第四节　非水溶液酸碱滴定法

酸碱滴定多数以水作介质，也有一部分是以非水溶剂作滴定介质。在非水溶剂（有机溶剂或不含水的无机溶剂）中进行的酸碱滴定分析方法，称为非水溶液酸碱滴定法。在非水溶剂中滴定，可增大有机化合物的溶解度，改变物质的化学性质（如酸碱性及其强度），使在水中不能进行完全的滴定反应能够顺利进行，扩大了酸碱滴定分析的应用范围。

一、基本原理

1.溶剂的类型

根据酸碱质子理论，可将非水滴定中的常用溶剂分为质子溶剂、非质子溶剂和混合溶剂三类。

（1）质子溶剂　质子溶剂是指能给出质子或接受质子的溶剂。质子溶剂的特点是溶剂分子之间有质子的转移，根据其给出或接受质子能力的不同，又可分为以下三种。

①酸性溶剂。此类溶剂给出质子能力较强，适于作为滴定弱碱性物质的介质。常用的酸性溶剂有冰醋酸、甲酸、乙酸等。

②碱性溶剂。此类溶剂接受质子能力较强，适于作为滴定弱酸性物质的介质。常用的碱性溶剂有乙二胺、乙醇胺等。

③两性溶剂。此类溶剂既能接受质子又能给出质子，又称中性溶剂，适于作为滴定不太弱的酸、碱性物质的介质。醇类一般属于两性溶剂，如甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇等。

（2）非质子溶剂　非质子溶剂分子中无转移性质子，不能发生溶剂的质子自递反应。这类溶剂可分为以下两种。

①亲质子溶剂。此类溶剂分子中无转移性质子，但却有较弱的接受质子的倾向和形成氢键的能力，适于作为弱酸或某些混合物的滴定介质。如酰胺类、酮类、腈类、吡啶类等。

②惰性溶剂。此类溶剂分子不参与酸碱反应，质子转移直接发生在试样与滴定剂之间。常用的惰性溶剂有苯、三氯甲烷、二氧六环等。

（3）混合溶剂　是指质子溶剂和惰性溶剂混合在一起的溶剂。混合溶剂能改善样品的溶解性能，增大滴定突跃范围以及使指示剂变色敏锐。

常用的混合溶剂：适于弱碱性物质的滴定，如冰醋酸-乙酸酐、冰醋酸-苯、冰醋酸-四氯化碳等；适于弱酸性物质的滴定，如苯-甲醇、苯-异丙醇、甲醇-丙酮、二甲基甲酰胺-三氯甲烷等。

2.溶剂的性质

（1）溶剂的解离性　除惰性溶剂外，非水溶剂都有不同程度的离解。在这类具有离解性的溶剂中存在下列平衡。

式中，为溶剂的固有酸度常数，反映溶剂给出质子的能力；为溶剂的固有碱度常数，反映溶剂接受质子的能力。

在解离性溶剂中，实际上同时存在两个平衡，其中一分子溶剂起酸的作用，另一分子溶剂起碱的作用，即溶剂发生自身质子转移反应（质子自递反应）形成溶剂合质子。合并上述两反应式即得质子自递反应方程式，如下。

2SH+S-

为溶剂合质子，S-为溶剂合阴离子。由此推得质子自递反应的平衡常数为：

因溶剂自身解离很微小，［SH］可看作一定值，故定义

Ks称为溶剂的质子自递常数或离子积。像水的离子积一样，一定温度下不同溶剂具有不同的质子自递常数（离子积）。例如，乙醇的质子自递反应为：

2C2H5OH+C2H5O-

Ks==7.9×10-20（25℃）　　pKs=19.1

在一定温度下，不同溶剂的自身离解常数不同，常用非水溶剂的自身解离常数及介电常数列于表4-5。

溶剂自身解离常数Ks的大小对滴定突跃的范围有一定影响，溶剂的自身离解常数Ks越小，滴定突跃范围越大，滴定终点越敏锐。实验证明，酸碱反应在自身解离常数小的溶剂中比在自身解离常数大的溶剂中进行得更完全。

（2）溶剂的酸碱性　根据酸碱质子理论，一种酸（碱）表现出的酸（碱）性的强弱，不仅与酸（碱）本身给出或接受质子的能力大小有关，也与溶剂的酸碱性质有关。

溶剂的酸碱性可以改变一种酸（碱）的强度。如酸HA溶于质子性溶剂SH中，则发生下列质子转移反应：

由反应式可知，如果溶剂SH接受质子的能力越强即溶剂的碱性越强，则酸HA更容易失去质子即酸HA在溶剂SH中所表现出的酸性越强。例如，将HCl分别溶于水和冰醋酸中，由于水的碱性比冰醋酸强，因此HCl在水中表现出的酸性比在冰醋酸中强。

