酸碱平衡中有关浓度的计算.ppt

1,第二节酸碱平衡中有关浓度的计算,一、几个基本概念1、溶液的pH值通常规定:pH=-H+pOH=-OH-常温：H+OH-=Kw=1.010-14pH+pOH=pKw=14,2,2、分析浓度：1升溶液中所含某种物质的物质量。即物质的总浓度。用c表示，单位molL-1,3、平衡浓度：平衡状态时，溶液中溶质存在的各种型体的浓度。用表示，单位molL-1,溶质各型体平衡浓度之和必等于其分析浓度。,例：HAc水溶液中HAcH+Ac-cHAc=HAc+Ac-,3,4、酸的浓度：酸的分析浓度。酸度：溶液中H+的浓度，常用pH表示。,5、碱的浓度：碱的分析浓度。碱度：溶液中OH-的浓度，常用pOH表示。,4,二、酸碱溶液中各型体的分布,分布系数：溶液中某酸碱组分的平衡浓度占总浓度的分数.符号（delta）表示。,引入分布系数的意义：1计算溶液中各组分的平衡浓度；2.了解酸度对溶液中酸或碱的各种存在形式的分布的影响规律，对掌握反应条件具有指导意义。,分布曲线：分布系数与pH间的关系曲线。,5,例：醋酸（HAc）溶液，分析浓度为c溶液中存在两种形式：HAc、Ac-，HAc、Ac-分别代表HAc和Ac-的平衡浓度，HAc为HAc的分布分数，Ac-为Ac-的分布分数，则：,1一元酸溶液,c=HAc+Ac-HAcAc-+H+,6,结论：分布分数与总浓度无关；随着pH变化而变化,优势区,两种型体各占1/2；,主要以HAc形式存在，为HAc的优势区；,主要以Ac-形式存在，为Ac-的优势区。,分布曲线：,7,2、多元酸,在草酸溶液中存在：,三种形式，则：,以草酸溶液为例。设其总浓度为cmol/L，,C=,分别表示,的分布分数，,思考：一元弱碱溶液各型体的分布系数。（以NH3为例),8,2,9,同理可以求得：,10,草酸解离常数,酸度优势区,11,二元弱酸各种型体的平衡浓度的计算式,12,例1；,计算pH=5.0时，0.10mol/L草酸溶液中的浓度。,13,如：磷酸,*三元酸,14,1.物料平衡方程(简称物料平衡)MBE,在一化学平衡体系中,某一给定物质的总浓度,等于各有关型体平衡浓度之和。,HAc+Ac-=c,H3PO4+H2PO4-+PO43-=c,H3PO4,HAc,Na2SO3,SO32-+HSO3-+H2SO3=c,Na+=2c,三酸碱平衡体系的处理方法,15,电中性原则单位体积溶液中阳离子所带正电荷的量应等于阴离子所带负电荷的量。,cmol/LNaCN溶液，存在下列反应,电荷平衡,H+Na+=OH-+CN-,或H+c=OH-+CN-,2.电荷平衡方程(电荷平衡CBE),16,2.电荷平衡方程(电荷平衡CBE),cmol/LCaCl2溶液，存在下列反应,H+Ca2+=OH-+Cl-,Ca2+前面的系数,Ca2+有两个正电荷，设其浓度为1mol/L，而其结合的负电荷的浓度应为2mol/L，因此Ca2+必须乘以2。才能保持正负电荷浓度的平衡关系。,2,17,酸碱反应中质子的平衡关系式称为质子条件。,解释：酸碱反应的本质是质子的转移。当反应达到平衡时，酸失去的质子数与碱得到的质子数必然相等。这种数量关系的数学表达式称为质子条件式(或质子等衡式)，简写为PBE。,3.质子平衡方程（质子条件PBE）,（Protonbalanceequation简写PBE）,用途：质子条件是处理酸碱平衡的基本关系，依据质子条件可以得到H+与其他组分(酸碱组分)的关系式，从而导出H+的计算式。,18,4.如何书写质子条件,两种方法：一是通过物料平衡和电荷平衡结合写出；二是直接书写。