际−𝐩𝐇估算0Er=𝐩𝐇实际−𝐩𝐇估算𝐩𝐇实际=5%③’𝟎.𝟗𝟓𝐩𝐇实际=𝐩𝐇估算[H+]实际0.95=[H+]估算=2c0c0=𝟏𝟐×[H+]实际0.958QuantitativeChemicalAnalysis将c0=𝟏𝟐×[H+]实际0.95代入①’[H+]实际=c0+c0×𝑲𝒂𝟐(𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒)𝑲𝒂𝟐𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒+[H+]实际①’[H+]实际=𝟏𝟐×[H+]实际0.95(𝟏+𝑲𝒂𝟐(𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒)𝑲𝒂𝟐𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒+[H+]实际)2[H+]实际0.05=𝟏+𝑲𝒂𝟐(𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒)𝑲𝒂𝟐𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒+[H+]实际9QuantitativeChemicalAnalysis2[H+]实际0.05=𝟏+𝑲𝒂𝟐(𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒)𝑲𝒂𝟐𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒+[H+]实际解得：[H+]实际=9×10-3mol/Lc0=𝟏𝟐×[H+]实际0.95=5.7×10-3mol/LpH实际=2.05,pH估算=1.94检验：[H+]实际𝑲𝒘[H+]实际，假设合理10QuantitativeChemicalAnalysis具体分析二•当c0较小时，[H+]实际较大，假设HSO4-完全电离𝑲𝒂𝟐(𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒)𝑲𝒂𝟐𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒+[H+]实际=𝟏[H+]实际=2c0+𝑲𝒘[H+]实际①’’[H+]估算=2c0[H+]实际[H+]估算pH实际pH估算11QuantitativeChemicalAnalysis𝐩𝐇实际−𝐩𝐇估算0Er=𝐩𝐇实际−𝐩𝐇估算𝐩𝐇实际=−5%③’’𝟏.𝟎𝟓𝐩𝐇实际=𝐩𝐇估算[H+]实际1.05=[H+]估算=2c0c0=𝟏𝟐×[H+]实际1.0512QuantitativeChemicalAnalysis将c0=𝟏𝟐×[H+]实际1.05代入①’’[H+]实际=2c0+𝑲𝒘[H+]实际①’’[H+]实际=[H+]实际1.05+𝑲𝒘[H+]实际[H+]实际2.05−[H+]实际2+Kw=0解得：[H+]实际=1.4×10-7mol/L13QuantitativeChemicalAnalysis解得：[H+]实际=1.4×10-7mol/Lc0=𝟏𝟐×[H+]实际1.05=3.2×10-8mol/LpH实际=6.85,pH估算=7.19检验：[H+]实际Ka，𝑲𝒂𝟐(𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒)𝑲𝒂𝟐𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒+[H+]实际=𝟏假设合理14QuantitativeChemicalAnalysis结果讨论•由以上的计算可知，3.2×10-8mol/Lc05.7×10-3mol/L是H2SO4可以视为二元强酸简化计算pH的浓度范围15QuantitativeChemicalAnalysis结果讨论•在下限c0=3.2×10-8mol/L时，如果使用简化式计算，则会得出硫酸的pH=7.19呈碱性的荒谬结果16QuantitativeChemicalAnalysis结果讨论•在实际使用中，c0=3.2×10-8mol/L的硫酸溶液属于痕量级，在痕量分析的测定中有测量意义1717QuantitativeChemicalAnalysis致谢•赵美萍教授感谢赵美萍教授的教导感谢王婷同学、宋锴同学对该问题的见解与讨论感谢各位听取本报告，提出您的意见谢谢