与之类似，碱B溶于质子性溶剂SH中，发生如下质子转移反应。

若溶剂SH给出质子的能力越强即溶剂的酸性越强，则碱B更易得到质子即碱B在溶剂SH中所表现出的碱性越强。例如，将NH3分别溶于水和冰醋酸中，由于冰醋酸的酸性比水强，因此NH3在冰醋酸中表现出的碱性比在水中强。

由此可见，弱酸溶于碱性溶剂中，可以增强其酸性；弱碱溶于酸性溶剂中，可以增强其碱性。因此，对于弱碱性物质，要增强其碱性，可选用酸性溶剂；而对于弱酸性物质，要增强其酸性，则应选用碱性溶剂。

（3）溶剂的极性　溶剂的极性与其介电常数ε有关，极性强的溶剂ε值大，极性弱的溶剂ε值小。溶质在ε值较大的溶剂中较易解离。常用溶剂的介电常数ε见表4-5。

（4）均化效应和区分效应　实验证明，HClO4、H2SO4、HCl、HNO3四种酸的强度是有差别的，但它们在水溶液中强度几乎相等，均属强酸。原因是溶剂水的碱性能够充分接受它们给出的质子，使它们能全部电离转化生成水合质子H3O+。

HClO4+H2OH3O++

H2SO4+H2OH3O++

HCl+H2OH3O++Cl-

HNO3+H2OH3O++

也就是说，溶剂水能将以上各种不同强度的酸都被均化到H3O+的水平。这种将各种不同强度的酸（碱）均化到溶剂合质子（溶剂合阴离子）水平的效应称为均化效应，亦称拉平效应。具有均化效应的溶剂称为均化性溶剂，水就是这四种酸的均化性溶剂。

若将以上四种酸溶解到冰醋酸溶剂中，因乙酸的碱性比水弱，这种情况下四种酸将质子转移给HAc分子的能力有差异，各种酸的离解程度不同，四种酸在冰醋酸溶剂中的电离常数可说明各种酸在强度上的差别。

HClO4+HAcH2Ac++　　Ka=2.0×107

H2SO4+HAcH2Ac++　　Ka=1.3×106

HCl+HAcH2Ac++Cl-　　　　Ka=1.0×103

HNO3+HAcH2Ac++　　Ka=22

从上述电离常数K可知，在冰醋酸溶剂中，四种酸所表现的酸性强弱是不同的，HClO4是比HNO3更强的酸。这种能区分酸（碱）强弱的效应称为区分效应，具有区分效应的溶剂称为区分性溶剂，冰醋酸就是这四种酸的区分性溶剂。

一般来说，酸性溶剂是碱的均化性溶剂，是酸的区分性溶剂；碱性溶剂是酸的均化性溶剂，是碱的区分性溶剂。惰性溶剂不参与质子的转移，因此没有均化效应，但它是良好的区分性溶剂。

溶剂的均化效应与区分效应和溶质、溶剂的酸碱强度有关。非水溶液酸碱滴定的目的就是利用溶剂的均化效应，选用合适的非水溶剂，增强在水溶液中不能被准确滴定的弱酸或弱碱（caKa<10-8或cbKb<10-8）的强度，增大滴定突跃范围，从而实现准确滴定。

