第六章 电解质溶液(8).ppt

第1页 第一节水的电离与溶液的pH值第二节强电解质溶液理论第三节弱电解质的电离平衡第四节缓冲溶液第五节盐的水解第六节酸碱质子论与电子论 第六章电解质溶液 第2页 电解质 强 弱电解质 可溶性电解质 难溶性电解质 强电解质 弱电解质 说明 电解质的强弱与溶剂有关 一般以水作溶剂 第3页 强电解质 在水溶液中能完全电离成离子的化合物 特点 电离不可逆 不存在电离平衡 在水溶液中全部以离子状态存在 包括 离子型化合物如NaCl KCl强极性键化合物如HCl 例如 离子型化合物 强极性分子 第4页 弱电解质 在水溶液中只有少部分电离成阴 阳离子 大部分以分子状态存在 特点 电离过程可逆 在溶液中存在一个动态的电离平衡 如HAc HCN NH3 H2O等 例如 醋酸的电离平衡如下式所示 第5页 一 水的质子自递平衡和水的离子积H2O l H aq OH aq 第一节水的电离与溶液的pH值 第6页 Kw 称质子自递平衡常数 又称水的离子积0 时Kw 1 15 10 1525 时Kw 1 01 10 14100 时Kw 5 44 10 13 第7页 二 溶液的pH值 定义 所以pH pOH pKW 14 00 由于25 时Kw 1 01 10 14 第8页 25 的纯水中中性溶液 酸性溶液 碱性溶液 第9页 第10页 pH试纸 pH计 酸度计 pH值的测定 滴定方法 第11页 几种常用酸碱指示剂及其在各种pH值下的颜色 甲基红 溴百里酚蓝 酚酞 第12页 人体各种体液的pH值 第13页 范特霍夫建议引用校正系数i 公式变为 是电解质稀溶液的渗透压 i称作等渗系数 第二节强电解质溶液理论 一 强电解质溶液的依数性 第14页 如 计算0 2mol kg 1的NaCl溶液的凝固点降低值 假设NaCl不电离 则i 1 如果NaCl百分之百电离 则i 2 而实验测得的 T f却是0 694K 第15页 二 离子氛与离子强度 中心离子周围的那些异号离子群叫做离子氛 第16页 离子强度 溶液中存在的离子所产生的电场强度的量度 表示当溶液中含有多种离子时 每一种离子受到的所有离子产生的静电力影响 I 离子强度bi 各个离子的质量摩尔浓度zi 各离子的电荷数 用公式表示如下 稀溶液中 bB CB 第17页 三 活度与活度系数 活度 电解质溶液中离子实际发挥作用的浓度 叫做活度系数 由于ai bi 所以 1 活度系数表示溶液中离子之间的相互牵制作用的大小 第18页 例1 计算0 010mol kg 1NaCl溶液的离子强度 活度系数以及活度 解 I 1 2 b Na z2 Na b Cl z2 Cl 1 2 0 010 1 2 0 010 1 2 0 010mol kg 1 第19页 课堂练习 1 在室温下1 0 10 4mol L 1NH3 H2O中 水的离子积常数KW 为 A 1 0 10 10 C 1 0 10 4 B 1 0 10 14 D 1 0 10 8 E 1 3 10 3 2 中性溶液是指 A PH 7的溶液 B cH 10 7mol L 1的溶液 C cH cOH 的溶液 D 使甲基橙不变色的溶液 E 以上四种说法都对 第20页 0 2mol L 1NaCl溶液和0 2mol L 1CaCl2溶液等体积混合后 溶液的离子强度是 A 0 4 C 0 1 B 0 2 D 0 3 E 0 15 4 pH 1 0和pH 4 0的两种HCl溶液等体积混合后混合溶液的PH值为 A 4 0 C 1 0 B 2 5 D 1 3 E 1 5 第21页 一 一元弱酸 碱 的电离平衡 第三节弱电解质溶液的电离平衡 HAcH Ac 电离度 达电离平衡时 已电离的分子数和分子总数之比 单位为1 一般用百分率表示 通常0 1mol kg 