第四節　非水溶液酸堿滴定法

酸堿滴定多數以水作介質，也有一部分是以非水溶劑作滴定介質。在非水溶劑（有機溶劑或不含水的無機溶劑）中進行的酸堿滴定分析方法，稱為非水溶液酸堿滴定法。在非水溶劑中滴定，可增大有機化合物的溶解度，改變物質的化學性質（如酸堿性及其強度），使在水中不能進行完全的滴定反應能夠順利進行，擴大了酸堿滴定分析的應用范圍。

一、基本原理

1.溶劑的類型

根據酸堿質子理論，可將非水滴定中的常用溶劑分為質子溶劑、非質子溶劑和混合溶劑三類。

（1）質子溶劑　質子溶劑是指能給出質子或接受質子的溶劑。質子溶劑的特點是溶劑分子之間有質子的轉移，根據其給出或接受質子能力的不同，又可分為以下三種。

①酸性溶劑。此類溶劑給出質子能力較強，適于作為滴定弱堿性物質的介質。常用的酸性溶劑有冰醋酸、甲酸、乙酸等。

②堿性溶劑。此類溶劑接受質子能力較強，適于作為滴定弱酸性物質的介質。常用的堿性溶劑有乙二胺、乙醇胺等。

③兩性溶劑。此類溶劑既能接受質子又能給出質子，又稱中性溶劑，適于作為滴定不太弱的酸、堿性物質的介質。醇類一般屬于兩性溶劑，如甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇等。

（2）非質子溶劑　非質子溶劑分子中無轉移性質子，不能發生溶劑的質子自遞反應。這類溶劑可分為以下兩種。

①親質子溶劑。此類溶劑分子中無轉移性質子，但卻有較弱的接受質子的傾向和形成氫鍵的能力，適于作為弱酸或某些混合物的滴定介質。如酰胺類、酮類、腈類、吡啶類等。

②惰性溶劑。此類溶劑分子不參與酸堿反應，質子轉移直接發生在試樣與滴定劑之間。常用的惰性溶劑有苯、三氯甲烷、二氧六環等。

（3）混合溶劑　是指質子溶劑和惰性溶劑混合在一起的溶劑。混合溶劑能改善樣品的溶解性能，增大滴定突躍范圍以及使指示劑變色敏銳。

常用的混合溶劑：適于弱堿性物質的滴定，如冰醋酸-乙酸酐、冰醋酸-苯、冰醋酸-四氯化碳等；適于弱酸性物質的滴定，如苯-甲醇、苯-異丙醇、甲醇-丙酮、二甲基甲酰胺-三氯甲烷等。

2.溶劑的性質

（1）溶劑的解離性　除惰性溶劑外，非水溶劑都有不同程度的離解。在這類具有離解性的溶劑中存在下列平衡。

式中，為溶劑的固有酸度常數，反映溶劑給出質子的能力；為溶劑的固有堿度常數，反映溶劑接受質子的能力。

在解離性溶劑中，實際上同時存在兩個平衡，其中一分子溶劑起酸的作用，另一分子溶劑起堿的作用，即溶劑發生自身質子轉移反應（質子自遞反應）形成溶劑合質子。合并上述兩反應式即得質子自遞反應方程式，如下。

2SH+S-

為溶劑合質子，S-為溶劑合陰離子。由此推得質子自遞反應的平衡常數為：

因溶劑自身解離很微小，［SH］可看作一定值，故定義

Ks稱為溶劑的質子自遞常數或離子積。像水的離子積一樣，一定溫度下不同溶劑具有不同的質子自遞常數（離子積）。例如，乙醇的質子自遞反應為：

2C2H5OH+C2H5O-

Ks==7.9×10-20（25℃）　　pKs=19.1

在一定溫度下，不同溶劑的自身離解常數不同，常用非水溶劑的自身解離常數及介電常數列于表4-5。

溶劑自身解離常數Ks的大小對滴定突躍的范圍有一定影響，溶劑的自身離解常數Ks越小，滴定突躍范圍越大，滴定終點越敏銳。實驗證明，酸堿反應在自身解離常數小的溶劑中比在自身解離常數大的溶劑中進行得更完全。