非水溶液酸碱滴定中，还可以利用溶剂的均化效应测定混合酸（碱）的总量，利用溶剂的区分效应可以测定混合酸（碱）中各种组分的含量。

3.非水溶剂的选择

在非水滴定中，溶剂的选择非常重要，因为溶剂的酸碱性、解离性、极性等对溶质的酸碱强度及对滴定反应的进行程度是有影响的。选择非水溶剂的原则如下。

（1）溶剂应能溶解样品及滴定产物；单一溶剂无法溶解时，可采用混合溶剂。

（2）溶剂应能增强样品的酸性或碱性，且不引起副反应。通常滴定弱酸选择碱性溶剂，滴定弱碱选择酸性溶剂。

（3）溶剂的纯度要高。若溶剂中存在水分，会严重干扰滴定终点，可采用精制或加入能与水作用的试剂等方法除去。

（4）选择自身解离常数小的弱极性溶剂，有利于滴定反应进行完全，增大滴定的突跃范围。

（5）溶剂还应具有黏度小、挥发性低、易于精制和回收、廉价、安全等优点。

二、非水溶液酸碱滴定的类型

非水溶液中酸碱滴定的类型包括碱的滴定和酸的滴定两类。

1.碱的滴定

当碱性样品的cbKb<10-8时，可利用均化效应，选用酸性溶剂，增强弱碱的强度，从而增大滴定突跃范围。

（1）溶剂　滴定弱碱通常选择酸性溶剂。冰醋酸、无水甲酸及丙酸等均可作为滴定弱碱的溶剂。其中，冰醋酸提供质子的能力较强，是滴定弱碱最常用的酸性溶剂。

市售冰醋酸往往含有水分，为避免水分影响滴定，一般需加入定量的乙酸酐，使其与水反应转变为乙酸，反应式如下。

（CH3CO）2O+H2O2CH3COOH

（2）标准溶液　滴定弱碱常采用高氯酸的冰醋酸溶液作为标准溶液，这是因为在冰醋酸溶剂中高氯酸是强酸，且绝大多数有机碱的高氯酸盐易溶于有机溶剂，对滴定反应有利。

①配制。市售高氯酸为含HClO4 70.0%～72.0%的水溶液，故也需加入乙酸酐除去水分。

需要注意的是：高氯酸与有机物接触、遇热极易引起爆炸，和乙酸酐混合时易发生剧烈反应而放出大量热。因此，在配制时应先用冰醋酸将高氯酸稀释后，再在不断搅拌下缓缓滴加适量乙酸酐。实际加入乙酸酐的量可略多于计算量，不会影响测定结果。但在测定易乙酰化的样品（如芳香伯胺或仲胺）时，所加乙酸酐不宜过量，否则过量的乙酸酐将与胺发生酰化反应，使测定结果偏低。

②标定。标定高氯酸滴定液常用基准物质邻苯二甲酸氢钾，以结晶紫为指示剂，其标定反应如下。

+HClO4+KClO4

由于溶剂和指示剂需消耗滴定液，故需做空白试验校正。

③温度校正。大多数有机溶剂的膨胀系数较大，其体积随温度的变化较大。因此，《中华人民共和国药典》（2015年版）规定，高氯酸标准溶液滴定样品时的温度与标定时的温度相差超过10℃时，应重新标定；未超过10℃时，则按下式对高氯酸标准溶液的浓度加以校正。

式中，0.0011为冰醋酸的膨胀系数；t0为标定时的温度；t1为测定试样时的温度；c0为标定时的浓度；c1为测定试样时的浓度。

（3）滴定终点　在非水溶液酸碱滴定中可用指示剂法或电位法指示终点。常用的指示剂是结晶紫，其碱式色为紫色、酸式色为黄色。此外有时也用α-萘酚苯甲醇（酸式色为绿色、碱式色为黄色）、喹哪啶红（酸式色为无色、碱式色为红色）等指示剂。

除用指示剂确定终点外，也可用电位滴定法确定终点（见第八章）。

2.酸的滴定

当酸性样品的caKa<10-8时，可利用均化效应，选用碱性溶剂，增强弱酸的强度，从而增大滴定突跃范围。

（1）溶剂　滴定弱酸，选用碱性溶剂。一般滴定不太弱的羧酸时，可用甲醇、乙醇等醇类作溶剂；滴定弱酸和极弱酸时，则宜用碱性溶剂乙二胺或偶极亲质子溶剂二甲基甲酰胺等；混合酸的区分滴定可以采用甲基异丁酮为区分溶剂。有时也可用甲醇-苯、甲醇-丙酮等混合溶剂。

（2）标准溶液　非水溶剂酸滴定法中，碱标准溶液有甲醇钠、氢氧化四丁基铵等。其中最常用的碱标准溶液为甲醇钠溶液，由甲醇与金属钠反应制得。

2CH3OH+2Na2CH3ONa+H2↑

标定甲醇钠标准溶液浓度的常用基准物质苯甲酸，滴定时常用的指示剂有百里酚蓝、偶氮紫和溴酚蓝。此外，也可以使用电位滴定法指示终点。

三、应用与示例

1.碱的滴定应用

在非水溶液中，碱的滴定主要是利用酸性溶剂增强弱碱的碱性，用酸标准溶液进行滴定。胺类、氨基酸类、含氮杂环类化合物、某些有机碱的盐和弱酸盐等具有碱性基团的化合物，大都可在合适的非水溶液中用高氯酸标准溶液进行滴定。