1溶液中 强电解质 30 弱电解质 5 第22页 HAc ag Ac ag H ag Ka 称为酸电离平衡常数 电离平衡常数 第23页 碱有下列电离平衡NH3 H2O aq NH4 aq OH aq Kb 是碱电离平衡常数 第24页 注 a Ka Kb 只是温度的函数 一般为常温 b Ka Kb 是水溶液中酸碱强度的量度 通常K 越大相应酸碱的强度越大 HAc HClO HCNKa 1 75 10 53 9 10 86 2 10 10c 一般把K 10 4的电解质称为弱电解质 K 10 2 10 3的电解质称为中强电解质 d pKa lgKa pKa 越大 酸越弱 第25页 一些酸在水溶液中的Ka 和pKa 值 25 第26页 电离平衡常数与电离度的关系 以HA表示一种弱酸 设 浓度为c 电离度为 HAH A 开始时c c00平衡时c c c c c 则有 很小时 1 1 Ka c 2 第27页 同理对于弱碱可推导出 稀释定律 弱电解质溶液的电离度与其浓度的平方根成反比 浓度越小 电离度越大 第28页 以弱酸HA为例 设HA的起始浓度为c酸 则平衡时 cH cA cHA c酸 cH HA aq H aq A aq 一元弱酸 弱碱的近似计算 开始时 c酸00平衡时 c酸 cH cH cH 第29页 将各个值代入HA的平衡常数表达式中 当 5 时 c酸 cH 所以c酸 cH c酸 第30页 当c酸 Ka 400时 需解一元二次方程 当c酸 Ka 400时 第31页 同样对于一元弱碱 当c碱 Kb 400时 当c碱 Kb 400时 也需解一元二次方程 第32页 例2 已知298K时某一元弱酸的浓度为0 01mol L 1测得pH 4 求电离平衡常数及电离度 若将溶液稀释至体积变成2倍后 求电离平衡常数 电离度以及溶液的pH值 解 稀释前溶液的pH 4 则cH 1 10 4mol L 1 第33页 将溶液稀释至体积变为2倍后 第34页 酸碱平衡的移动 同离子效应 在弱电解质的溶液中 加入具有相同离子的易溶强电解质 使得弱电解质电离度降低的现象 加入Ac 平衡左移 HAc的电离度降低 第35页 1 HAc水溶液 甲基橙 橘红色 加入NaAc s 黄色HAc aq H aq Ac aq 加入Ac 使HAc电离度降低 2 NH3 H2O 酚酞 粉红色 加入NH4Cl s 无色NH3 aq H2O l OH aq NH4 aq 加入NH4 使NH3电离度降低 第36页 例3 在0 10mol L 1HAc溶液中加入一定量固体NaAc使NaAc的浓度等于0 10mol L 1 求该溶液的pH值和HAc的电离度 已知0 10mol L 1HAc的 1 32 Ka 1 74 10 5 解 开始时 0 1000 10平衡时 0 10 cH cH 0 10 cH HA aq H aq A aq 第37页 1 74 10 4 0 0174 结论 0 10mol L 1HAc溶液cH 1 32 10 3mol L 1 1 32 因同离子效应 cH 1 74 10 5mol L 1 0 0174 均降低为原来的1 76 第38页 即 若在上 例3 的HAc溶液中加入强电解质NaCl由于离子强度的影响 要准确计算电离度 必须用活度求算 由于HAc分子不带电荷 受离子强度影响极小 其活度仍可由浓度代替 故上式变为 第39页 在弱电解质的溶液中 加入与弱电解质不具有相同离子的强电解质 使弱电解质的电离度略有增大的效应称作盐效应 第40页 二 多元弱酸的电离 以H2S水溶液为例 一级电离 二级电离 当时 溶液中的H 主要来自第一步电离 cH 的计算可按照一元弱酸来近似处理 第41页 同样 磷酸在水中存在如下分步电离 一级 一般情况下多元弱酸 Ka3 Ka2 Ka1 