（2）溶劑的酸堿性　根據酸堿質子理論，一種酸（堿）表現出的酸（堿）性的強弱，不僅與酸（堿）本身給出或接受質子的能力大小有關，也與溶劑的酸堿性質有關。

溶劑的酸堿性可以改變一種酸（堿）的強度。如酸HA溶于質子性溶劑SH中，則發生下列質子轉移反應：

由反應式可知，如果溶劑SH接受質子的能力越強即溶劑的堿性越強，則酸HA更容易失去質子即酸HA在溶劑SH中所表現出的酸性越強。例如，將HCl分別溶于水和冰醋酸中，由于水的堿性比冰醋酸強，因此HCl在水中表現出的酸性比在冰醋酸中強。

與之類似，堿B溶于質子性溶劑SH中，發生如下質子轉移反應。

若溶劑SH給出質子的能力越強即溶劑的酸性越強，則堿B更易得到質子即堿B在溶劑SH中所表現出的堿性越強。例如，將NH3分別溶于水和冰醋酸中，由于冰醋酸的酸性比水強，因此NH3在冰醋酸中表現出的堿性比在水中強。

由此可見，弱酸溶于堿性溶劑中，可以增強其酸性；弱堿溶于酸性溶劑中，可以增強其堿性。因此，對于弱堿性物質，要增強其堿性，可選用酸性溶劑；而對于弱酸性物質，要增強其酸性，則應選用堿性溶劑。

（3）溶劑的極性　溶劑的極性與其介電常數ε有關，極性強的溶劑ε值大，極性弱的溶劑ε值小。溶質在ε值較大的溶劑中較易解離。常用溶劑的介電常數ε見表4-5。

（4）均化效應和區分效應　實驗證明，HClO4、H2SO4、HCl、HNO3四種酸的強度是有差別的，但它們在水溶液中強度幾乎相等，均屬強酸。原因是溶劑水的堿性能夠充分接受它們給出的質子，使它們能全部電離轉化生成水合質子H3O+。

HClO4+H2OH3O++

H2SO4+H2OH3O++

HCl+H2OH3O++Cl-

HNO3+H2OH3O++

也就是說，溶劑水能將以上各種不同強度的酸都被均化到H3O+的水平。這種將各種不同強度的酸（堿）均化到溶劑合質子（溶劑合陰離子）水平的效應稱為均化效應，亦稱拉平效應。具有均化效應的溶劑稱為均化性溶劑，水就是這四種酸的均化性溶劑。

若將以上四種酸溶解到冰醋酸溶劑中，因乙酸的堿性比水弱，這種情況下四種酸將質子轉移給HAc分子的能力有差異，各種酸的離解程度不同，四種酸在冰醋酸溶劑中的電離常數可說明各種酸在強度上的差別。

HClO4+HAcH2Ac++　　Ka=2.0×107

H2SO4+HAcH2Ac++　　Ka=1.3×106

HCl+HAcH2Ac++Cl-　　　　Ka=1.0×103

HNO3+HAcH2Ac++　　Ka=22

從上述電離常數K可知，在冰醋酸溶劑中，四種酸所表現的酸性強弱是不同的，HClO4是比HNO3更強的酸。這種能區分酸（堿）強弱的效應稱為區分效應，具有區分效應的溶劑稱為區分性溶劑，冰醋酸就是這四種酸的區分性溶劑。

一般來說，酸性溶劑是堿的均化性溶劑，是酸的區分性溶劑；堿性溶劑是酸的均化性溶劑，是堿的區分性溶劑。惰性溶劑不參與質子的轉移，因此沒有均化效應，但它是良好的區分性溶劑。

溶劑的均化效應與區分效應和溶質、溶劑的酸堿強度有關。非水溶液酸堿滴定的目的就是利用溶劑的均化效應，選用合適的非水溶劑，增強在水溶液中不能被準確滴定的弱酸或弱堿（caKa<10-8或cbKb<10-8）的強度，增大滴定突躍范圍，從而實現準確滴定。