,、由物料平衡和电荷平衡结合写出质子条件,例1、cmol/LNaAc溶液的质子条件,MBE：,Na+=cAc-+HAc=c,CBE：Na+H+=OH-+Ac-,Na+=Ac-+HAc,有：Ac-+HAc+H+=OH-+Ac-,整理：PBE:HAc+H+=OH-,19,如何知道写出的方程是质子条件？,、原始物质不包括在内、不参加质子传递的物质不介入,例2、cmol/LNa2CO3溶液,MBE:Na+=2cH2CO3+HCO3-+CO32-=c,CBE:Na+H+=OH-+HCO3-+2CO32-,整理：PBE:2H2CO3+HCO3-+H+=OH-,20,依据：质子转移个数相等得失质子数相等的原则。,要点：,(1)、选取质子参考水准物质（选择零水准）：通常是溶液中大量存在并参与质子转移的物质。一般是原始的酸、碱组分和溶剂水分子。,(2)、与零水准比较，找出得失质子的组分。,(3)、根据得失质子数相等，列出等式。,、由溶液中得失质子关系直接写出质子条件,21,例3、NaAcaq,零水准：Ac-、H2O,得质子产物：HAc、H3O+,失质子产物：OH-,HAc+H3O+=OH-,或者：H+=OH-HAc,简化:HAc+H+=OH-,22,简单的书写方式：,得质子产物零水准失质子产物,+H+,+H+,-H+,HAc,H3O+,OH-,HAc+H3O+=OH-,得质子在左边,失质子在右边,注意：Na+能否作为零水准？Na+是大量存在的原始物质，但是不参与质子转移，不能选作零水准！,PBE:,23,例4：Na2CO3ag,Na2CO32Na+CO32-CO32-+H2OHCO3-+OH-HCO3-+H2OH2CO3+OH-H2OH+OH-,得质子产物零水准失质子产物,+H+,+2H+,+H+,-H+,HCO3-,H2CO3,H+,OH-,H+HCO3-+H2CO3=OH-,PBE:,CO32-,注意系数：该产物是有零水准得或失n个质子所得，则该产物浓度前系数为n（乘以n）。,2,24,Na2HPO42Na+HPO42-,H2O,HPO42-,+H+,+2H+,-H+,-H+,+H+,H+,H2PO4-,H3PO4,得质子产物零水准失质子产物,PBE：H+H2PO4-+H3PO4=OH-+PO43-,OH-,PO43-,2,例5、写出Na2HPO4质子条件,25,例6、写出NH4H2PO4ag质子条件（练习）,NH4H2PO4NH4+H2PO4-,得质子产物零水准失质子产物,PBE:H+H3PO4=OH-+NH3+HPO42-+PO43-,+H+,+H+,H2O,H2PO4-,NH4+,-H+,-H+,-2H+,-H+,OH-,NH3,HPO42-,PO43-,H+,H3PO4,2,26,例7、写出HAc+H3BO3ag的质子条件,H2O,HAc,H3BO3,-H+,-H+,-H+,+H+,PBE:H+=OH-+Ac-+H2BO3-,Ac-,H2BO3-,H+,OH-,H3BO3为一元弱酸,27,PBEH+=OH-+ca,例9cbmol/LNaOHag,PBEH+cb=OH-,例10camol/LHCl+HAcag,PBEH+=OH-+Ac-+ca,例11cbmol/LNaOH+NaAcag,例8、camol/LHClag,PBEH+cb+HAc=OH-,28,例12cmol/LH2SO4aq,H2OH2SO4HSO4-,-H+,-H+,-H+,+H+,c,SO42-,PBE:H+=OH-+c+SO42-,采用物料平衡和电荷平衡书写更容理解,c=HSO4-+SO42-,H+=OH-+HSO4-+2SO42-,H+=OH-+c+SO42-,物料平衡,电荷平衡,两式相加得质子条件,相当于一个强酸和一个一元弱酸的混合液,H+,OH-,29,1.