即下一级电离比上一级电离难得多 为什么 1 第一级电离出来的酸根离子有负电性 使得氢离子更难失去 2 第一级电离出来的氢离子抑制了第二级电离 即浓度对化学平衡的影响或同离子效应 二级 三级 第42页 例4 计算0 010mol L 1H2CO3溶液中的H HCO3 CO32 OH 浓度及溶液的pH值 已知H2CO3的Ka1 4 17 10 7 Ka2 5 62 10 11 解 Ka1 Ka2 103 第二步电离可忽略 当一元弱酸处理 并且c Ka1 400 pH 4 19 第43页 cOH 1 55 10 10mol L 1cHCO3 cH 6 46 10 5mol L 1 设 c CO32 y HCO3 H CO32 平衡时 6 46 10 5 y6 46 10 5 yy c酸 Ka2 400 6 46 10 5 y 6 46 10 5 c CO32 Ka2 5 62 10 11mol L 1 y 5 62 10 11 第44页 第四节缓冲溶液 实验样品1 0 10mol L 1NaCl溶液样品2 含HAc和NaAc均为0 10mol L 1的混合溶液操作 滴加强酸HCl至c HCl 0 010mol L 1观察现象 pH的变化 第45页 0 10mol L 1NaCl溶液 NaCl溶液中加入HCl到0 010mol L 1 溶液的pH由7变为2 改变了5个pH单位 第46页 0 10mol L 1HAc 0 10mol L 1NaAc溶液 0 10mol L 1HAc 0 10mol L 1NaAc溶液溶液中加入HCl到0 010mol L 1 溶液的pH由4 75变为4 74 改变仅0 01pH单位 第47页 结论HAc NaAc混合溶液具有抵抗外来少量强酸 强碱而保持pH基本不变的能力 第48页 定义 能够抵抗外加少量酸碱或水的稀释 而保持pH基本不变的溶液称为缓冲溶液 2 组成 抗碱组份 抗酸组分 弱酸及其盐溶液HAc NaAc酸式盐溶液NaHCO3 Na2CO3酸式盐及其次级盐溶液NaH2PO4 Na2HPO4弱碱及其盐溶液NH4Cl NH3 第49页 加入少量OH 它与H 结合生成水 平衡向右移动 加入少量H 它与Ac 结合生成HAc 平衡向左移动 3 作用原理 第50页 4 缓冲溶液pH值的计算 a 弱酸及其盐体系 初始浓度c酸0c盐 第51页 b 弱碱及其盐体系 第52页 例5 已知阿司匹林药物的pKa 3 4 那么该药物在胃液中是否被吸收呢 注 一般药物在体内以分子的形式被吸收 第53页 5 缓冲溶液的性质 缓冲溶液的缓冲能力是有限的 只有当c酸 碱 c盐的比值在一定范围内 溶液的缓冲性能才比较显著 缓冲能力 在保持缓冲溶液的pH值基本不变前提下 缓冲溶液所能抵抗外加酸碱的量 又叫缓冲容量 第54页 酸 碱 和盐的总浓度越大 缓冲溶液的缓冲能力越大 酸 碱 和盐的总浓度为定值且c酸 碱 c盐 1时 缓冲能力为最大 缓冲溶液的缓冲能力是有限的 当缓冲溶液中的抗酸 或抗碱 成分消耗完时 则失去缓冲作用 决定缓冲能力大小的因素 第55页 pKa 1 pH pKa 1的变化范围称为缓冲范围 缓冲范围 第56页 例6 欲配制pH 7的缓冲溶液 最合适的缓冲对是KaHAc 1 8 10 5 KbNH3 1 8 10 5 H3PO4 Ka1 7 52 10 3 Ka2 6 23 10 8 Ka3 4 4 10 13 H2CO3 Ka1 4 30 10 7 Ka2 5 61 10 11 A HAc NaAc B NH3 NH4Cl C NaH2PO4 Na2HPO4 D NaHCO3 Na2CO3 第57页 6 缓冲溶液的选择和配制 选择适当的缓冲对 缓冲溶液的pH应该落在pKa 1 pH pKa 1之间 并尽量接近弱酸pKa 