非水溶液酸堿滴定中，還可以利用溶劑的均化效應測定混合酸（堿）的總量，利用溶劑的區分效應可以測定混合酸（堿）中各種組分的含量。

3.非水溶劑的選擇

在非水滴定中，溶劑的選擇非常重要，因為溶劑的酸堿性、解離性、極性等對溶質的酸堿強度及對滴定反應的進行程度是有影響的。選擇非水溶劑的原則如下。

（1）溶劑應能溶解樣品及滴定產物；單一溶劑無法溶解時，可采用混合溶劑。

（2）溶劑應能增強樣品的酸性或堿性，且不引起副反應。通常滴定弱酸選擇堿性溶劑，滴定弱堿選擇酸性溶劑。

（3）溶劑的純度要高。若溶劑中存在水分，會嚴重干擾滴定終點，可采用精制或加入能與水作用的試劑等方法除去。

（4）選擇自身解離常數小的弱極性溶劑，有利于滴定反應進行完全，增大滴定的突躍范圍。

（5）溶劑還應具有黏度小、揮發性低、易于精制和回收、廉價、安全等優點。

二、非水溶液酸堿滴定的類型

非水溶液中酸堿滴定的類型包括堿的滴定和酸的滴定兩類。

1.堿的滴定

當堿性樣品的cbKb<10-8時，可利用均化效應，選用酸性溶劑，增強弱堿的強度，從而增大滴定突躍范圍。

（1）溶劑　滴定弱堿通常選擇酸性溶劑。冰醋酸、無水甲酸及丙酸等均可作為滴定弱堿的溶劑。其中，冰醋酸提供質子的能力較強，是滴定弱堿最常用的酸性溶劑。

市售冰醋酸往往含有水分，為避免水分影響滴定，一般需加入定量的乙酸酐，使其與水反應轉變為乙酸，反應式如下。

（CH3CO）2O+H2O2CH3COOH

（2）標準溶液　滴定弱堿常采用高氯酸的冰醋酸溶液作為標準溶液，這是因為在冰醋酸溶劑中高氯酸是強酸，且絕大多數有機堿的高氯酸鹽易溶于有機溶劑，對滴定反應有利。

①配制。市售高氯酸為含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：高氯酸與有機物接觸、遇熱極易引起爆炸，和乙酸酐混合時易發生劇烈反應而放出大量熱。因此，在配制時應先用冰醋酸將高氯酸稀釋后，再在不斷攪拌下緩緩滴加適量乙酸酐。實際加入乙酸酐的量可略多于計算量，不會影響測定結果。但在測定易乙酰化的樣品（如芳香伯胺或仲胺）時，所加乙酸酐不宜過量，否則過量的乙酸酐將與胺發生酰化反應，使測定結果偏低。

②標定。標定高氯酸滴定液常用基準物質鄰苯二甲酸氫鉀，以結晶紫為指示劑，其標定反應如下。

+HClO4+KClO4

由于溶劑和指示劑需消耗滴定液，故需做空白試驗校正。

③溫度校正。大多數有機溶劑的膨脹系數較大，其體積隨溫度的變化較大。因此，《中華人民共和國藥典》（2015年版）規定，高氯酸標準溶液滴定樣品時的溫度與標定時的溫度相差超過10℃時，應重新標定；未超過10℃時，則按下式對高氯酸標準溶液的濃度加以校正。

式中，0.0011為冰醋酸的膨脹系數；t0為標定時的溫度；t1為測定試樣時的溫度；c0為標定時的濃度；c1為測定試樣時的濃度。

（3）滴定終點　在非水溶液酸堿滴定中可用指示劑法或電位法指示終點。常用的指示劑是結晶紫，其堿式色為紫色、酸式色為黃色。此外有時也用α-萘酚苯甲醇（酸式色為綠色、堿式色為黃色）、喹哪啶紅（酸式色為無色、堿式色為紅色）等指示劑。

除用指示劑確定終點外，也可用電位滴定法確定終點（見第八章）。

2.酸的滴定

當酸性樣品的caKa<10-8時，可利用均化效應，選用堿性溶劑，增強弱酸的強度，從而增大滴定突躍范圍。

（1）溶劑　滴定弱酸，選用堿性溶劑。一般滴定不太弱的羧酸時，可用甲醇、乙醇等醇類作溶劑；滴定弱酸和極弱酸時，則宜用堿性溶劑乙二胺或偶極親質子溶劑二甲基甲酰胺等；混合酸的區分滴定可以采用甲基異丁酮為區分溶劑。有時也可用甲醇-苯、甲醇-丙酮等混合溶劑。

（2）標準溶液　非水溶劑酸滴定法中，堿標準溶液有甲醇鈉、氫氧化四丁基銨等。其中最常用的堿標準溶液為甲醇鈉溶液，由甲醇與金屬鈉反應制得。

2CH3OH+2Na2CH3ONa+H2↑

標定甲醇鈉標準溶液濃度的常用基準物質苯甲酸，滴定時常用的指示劑有百里酚藍、偶氮紫和溴酚藍。此外，也可以使用電位滴定法指示終點。

三、應用與示例

1.堿的滴定應用

在非水溶液中，堿的滴定主要是利用酸性溶劑增強弱堿的堿性，用酸標準溶液進行滴定。胺類、氨基酸類、含氮雜環類化合物、某些有機堿的鹽和弱酸鹽等具有堿性基團的化合物，大都可在合適的非水溶液中用高氯酸標準溶液進行滴定。