（1）有机弱碱的测定　在水溶液中Kb>10-10的胺类、生物碱类等有机弱碱，都可在冰醋酸溶剂中用高氯酸标准溶液进行测定；而Kb<10-12的极弱碱，则需用冰醋酸-乙酸酐的混合溶剂进行测定。

【示例5】 地西泮的含量测定　取本品约0.2g，精密称定，加冰醋酸与乙酸酐各10ml使溶解，加结晶紫指示液1滴，用高氯酸滴定液（0.1mol/L）滴定至溶液显绿色。每1ml高氯酸滴定液（0.1mol/L）相当于28.47mg的地西泮。

（2）有机碱的氢卤酸盐的测定　生物碱类药物难溶于水且不稳定，因此常制成氢卤酸盐形式以供药用，如盐酸麻黄碱、氢溴酸东莨菪碱等。当用高氯酸滴定液滴定有机碱的氢卤酸盐时，游离出的氢卤酸酸性较强，使滴定反应不能完全进行，因此在滴定前加入适量乙酸汞-冰醋酸溶液，使其形成难电离的卤化汞，而氢卤酸盐转化成可测定的乙酸盐，然后再用高氯酸滴定液滴定，以结晶紫为指示剂。

【示例6】 盐酸伪麻黄碱的含量测定　取本品约0.15g，精密称定，加冰醋酸10ml，微温使溶解，加入乙酸汞试液4ml与结晶紫指示剂1滴，立即用高氯酸滴定液（0.1mol/L）滴定至溶液显蓝绿色，并将滴定结果用空白试验校正。每1ml高氯酸滴定液（0.1mol/L）相当于20.17mg的盐酸伪麻黄碱（C10H15ON·HCl）。按下式计算盐酸伪麻黄碱的含量。

2.酸的滴定应用

在非水溶液中，酸的滴定主要是利用碱性溶剂对弱酸的均化效应，增强弱酸的强度以实现准确滴定。非水溶液中酸的滴定主要用于测定羧酸类、酚类、磺酰胺类等含有酸性基团的有机化合物的含量。

【示例7】 乙琥胺的含量测定　取本品约0.2g，精密称定，加二甲基甲酰胺30ml使溶解，加偶氮紫指示液2滴。在氮气流中，用甲醇钠滴定液（0.1mol/L）滴定至溶液显蓝色，并将滴定的结果用空白试验校正。每1ml甲醇钠滴定液（0.1mol/L）相当于14.12mg的乙琥胺。

点滴积累

1.非水酸碱滴定法是指在非水溶剂（有机溶剂或不含水的无机溶剂）中进行的酸碱滴定分析方法。

2.溶剂的性质包括溶剂的离解性、溶剂的酸碱性、溶剂的极性，以及溶剂的均化、区分效应。溶剂的酸碱性可以改变溶质的酸碱强度。

3.均化效应是指能将不同强度的酸或碱拉平到相同强度水平的效应，具有这种作用的溶剂称为均化性溶剂；区分效应是指能区分酸或碱强弱的效应，具有这种作用的溶剂称为区分性溶剂。

4.酸性溶剂是碱的均化性溶剂，是酸的区分性溶剂；碱性溶剂是酸的均化性溶剂，是碱的区分性溶剂。非水溶液碱的滴定法主要是利用酸性溶剂增强弱碱的碱性，用标准酸溶液进行滴定。