欲配制的缓冲溶液的pH值 应选择的缓冲组分 第58页 b 所选择的缓冲对不能与反应物或生成物发生作用药用缓冲溶液还必须考虑是否有毒性等 缓冲溶液的总浓度控制在0 05mol L 1 0 20mol L 1间较适宜 相应的 值在0 01 0 1之间 d 为了使缓冲溶液具有较大的缓冲容量 应尽量使缓冲比接近于1 并计算出所需共轭酸 碱的量 e 最后在pH计监控下 对缓冲溶液的pH进行校正 第59页 例7 在研究酸雨造成某低土壤酸化问题时 需要pH 10 00的碳酸盐缓冲溶液 在500mL0 20mol L 1的NaHCO3中 需要加入多少克碳酸钠来配制 已知 H2CO3的Ka1 4 30 10 7 Ka2 5 62 10 11 第60页 解 该缓冲溶液中 n HCO3 0 2 0 5 0 10mol 所需要碳酸钠的质量为 0 056 106 6 0g 第61页 温度系数 指温度每变化1 时 缓冲溶液pH值的变化 第62页 CO2 H2O B H 第63页 下列情况均需pH一定的缓冲溶液 大多数为酶所控制的生化反应 微生物的培养 组织切片 细胞染色 药物调剂 研制等 第64页 1 一定温度下当HAc的浓度变大时 Ka 值 A 变大B 变小C 不变D 需要计算决定 2 0 01mol L 1某一元弱酸的pH 4 则Ka 是 A 10 10B 10 8C 10 6D 10 3 3 浓度相同的下列溶液中 pH值较大的是 A NaAc和HAc B NaHCO3和Na2CO3 HAc的Ka 是1 8 10 5 H2CO3的Ka1 是4 17 10 7 第65页 4 下列说法正确的是 a 将缓冲溶液无限稀释 其pH值基本不变 b 在缓冲溶液中加入强酸或强碱时 其pH值基本不变或变化不大 c 水是一种缓冲溶液 d 缓冲溶液的缓冲能力与组成缓冲溶液的弱酸 或弱碱 及其盐的浓度有关 第66页 水到底有没有缓冲能力 pH 4 体系的pH值由7迅速变为4 在50ml水中加入1滴0 1mol L 1HCl 计算体系pH的变化 第67页 当加入1滴0 1mol L 1NaOH时 pH 10 体系的pH值由7迅速变为10 由此证明 水没有缓冲能力 第68页 在50mlHAc NaAc缓冲体系中 也加入1滴0 1mol L 1HCl 计算体系pH的变化 假定体系中HAc NaAc的浓度都为0 1mol L 1 外加 第69页 平衡时Ac 减少0 0001 HAc增加0 0001 因此体系的pH值基本不变 所以 第70页 5 已知下列各酸及碱的Ka 及Kb 值 欲配制pH值为3的缓冲溶液 应选哪一种弱酸 写出该缓冲对符号HCOOHHAcNH3 H2OHCNKa 1 8 10 41 8 10 51 8 10 5 Kb 4 9 10 10 第71页 第六节盐类水解 盐溶液的酸碱性如何 是否都呈中性 第72页 实验 分别测出下列物质的pH值 7 7 7 7 7 7 第73页 一 弱酸强碱盐 1 一元弱酸强碱盐的水解 CH3COONa CH3COO Na CH3COOH 醋酸钠在溶液中的变化 第74页 CH3COONa水解示意图 化学方程式 离子方程式 第75页 盐类的水解 定义 在溶液中盐电离出来的离子跟水电离出来的H 或OH 结合生成弱电解质的反应 3 实质 弱电解质的生成破坏了水的电离平衡 增大了水的电离程度并且常常使溶液呈酸性或碱性 2 条件 生成弱电解质 弱酸 弱碱 4 水解反应与中和反应的关系 中和 水解 第76页 Ac H2O HAc OH 平衡时 第77页 盐类的水解程度 可用水解度h表示 Kh为水解常数 是描述盐的水解程度大小的物理量 生成的弱电解质越弱 盐水解的程度越大 第78页 平衡浓度c盐 xxx 以NaAc水解为例 设醋酸钠的起始浓度为c盐 水解平衡时cOH 