（1）有機弱堿的測定　在水溶液中Kb>10-10的胺類、生物堿類等有機弱堿，都可在冰醋酸溶劑中用高氯酸標準溶液進行測定；而Kb<10-12的極弱堿，則需用冰醋酸-乙酸酐的混合溶劑進行測定。

【示例5】 地西泮的含量測定　取本品約0.2g，精密稱定，加冰醋酸與乙酸酐各10ml使溶解，加結晶紫指示液1滴，用高氯酸滴定液（0.1mol/L）滴定至溶液顯綠色。每1ml高氯酸滴定液（0.1mol/L）相當于28.47mg的地西泮。

（2）有機堿的氫鹵酸鹽的測定　生物堿類藥物難溶于水且不穩定，因此常制成氫鹵酸鹽形式以供藥用，如鹽酸麻黃堿、氫溴酸東莨菪堿等。當用高氯酸滴定液滴定有機堿的氫鹵酸鹽時，游離出的氫鹵酸酸性較強，使滴定反應不能完全進行，因此在滴定前加入適量乙酸汞-冰醋酸溶液，使其形成難電離的鹵化汞，而氫鹵酸鹽轉化成可測定的乙酸鹽，然后再用高氯酸滴定液滴定，以結晶紫為指示劑。

【示例6】 鹽酸偽麻黃堿的含量測定　取本品約0.15g，精密稱定，加冰醋酸10ml，微溫使溶解，加入乙酸汞試液4ml與結晶紫指示劑1滴，立即用高氯酸滴定液（0.1mol/L）滴定至溶液顯藍綠色，并將滴定結果用空白試驗校正。每1ml高氯酸滴定液（0.1mol/L）相當于20.17mg的鹽酸偽麻黃堿（C10H15ON·HCl）。按下式計算鹽酸偽麻黃堿的含量。

2.酸的滴定應用

在非水溶液中，酸的滴定主要是利用堿性溶劑對弱酸的均化效應，增強弱酸的強度以實現準確滴定。非水溶液中酸的滴定主要用于測定羧酸類、酚類、磺酰胺類等含有酸性基團的有機化合物的含量。

【示例7】 乙琥胺的含量測定　取本品約0.2g，精密稱定，加二甲基甲酰胺30ml使溶解，加偶氮紫指示液2滴。在氮氣流中，用甲醇鈉滴定液（0.1mol/L）滴定至溶液顯藍色，并將滴定的結果用空白試驗校正。每1ml甲醇鈉滴定液（0.1mol/L）相當于14.12mg的乙琥胺。

點滴積累

1.非水酸堿滴定法是指在非水溶劑（有機溶劑或不含水的無機溶劑）中進行的酸堿滴定分析方法。

2.溶劑的性質包括溶劑的離解性、溶劑的酸堿性、溶劑的極性，以及溶劑的均化、區分效應。溶劑的酸堿性可以改變溶質的酸堿強度。

3.均化效應是指能將不同強度的酸或堿拉平到相同強度水平的效應，具有這種作用的溶劑稱為均化性溶劑；區分效應是指能區分酸或堿強弱的效應，具有這種作用的溶劑稱為區分性溶劑。

4.酸性溶劑是堿的均化性溶劑，是酸的區分性溶劑；堿性溶劑是酸的均化性溶劑，是堿的區分性溶劑。非水溶液堿的滴定法主要是利用酸性溶劑增強弱堿的堿性，用標準酸溶液進行滴定。

