第三章酸碱平衡、沉淀平衡及配位平衡.ppt

第三章酸碱平衡 沉淀平衡及配位平衡 3 1酸碱平衡 最初 酸是具有酸味的物质 使石蕊变红的一类物质 碱是有涩味 可以使石蕊变蓝的一类物质18世纪后期 氧元素是酸的必要成分19世纪初 氢元素是酸的必要成分1884年 阿仑尼乌斯 提出了酸碱电离理论1923年 布朗斯特和劳里提出了酸碱质子理论1923年 路易斯提出了酸碱电子理论 3 1酸碱平衡 3 1 1酸碱理论 SvanteAugustArrhenius 阿仑尼乌斯 瑞典物理化学家 1859年2月19日生于瑞典乌普萨拉 1895年任斯德哥尔摩大学教授 1897年任该校校长 1903年因建立电离学说荣获诺贝尔化学奖 1911年当选为瑞典科学院院士 1 酸碱电离理论 布朗斯特 丹麦化学家 2 酸碱质子理论 1923年 分别独立提出酸碱质子理论 劳里 右 英国科学家 酸碱质子理论基本要点 酸 在反应中给出质子 H 的物质 碱 在反应中接受质子的物质 两性物质 既可以接受质子 也可以给出质子的物质 常见的共轭酸碱对 如果酸的酸性越强 则其共轭碱的碱性越弱 反之 酸的酸性越弱 则其共轭碱的碱性越强 酸碱的相对强弱首先取决于物质的本性 其次与溶剂的性质有关 通常未加说明的情况下 溶剂指的是水 酸碱半反应 酸给出质子和碱接受质子的反应 半反应1 醋酸与氨的中和反应 HAc NH3NH4 Ac 共轭酸碱对 半反应2 酸碱反应 酸碱反应的实质就是两个共轭酸碱对之间质子传递的反应 优点 扩大了酸碱的范围 可适用于非水溶液 理论优缺点 缺点 对于无质子参加的反应不适用 酸和碱的概念具有相对性 1 共轭酸碱之间只差一个质子 可以是分子 离子 2 有的离子既是酸 又是碱 3 酸强 其共轭碱碱性弱 反之亦然 4 不体现盐的概念 5 酸的强度由给出质子能力强弱来衡量 共轭关系特点 被称为水的离子积常数 3 1 2水的解离平衡 1 水的离子积常数 pH值是用来表示水溶液酸碱性的一种标度 2 溶液的pH值和pOH值 弱酸的标准解离平衡常数 弱碱的标准解离平衡常数 3 1 3弱酸与弱碱溶液的解离平衡 1 解离平衡常数 具有平衡常数的特点 与浓度无关 只与温度有关 但由于弱电解质解离过程的热效应不大 所以温度对值影响较小 是表征弱电解质解离程度大小的特性常数 值越大 则弱电解质的解离程度越大 的大小可用于衡量酸 碱的强度 解离度的大小除与弱电解质的本性有关 还与溶液的浓度 温度等因素有关 在温度 浓度相同的条件下 解离度大的酸为较强的酸 解离度小的酸为较弱的酸 2 解离度 初始浓度 mol dm 3c00平衡浓度 mol dm 3c xxx 一元弱酸 c x c 当很小时 酸的解离程度较小 同时若酸的初始浓度较大时 则有 3 一元弱酸 碱 溶液中H 浓度计算 一元弱酸溶液中氢离子浓度 一元弱碱溶液中OH 的浓度表达式 一元弱碱 解 初始浓度 mol dm 30 1000平衡浓度 mol dm 30 10 xxx 例3 1计算25 时 0 10mol dm 3HAc溶液中的H Ac HAc的浓度以及该HAc溶液的解离度 已知 计算下列溶液的pH 1 0 05mol dm3HCl 2 0 01mol dm3HCN 4 93 10 10 3 0 10mol dm3氨水 1 77 10 5 H2S总的解离平衡式 4 二元弱酸溶液中H 浓度计算 例3 2常温常压下H2S在水中的溶解度为0 10mol dm 3 求H2S饱和溶液中c H c S2 及H2S的解离度 解 初始浓度 mol dm 30 1000平衡浓度 mol dm 30 10 xxx 解得 c HS c H 在弱电解质溶液中 加入与其含有相同离子的易溶的强电解质 使弱电解质的解离度降低 这种现象被称为同离子效应 3 1 4同离子效应 例3 3在0 10mol dm 3的HAc溶液中 加入NH4Ac s 使NH4Ac的浓度为0 10mol dm 3 计算该溶液的pH值和HAc的解离度 0 10 x 0 10 解 HAcH Ac 平衡浓度0 10 xx0 10 x 初始浓度0 1000 10 解得x 1 75 10 5 而0 10mol dm 3HAc溶液 pH pH lgc H 4 76 c H 1 75 10 5mol dm 3 NH3 H2O NH4 OH 初始c mol dm 30 1平衡c mol dm 30 1 xxxKb x 1 x 1 0 1 x 1 1 8 10 5x 1 34 10 3 c OH 1 34 10 3mol dm 