酸碱理论的发展.doc

酸碱理论的发展最初阶段人们从性质上认识酸碱， 酸:使石蕊变红，有酸味； 碱:使石蕊变蓝，有涩味。当酸碱相混合时，性质消失。 当氧元素发现后，人们开始从组成上认识酸碱，以为酸中一含有氧元素；盐酸等无氧酸的发现，又使人们认识到酸中一定含有氢元素。 Arrhenius 的电离学说，使人们对酸碱的认识发生了一个飞跃。HA = H+ + A- 电离出的正离子全部是 H+ ,MOH = M+ + OH- 电离出的负离子全部是 OH- 。进一步从平衡角度找到了比较酸碱强弱的标准，即 Ka , Kb 。 Arrhenius 理论在水溶液中是成功的。但其在非水体系中的适用性，却受到了挑战。 试比较下列两组反应：2 H2O = OH- + H3O+ NaOH + (H3O)Cl = NaCl + 2 H2O 2 NH3 = NH2- + NH4+ NaNH2 + NH4Cl = NaCl + 2 NH3 溶剂自身的电离和液氨中进行的中和反应 ，无法用 Arrhenius 的理论去讨论，因为根本找不到符合定义的酸和碱。 一 酸碱的质子理论 （ Bronsted 理论 ） 1 酸碱的定义 在反应中给出质子的物质叫做酸 在反应中接受质子的物质叫做碱2 酸碱的共轭关系酸给出质子后，变成碱，同理，碱接受质子后，变成酸。故有： 酸 = 碱 + 质子处于上述关系中的一对酸和碱，互称为共轭酸碱。Cl- 是 HCl 的共轭碱 , 而 HCl 是 Cl- 的共轭酸。H2O 作为一种酸时，其共轭碱是 OH- ; 而 H2O 作为 一种碱 时，其共轭酸是 H3O+。 3 两性物质H2O 既可以给出质子作为酸，如在反应 H2O = H+ + OH- 中； 又可以接受质子作为碱，如在反应 H2O + H+ = H3O+ 中。 这种既能给出质子，又能接受质子的物质叫做两性物质。判断一种物质是酸还是碱，一定要在具体的反应中根据质子得失关系来判断。 4 酸和碱的反应 强酸的电离弱酸的电离平衡弱碱的电离平衡中和反应弱酸盐的水解弱碱盐的水解酸和碱反应的实质是质子的转移，质子从酸转移给碱，从而生成酸 和碱。5 酸碱的强弱和反应的方向拉平效应和分辨效应 酸的强弱是通过给出质子的能力来判断的。于是一方面要看酸自身的能力，另一方面又和碱接受质子的能力有关。 比较 HClO4 , H2SO4 , HCl 和 HNO3 的强弱，若在 H2O 中 进行,由于 H2O 接受质子的能力所致，四者均完全电离，故比较不出强弱。若放到 HAc 中，由于 HAc 接受质子的能力比 H2O 弱得多，所以尽管四者给出质子的能力没有变，但是在 HAc 中却是部分电离。于是根据 Ka 的大小，可以比较其酸性的强弱所以四者从强到弱依次是 HClO4 , H2SO4 , HCl , HNO3 。HAc 对四者有分辨效应， HAc 是四者的分辨试剂； 而 H2O 对四者有拉平效应， H2O 是四者的拉平试剂。酸碱的强弱对于大多数的弱酸，H2O 是分辨试剂 ，可以根据它们在水中的电离平衡常数比较酸性的强弱。酸性次序如下：HClO4 H2SO4 H3O+ HF HAc NH4+ H2O HS- HClHNO3在水中，Ka 可以体现出一种酸给出 H+ 的能力。例如 HAc ,如何体现其共轭碱 Ac- 接受 H+ 的能力呢 ？其碱式电离常数为 Kb。 但从水解平衡角度看，这个 Kb 正是 Kh 。 可见一对共轭酸碱的 Ka , Kb 之间有如下关系：，或 Ka Kb = Kw ， Ka 和 Kb 之积为常数。一对共轭酸碱中，酸的 Ka 越大，则其共轭碱的 Kb 越小，所以从酸性的次序就可以推出其共轭碱的强度次序。ClO4- HSO4- H2O F- Ac- NH3 OH- Cl-NO3-反应的方向酸碱反应中，质子总是从强酸向强碱转移，生成弱酸和弱碱。 例如， HCl + H2O= H3O+ + Cl- 强酸 强碱 弱酸 弱碱又如反应 HAc + H2O= H3O+ + Ac- 弱酸 弱碱 强酸 强碱 反应自发进行的方向是从右向左， 从强酸强碱生成弱酸弱碱。HNO3 + H2O = H3O+ + NO3- 完全电离，在水中 比 H3O+ 更强的 HNO3 一定会和强碱 H2O 反应，生成 H3O+ 和弱碱 NO3- 。可以作出结论： 在水中能大量存在的最强的质子酸是 H3O+ 。同理，在水中能大量存在的最强的质子碱是 OH- 。比 OH- 更强的碱，如 将与 H2O 反应生成 OH- 酸碱的质子理论也有局限性： 对于不含有质子的物质，如 , 等不好归类，对于无质子转移的反应，如 + Cl- = AgCl也难以讨论。 二 酸碱的电子理论 （ Lewis 理论 ） 1 酸碱的定义凡是能提供电子对的物质都是碱，碱是电子对的给予体。如，OH- , CN- , NH3 , F- 等。凡是能接受电子对的物质都是酸，酸是电子对的接受体。如，H+ , BF3 , Na+ , Ag+ 等。2 酸碱反应和酸碱配合物对于酸碱的识别，也要在具体的反应中进行。几乎所有的金属离子都是 Lewis 酸 ，负离子几乎都是碱，而酸和碱的反应的生成物都是酸碱配合物。3 取代反应酸取代反应酸 H+ 取代了酸碱配合物Cu(NH3)42+中的酸 。H+ 取代了酸碱配合物 Al(OH)