为x 则 Ac H2O HAc OH 起始浓度c盐00 第79页 因为c盐 Kh 400 所以c盐 x c盐 故 第80页 例7 欲配制2 0LpH值为9 4的NaAc溶液 需要NaAc多少克 解 NaAc溶液的水解常数为 NaAc溶液中 第81页 需要NaAc的质量 第82页 2 多元弱酸强碱盐的水解 CO32 H2O 多元弱酸强碱盐的水解过程与电离相似 也是分步进行的 以Na2CO3为例 第一步水解 HCO3 OH 第83页 HCO3 H2O 第二步水解 H2CO3 OH H2CO3的Ka1 4 17 10 7Ka2 5 62 10 11 第84页 当c盐 Kh1 400时 可用如下的简化计算式 只考虑第一步水解 第85页 3 弱酸的酸式盐水解 酸式盐在溶液中有两种变化 H2CO3 HCO3 H CO32 H HCO3 第86页 上式表明酸式盐的pH值与盐的浓度无关 当Ka2 cHCO3 Kw 时 第87页 二 弱碱强酸盐的水解 以NH4Cl为例 其水解实质是NH4Cl电离产生的NH4 与水电离产生的OH 结合为氨分子 NH4 H2O NH3 H2O H 第88页 已知NH3的Kb 1 75 10 5 试计算0 1mol L 1的NH4Cl的pH值 第89页 三 弱酸弱碱盐的水解 HAc 以NH4Ac为例 NH4Ac NH4 Ac H2O OH H NH3H2O 第90页 NH4 Ac H2O NH3 H2O HAc 总反应 第91页 如何判断溶液的酸碱性 怎样计算溶液的pH值 首先将水解分步 NH4 H2O NH3 H2O H 第92页 Ac H2O HAc OH Ka Kb Kh2 Kh1溶液显中性 第93页 当Ka Kb时 溶液显碱性 如NH4CN 生成的弱酸越弱 盐水解的碱性越大 当Ka Kb时 溶液显中性 如NH4Ac 当Ka Kb时 溶液显酸性 如HCOONH4 生成的弱碱越弱 盐水解的酸性越大 第94页 四 水解平衡的移动 内因 组成盐的弱酸根阴离子或弱碱根阳离子水解的难易程度决定盐水解程度的大小 外因 盐类的水解程度还受到盐的浓度 温度及溶液酸碱度的影响 第95页 1 同离子效应抑制水解 抑制其水解的方法就是在配制溶液时 先用较浓的盐酸溶解 再稀释到一定体积 Bi NO3 3 H2O BiONO3 2HNO3 SbCl3 H2O SbOCl 2HCl FeCl3 3H2O Fe OH 3 3HCl 第96页 2 控制温度 Q 0 Q 0 第97页 3 控制浓度 浓度越小 水解程度越大 第98页 4 水解的应用 铝盐由于水解强烈 利用其水解产生胶体的吸附作用广泛用于作净水剂 硫酸铝溶液与碳酸氢钠溶液混合后因强烈水解产生大量气体和沉淀形成泡沫用于制作灭火剂 Al3 3HCO3 Al OH 3 3CO2 胃酸过多的人可吃小苏打中和胃酸 第99页 盐类水解的规律 无弱不水解 谁弱谁水解 都弱都水解 越弱越水解 谁强显谁性 两弱具体定 第100页 1 固体NaF溶于水后 溶液显 性 其水溶液pH值计算公式是 2 弱酸弱碱盐水解的结果是什么 3 为什么Al2S3在水溶液中不能存在 4 下列离子中不能破坏水的电离平衡的是 思考题 A F B Fe3 C S2 D Na 第101页 5 将浓度相同的NaCl NH4Ac NaAc和NaCN溶液 按它们的 H 从大到小排列的顺序为 A NaCl NaAc NH4Ac NaCNB NaAc NaCl NH4Ac NaCNC NaCl NH4Ac NaAc NaCND NaCN NaAc NaCl NH4Ac 6 已知相同浓度的盐NaA NaB NaC NaD的水溶液pH依次增大 则相同浓度的下列稀酸中电离度最大的是 A HDB HCC HBD HA 第102页 第三节酸碱的质子理论