强酸溶液、强碱溶液的pH的计算,(1)强酸溶液,一般认为强酸完全解离，酸的浓度即为H+。,10-1.0mol/LHClaqH+=10-1.0mol/LpH=1.0,10-2.0mol/LHClaqH+=10-2.0mol/LpH=2.0,10-5.0mol/LHClaqH+=10-5.0mol/LpH=5.0,10-8.0mol/LHClaqH+=10-8.0mol/LpH=8.0,pH=8.0的结果显然是不对的,因为纯水的pH=7.0，对于酸溶液即使浓度再稀也不会出现pH=7.0。,问题出现在什么地方呢？,四酸碱溶液pH值的计算,30,以camol/LHCl推导精确式来分析原因。,HClH+Cl-H2OH+OH-PBE：H+=OH-+ca,溶液中的H+来源来自两部分,强酸的解离ca,水的解离OH-,当溶液浓度很大caOH-时，H+ca，忽略水解；当溶液浓度很低时，水解产生的H+不能忽略。,31,推导H+=OH-+ca,H+=,+ca,判据：ca1.010-6mol/L时，用精确式；ca1.010-6mol/L时，用最简式H+=ca,(2)强碱溶液pH如何计算？自己思考,并推导.,32,例1：3.010-7mol/LHCl溶液的pH,pH-lgH+=6.487.0合理而不会出现pH=8.0的现象了,33,2.一元弱酸、弱碱溶液pH值的计算,以一元弱酸HA溶液为例，总浓度为cHA，,PBE为：H+A-+OH-,利用平衡常数式，将各项变成H+的函数：,精确式,利用分布系数HA，将HAcHA代入上式得到一元三次方程：,34,近似处理,简化1：近似式,KaHA20Kw时，Kw可忽略，即水的离解可以忽略；,HAcA-cH+,近似式,35,则H+2=Kac,最简式,简化2：最简式,HAcA-cH+c,36,简化3：仅忽略酸的解离的近似式,对于极稀或极弱的酸，水的解离不能忽略,但由于极稀或极弱的酸，其离解度很小,可认为酸的离解对HA影响忽略不计。,近似式,判据：,37,例2：计算0.10mol/LHAc溶液的pH值。(Ka=1.810-5),故采用最简式计算,故：pH=2.87,注意：分清体系是酸还是碱正确计算Ka和Kb;判据与公式的使用要匹配。,38,例3：计算0.10mol/LNaAc溶液的pH值。,故采用最简式计算,故：pOH=5.12则：pH=8.88,注意：分清体系是酸还是碱正确计算Ka和Kb判据与公式的使用要匹配。,39,3.多元酸、多元碱溶液pH值的计算,以二元弱酸H2A为例，设总浓度为c(H2A)，PBE:H+=HA-+2A2-+OH-,40,进一步简化成：,仅考虑二元酸的第一级离解，这实际上把二元酸作为一元酸处理。,最简式,41,判据：,42,例4,求0.10mol/L草酸溶液的pH值。,pH=1.28,解：草酸的Ka15.810-2；Ka26.410-5。,43,4.混合酸溶液pH值计算,以HA+HB弱酸体系为例,PBE:H+=OH-+A-+B-,、两弱酸溶液的混合溶液,44,当两弱酸较弱时，可近似处理,45,例5,计算0.10mol/LHF和0.20mol/LHAc混合溶液的pH值。,解:,、弱酸和强酸的混合（自学）,46,5.两性物质溶液pH值的计算,两性物质在溶液中既起酸的作用，能给出质子；又起碱的作用，能接受质子。如多元酸的酸式盐NaHCO3，KH2PO4，Na2HPO4，NaHC2O4，弱酸弱减盐NH4Ac等。