目标检测

一、选择题

1.酸碱滴定中选择指示剂的原则是（　　）

A.指示剂的变色范围与化学计量点完全相符

B.指示剂应在pH=7.00时变色

C.指示剂变色范围应全部落在滴定突跃范围之内

D.指示剂的变色范围应全部或部分落在滴定突跃范围之内

2.用0.1000mol/L NaOH滴定0.1000mol/L H2C2O4，应选下面哪种指示剂（　　）

A.甲基橙　　　　　B.甲基红　　　　　C.酚酞　　　　　　D.溴甲酚绿

3.标定氢氧化钠滴定液的基准物质是（　　）

A.盐酸

B.邻苯二甲酸氢钾

C.苯甲酸

D.高氯酸

4. 标定盐酸溶液常用的基准物质是（　　）

A. 无水Na2CO3         B. 草酸（H2C2O4·2H2O）

C. CaCO3

D. 邻苯二甲酸氢钾

5. 以下关于非水溶剂的说法不正确的是（　　）

A. 非水溶剂分为质子性溶剂、非质子性溶剂和混合溶剂三类

B. 滴定酸（碱）时，所选溶剂的酸（碱）性越弱越好，反应越完全

C. 一般来讲，酸性溶剂对酸具有区分效应，对碱则有均化效应

D. 所有非水溶剂都具有解离性

6. Na2CO3和NaHCO3混合物可用HCl标准溶液来测定，测定过程中两种指示剂的滴加顺序为（　　）

A. 酚酞、甲基橙

B. 甲基橙、酚酞

C. 酚酞、百里酚蓝

D. 百里酚蓝、酚酞

7. 浓度为0.1mol/L的下列酸，不能用氢氧化钠溶液直接滴定的是（　　）

A. 一氯乙酸（Ka=1.4×10-3）

B. 邻苯二甲酸氢钾（Ka=3.1×10-6）

C. 苯酚（Ka=1.3×10-10）

D. HAc（Ka=1.8×10-5）

8. 用0.2000mol/L NaOH 滴定0.1000mol/L H2C2O4，其pH突跃范围是（　　）

A. 2.0～6.0

B. 4.0～8.0

C. 4.0～10.0

D. 8.0～10.0

9. 浓度为0.1mol/L的下列酸，能用NaOH标准溶液直接滴定的是（　　）

A. HCOOH（pKa=3.45）

B. H3BO3（pKa=9.22）

C. NH4NO2（pKb=4.74）

D. H2O2（pKa=12.00）

10.配制高氯酸滴定液时，加入乙酸酐的目的是（　　）

A. 除去溶剂冰醋酸中的水分

B. 除去市售高氯酸中的水分

C. 增加高氯酸的稳定性

D. 调节溶液酸度

11. 盐酸和乙酸的均化性溶剂是（　　）

A. 液氨

B. 均化性溶剂

C. 区分性溶剂

D. 水

12. 用吸水后的基准无水碳酸钠标定HCl，则所标定的HCl浓度将（　　）

A. 偏高

B. 偏低

C. 产生随机误差

D. 没有影响

13. 用凯氏定氮法测定蛋白质中的含氮量，蒸出的NH3用过量的H2SO4溶液吸收，再用NaOH标准溶液返滴定，确定终点的指示剂应选用（　　）

A. 甲基红

B. 酚酞

C. 中性红

D. 百里酚酞

14. 配制NaOH溶液未除尽，若以H2C2O4标定NaOH浓度后，用于测定HAc含量，其结果将（　　）

A. 偏高

B. 偏低

C. 无影响

D. 无法确定

15. 标定高氯酸标准溶液采用的基准物质是（　　）

A.

B. NaOH

C. KBrO3

D. H2C2O4

16. 非水滴定法测定弱碱性药物时，常用的溶剂是（　　）

A. 有机溶剂

B. Na2CO3

C. 冰醋酸

D. 乙二胺

二、简答题

1. 酸碱滴定中，指示剂选择的原则是什么？酸碱指示剂的变色范围受哪些因素的影响？

2. 为什么液氨是乙酸和乙酸的均化溶剂，而水却是二者的区分溶剂？

三、计算题

1. 为标定HCl标准溶液的浓度，称取基准物质Na2CO3 0.1520g，用去HCl溶液25.20ml，求HCl溶液的浓度（已知Na2CO3的摩尔质量为105.99g/mol）。

2.精密移取食醋试样3.00ml于250ml锥形瓶中，加50ml纯化水稀释后，以酚酞为指示剂，用0.1028mol/L的NaOH滴定液滴定至终点，用去NaOH滴定液15.22ml，求食醋中乙酸的质量浓度（g/100ml）（已知乙酸的摩尔质量为60.05 g/mol）。

3.取混合碱液1.00ml，加适量水后再加酚酞指示剂，用0.3000mol/L HCl标准溶液滴定至酚酞变色时，消耗HCl溶液28.40ml，再加入甲基橙指示剂，继续用同浓度的HCl滴定至甲基橙变色，又消耗HCl溶液3.60ml，请确定此碱液是何混合物，并计算各组分的质量分数（已知NaOH摩尔质量为40.01g/mol，Na2CO3摩尔质量为105.99 g/mol，NaHCO3摩尔质量为84.01g/mol）。

4.非水溶液碱滴定法测定地西泮的含量。精密称取地西泮样品0.2025g，加冰醋酸与乙酸酐各10ml使溶解，加结晶紫指示液1滴，用高氯酸滴定液（0.09985mol/L）滴定至溶液显绿色，消耗滴定液7.12ml。每1ml高氯酸滴定液（0.1mol/L）相当于28.47mg的地西泮。计算地西泮原料药的含量。