目標檢測

一、選擇題

1.酸堿滴定中選擇指示劑的原則是（　　）

A.指示劑的變色范圍與化學計量點完全相符

B.指示劑應在pH=7.00時變色

C.指示劑變色范圍應全部落在滴定突躍范圍之內

D.指示劑的變色范圍應全部或部分落在滴定突躍范圍之內

2.用0.1000mol/L NaOH滴定0.1000mol/L H2C2O4，應選下面哪種指示劑（　　）

A.甲基橙　　　　　B.甲基紅　　　　　C.酚酞　　　　　　D.溴甲酚綠

3.標定氫氧化鈉滴定液的基準物質是（　　）

A.鹽酸

B.鄰苯二甲酸氫鉀

C.苯甲酸

D.高氯酸

4. 標定鹽酸溶液常用的基準物質是（　　）

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

C. CaCO3

D. 鄰苯二甲酸氫鉀

5. 以下關于非水溶劑的說法不正確的是（　　）

A. 非水溶劑分為質子性溶劑、非質子性溶劑和混合溶劑三類

B. 滴定酸（堿）時，所選溶劑的酸（堿）性越弱越好，反應越完全

C. 一般來講，酸性溶劑對酸具有區分效應，對堿則有均化效應

D. 所有非水溶劑都具有解離性

6. Na2CO3和NaHCO3混合物可用HCl標準溶液來測定，測定過程中兩種指示劑的滴加順序為（　　）

A. 酚酞、甲基橙

B. 甲基橙、酚酞

C. 酚酞、百里酚藍

D. 百里酚藍、酚酞

7. 濃度為0.1mol/L的下列酸，不能用氫氧化鈉溶液直接滴定的是（　　）

A. 一氯乙酸（Ka=1.4×10-3）

B. 鄰苯二甲酸氫鉀（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突躍范圍是（　　）

A. 2.0～6.0

B. 4.0～8.0

C. 4.0～10.0

D. 8.0～10.0

9. 濃度為0.1mol/L的下列酸，能用NaOH標準溶液直接滴定的是（　　）

A. HCOOH（pKa=3.45）

B. H3BO3（pKa=9.22）

C. NH4NO2（pKb=4.74）

D. H2O2（pKa=12.00）

10.配制高氯酸滴定液時，加入乙酸酐的目的是（　　）

A. 除去溶劑冰醋酸中的水分

B. 除去市售高氯酸中的水分

C. 增加高氯酸的穩定性

D. 調節溶液酸度

11. 鹽酸和乙酸的均化性溶劑是（　　）

A. 液氨

B. 均化性溶劑

C. 區分性溶劑

D. 水

12. 用吸水后的基準無水碳酸鈉標定HCl，則所標定的HCl濃度將（　　）

A. 偏高

B. 偏低

C. 產生隨機誤差

D. 沒有影響

13. 用凱氏定氮法測定蛋白質中的含氮量，蒸出的NH3用過量的H2SO4溶液吸收，再用NaOH標準溶液返滴定，確定終點的指示劑應選用（　　）

A. 甲基紅

B. 酚酞

C. 中性紅

D. 百里酚酞

14. 配制NaOH溶液未除盡，若以H2C2O4標定NaOH濃度后，用于測定HAc含量，其結果將（　　）

A. 偏高

B. 偏低

C. 無影響

D. 無法確定

15. 標定高氯酸標準溶液采用的基準物質是（　　）

A.

B. NaOH

C. KBrO3

D. H2C2O4

16. 非水滴定法測定弱堿性藥物時，常用的溶劑是（　　）

A. 有機溶劑

B. Na2CO3

C. 冰醋酸

D. 乙二胺

二、簡答題

1. 酸堿滴定中，指示劑選擇的原則是什么？酸堿指示劑的變色范圍受哪些因素的影響？

2. 為什么液氨是乙酸和乙酸的均化溶劑，而水卻是二者的區分溶劑？

三、計算題

1. 為標定HCl標準溶液的濃度，稱取基準物質Na2CO3 0.1520g，用去HCl溶液25.20ml，求HCl溶液的濃度（已知Na2CO3的摩爾質量為105.99g/mol）。

2.精密移取食醋試樣3.00ml于250ml錐形瓶中，加50ml純化水稀釋后，以酚酞為指示劑，用0.1028mol/L的NaOH滴定液滴定至終點，用去NaOH滴定液15.22ml，求食醋中乙酸的質量濃度（g/100ml）（已知乙酸的摩爾質量為60.05 g/mol）。

3.取混合堿液1.00ml，加適量水后再加酚酞指示劑，用0.3000mol/L HCl標準溶液滴定至酚酞變色時，消耗HCl溶液28.40ml，再加入甲基橙指示劑，繼續用同濃度的HCl滴定至甲基橙變色，又消耗HCl溶液3.60ml，請確定此堿液是何混合物，并計算各組分的質量分數（已知NaOH摩爾質量為40.01g/mol，Na2CO3摩爾質量為105.99 g/mol，NaHCO3摩爾質量為84.01g/mol）。

4.非水溶液堿滴定法測定地西泮的含量。精密稱取地西泮樣品0.2025g，加冰醋酸與乙酸酐各10ml使溶解，加結晶紫指示液1滴，用高氯酸滴定液（0.09985mol/L）滴定至溶液顯綠色，消耗滴定液7.12ml。每1ml高氯酸滴定液（0.1mol/L）相當于28.47mg的地西泮。計算地西泮原料藥的含量。