1 1 34 10 3 0 1 100 1 34 例3 425 0 1mol dm 3氨水的解离度为多少 在该溶液中加入等体积0 1mol dm 3的NH4Cl溶液 氨水的解离度为多少 NH3 H2O NH4 OH 初始c mol dm 30 050 05平衡c mol dm 30 05 x0 05 xxKb 0 05 x 1 x 1 0 05 x 1 1 77 10 5x 1 77 10 5mol dm 3 1 77 10 5 0 05 100 0 035 缓冲溶液通常由弱酸及其共轭碱或弱碱及其共轭酸组成 例如 HAc NaAc H2CO3 NaHCO3 NH3 H2O NH4Cl NaH2PO4 Na2HPO4NaHCO3 Na2CO3 能抵抗少量强酸 强碱或稍加稀释而保持溶液pH值基本不变的溶液叫做缓冲溶液 1 缓冲溶液的概念 2 缓冲溶液的组成 3 1 5缓冲溶液 大量少量大量 Ac 起到了抗酸的作用 HAc起到了抗碱的作用 3 缓冲作用机理 初始浓度c1 弱酸 0c2 共轭碱 平衡浓度c1 xxc2 x c1 弱酸的浓度c2 共轭碱的浓度 弱酸及其共轭碱组成 4 缓冲溶液pH的计算 例3 5若将0 1mol dm 3的HAc和0 2mol dm 3的NaAc溶液等体积混合 计算混合溶液的pH值 已知 解 弱碱及其共轭酸组成 初始浓度c1 弱碱 c2 共轭酸 0平衡浓度c1 xc2 xx c1 弱碱的浓度c2 共轭酸的浓度 例3 6若在0 05dm30 150mol dm 3NH3 H2O和0 200mol dm 3NH4Cl组成的缓冲溶液中 加入1 0 10 4dm31 00mol dm 3的HCl 求加入HCl前后溶液的pH值各为多少 解 加入HCl前 加入HCl后 初始浓度 mol dm 30 150 0 00200 200 0 0020平衡浓度 mol dm 30 148 x0 202 xx 3 2 1难溶强电解质的溶度积常数3 2 2溶解度与溶度积的关系3 2 3溶度积规则3 2 4影响沉淀反应的因素3 2 5分步沉淀3 2 6沉淀的溶解与转化 3 2沉淀 溶解平衡 当v 溶解 v 沉淀 时 得到饱和AgCl溶液 建立沉淀溶解平衡 沉淀溶解平衡 指某种难溶的强电解质固体在水溶液中与其组分离子之间的平衡 溶解 沉淀 3 2 1难溶强电解质的溶度积常数 称为溶度积常数 简称溶度积 注意写法 用难溶强电解质在水溶液中溶解生成离子部分的浓度表示该物质的溶解度 用S表示 单位为mol dm 3 初始浓度00平衡浓度mSnS 3 2 2溶解度与溶度积的关系 例3 7在25 时 AgCl的溶度积为1 77 10 10 Ag2CrO4的溶度积为1 12 10 12 试求AgCl和Ag2CrO4的溶解度 解 设AgCl的溶解度为S1 则 初始浓度00平衡浓度S1S1 设Ag2CrO4的溶解度为S2 则 只有同一类型的难溶电解质可以通过溶度积的大小来比较它们的溶解度大小 初始浓度00平衡浓度2S2S2 3 2 3溶度积规则 Q c Mn2 c2 OH 0 1 4 21 10 4 2 1 77 10 8 Q 有Mn OH 2生成 解 c Mn2 0 20 2 0 10mol dm 3 c NH3 H2O 0 02 2 0 01mol dm 3 例3 8将0 05dm30 20mol dm 3MnSO4溶液与0 05dm30 02mol dm 3NH3 H2O混合 是否有Mn OH 2沉淀 已知 据Mn OH 2Mn2 2OH 例3 9室温下Mg OH 2的溶度积是5 61 10 12 若Mg OH 2在饱和溶液中完全解离 试计算 Mg OH 2在水中溶解度及在0 010mol dm 3的MgCl2中的溶解度 初始浓度 00平衡浓度 S2S 3 2 4影响沉淀反应的因素 1 同离子效应对沉淀反应的影响 解 设Mg OH 2在纯水中的溶解度为S 设Mg OH 2在0 010mol dm 3的MgCl2中的溶解度为S1 初始浓度 0 010平衡浓度 0 01 S12S1 解得S1 1 1 10 5mol dm 3 此例题说明了什么 在M OH n型难溶氢氧化物的沉淀平衡中 同离子效应 在难溶电解质的溶液中加入含有相同离子的易溶的强电解质使难溶电解质溶解度降低的现象 2 酸度对沉淀反应的影响 3 2 5分步沉淀 在混合溶液中多种离子发生先后沉淀的现象称为分步沉淀 例3 10一种混合溶液含有3 0 10 2mol dm 3的Pb2 和2 0 10 2mol dm 3的Cr3 若向其中逐滴加入浓NaOH溶液 忽略溶液体积的变化 Pb2 和Cr3 均有可能形成氢氧化物沉淀 问 1 哪种离子先被沉淀 2 若要分离这两种离子 溶液的pH值应控制在什么范围 生成沉淀所需OH 的浓度为生成沉淀所需OH 的浓度为 Cr OH 3先沉淀析出 1 当完全沉淀时所需的OH 的浓度为 此时Cr3 完全沉淀 Pb2 不被沉淀 Pb2 开始沉淀时的pH值为 pH值控制在5 6 7 3之内 使相关离子生成弱电解质 使相关离子氧化 3 2 6沉淀的溶解与转化 1 沉淀的溶解 沉淀的转化 把一种沉淀转化成另一种沉淀的过程 CaSO4转化成CaCO3 2 沉淀的转化 CaCO3转化成Ca3 PO4 2 1 某溶液中含有 它们的浓度分别是0 10mol dm 3和0 0010mol dm 3 通过计算说明 逐滴加入试剂 哪一种沉淀首先析出 2 溶液中Fe3 Mg2 的浓度都为0 010mol dm 3 求使Fe3 沉淀完全而Mg2 不沉淀的pH范围 内界 外界 中心离子 配体 配位数 配位原子 3 3 1配合物的基本概念 3 3配合物及水溶液中的配位平衡 中心离子或中心原子统称为配合物的形成体 绝大多数是带正电荷的阳离子 过渡金属离子居多 如Cu2 Fe3 Co2 Ni2 等 中心原子如 中的Ni和Fe原子 1 形成体 2 配位个体 配体及配位原子 在配合物中与形成体结合的离子或中性分子称为配位体 简称配体 在配体中提供孤电子对与形成体形成配位键的原子称为配位原子 常见的配位原子为电负性较大的非金属原子 如N O S C和卤素等原子 单齿配体 一个配体中只有一个配位原子 如NH3 OH 等 多齿配体 一个配体中有两个或两个以上的配位原子 如乙二胺 H2N CH2 CH2 NH2 简写为en 或草酸根 C2O42 简写ox 有两个配位原子 两个N或两个O原子 两可配体 SCN CN 等 在配位个体中与一个形成体成键的配位原子的总数称为该形成体的配位数 若由单齿配体形成的配合物 中心离子的配位数等于配体的数目 例如 Cu NH3 4 2 中 Cu2 的配位数为4 CoCl3 NH3 3 中Co3 的配位数为6 若配体是多齿的 那么配体的数目不等于中心离子的配位数 配位数 配体数 齿数 3 配位数 配离子的电荷数等于形成体和配体总电荷的代数和 例如 在 Co NH3 6 3 中配离子的电荷数可根据Co3 和6个NH3的电荷数的代数和等于 3来判定 再如 K3 Fe CN 6 和K4 Fe CN 6 中的配离子电荷分别是 3和 4 4 配离子的电荷 1 在化学式中阳离子写在前 阴离子写在后 2 配位个体的化学式 先列出形成体的元素符号 再依次列出阴离子和中性配体 无机配体列在前面 有机配体列在后面 将整个配位个体的化学式用方括号括上 在括号内同类配体的次序 以配位原子元素符号的英文字母次序排列 CrCl2 H2O 4 ClK PtCl5 NH3 Co NH3 5 H2O Cl3 3 3 2配合物的化学式及命名 1 书写配合物的化学式应遵循两条原则 1 总体原则 与无机化合物相似 先阴离子后阳离子 如 NaCl氯化钠 Cr NH3 6 Cl3三氯化六氨合铬 III 某化某 Na2SO4硫酸钠 Cu NH3 4 SO4硫酸四氨合铜 II 某酸某 若外界为氢离子 则在配阴离子之后缀以 酸 字 2 配位个体按照以下原则进行命名 内界配离子的命名顺序配体数 中文数字 配体名称 合 中心离子 原子 名称 中心离子 或原子 氧化数 罗马数字 2 配合物的命名 原则 先离子 后中性分子 先无机配体 后有机配体 如 K PtCl3NH3 Pt NH3 5 PtCl4 PtCl4 en 同类型 按配位原子元素符号英文字母顺序如 Co NH3 5H2O Cl3三氯化五氨 一水合钴 III 有多种配体时 不同配体间用 隔开 配体的命名 带倍数词头的无机含氧酸根阴离子配体 命名时要用括号括起来 例如 三磷酸根 有的无机含氧酸阴离子 即使不含倍数词头 但含有一个以上代酸原子 也要用括号 例如 硫代硫酸根 N为配位原子 硝基 S为配位原子 硫氰酸根 O为配位原子 亚硝酸盐 N为配位原子 异硫氰酸根 配体 称为羰基 称为羟基 有些配体具有相同的化学式 但由于配位原子不同 而有不同的命名 一级解离 3 3 3配位平衡 1 配离子的稳定常数 二级解离 生成反应可表示为 稳定常数或累积稳定常数 或用表示 在溶液中配离子的生成是分布进行的 每一步都有一个对应的稳定常数 称为逐级稳定常数 对于同一种配离