化学 第八章 酸碱平衡.ppt

第八章酸碱平衡 酸碱理论酸碱电离理论酸碱质子理论Lewis酸碱概念软硬酸碱理论 酸碱质子理论 酸 凡是能释放出质子 H 的任何含氢原子的分子或离子的物种 质子的给予体 碱 凡是能与质子 H 结合的分子或离子的物种 质子的接受体 酸 H 碱 酸 H 碱 例 HAc的共轭碱是Ac Ac 的共轭酸是HAcHAc和Ac 一对共轭酸碱 两性物质 既能给出质子 又能接受质子的物质 共轭酸碱 1 酸碱解离反应是质子在两种酸碱之间的转移反应 传递的方向与酸碱强度有关 HF aq H F aq H H2O l H3O aq HF aq H2O l H3O aq F aq 2 水是两性物质 它的自身解离反应也是质子转移反应 自耦电离平衡 H2O l H2O l H3O aq OH aq H 酸 1 碱 2 酸 2 碱 1 质子论的酸碱反应 3 盐类水解反应也是的质子转移反应 例如NaAc水解 Ac H2O OH HAc H 酸 1 碱 2 酸 2 碱 1 NH4Cl水解 H2O H3O NH3 H 酸 1 碱 2 酸 2 碱 1 4 非水溶液中的酸碱反应 如NH4Cl的生成 H 液氨中的酸碱中和反应 H 酸和碱的相对强度 溶剂的区分效应 能区分酸或碱的相对强弱 例如 H2O可以区分HAc HCN酸性的强弱 溶剂的拉平效应 将酸或碱的强度拉平的作用 酸给出质子的能力和碱接受质子的能力的强弱 水不能区分强酸 水能同等程度地将HClO4 HCl HNO3等强酸的质子全部夺取过来 酸越强其共轭碱越弱碱越强其共轭酸越弱 冰醋酸 碱性比水弱 为溶剂对水中的强酸可体现出区分效应 例如在冰醋酸中不完全解离 酸性强度依次为 pH定义 Kw 水的离子积常数 其值与温度有关0 1 153 10 1525 1 012 10 14100 5 445 10 13 纯水中 酸碱平衡计算 在溶液中往往发生同时平衡 如醋酸电离 4个物质HAc Ac H OH 2个方程需建立另外2个方程求算各物浓度一般为 物料平衡 电荷平衡 物料平衡 某组分的分析浓度 在溶液中总浓度 等于该组分在各物中浓度之和 醋酸的水溶液 HAc Ac cNa2CO3的水溶液CO32 的物料平衡 H2CO3 HCO3 CO32 cNa 的物料平衡 Na 2c 电荷平衡 溶液中正 负离子浓度相等 溶液保持电中性醋酸水溶液 H Ac OH Na2CO3的水溶液 Na H HCO3 2 CO32 OH 质子平衡式 酸碱反应中酸失去的质子和碱得到的质子的物质的量相等 PBE 选择溶液中大量存在并参与质子传递的物质作为参照物 零水准 如 参考水准质子后的产物失质子后的产物H2OH3O OH HAcAc 质子平衡式 H3O OH Ac 或 H OH Ac 质子平衡 浓度为c的Na2CO3水溶液 参考水准得质子后的产物失质子后的产物H2OH3O OH CO32 HCO3 H2CO3H2CO3同参考水准相比得2个质子 浓度乘2质子平衡式 2 H2CO3 HCO3 H OH 酸度对弱酸 碱 各物种分布的影响 一元弱酸 碱 cHA HA A pH pKa HA A 0 5 两物种各占一半pHpKa 主要为以A 碱型 一元弱酸 碱 二元弱酸 妈妈新开了个淘宝店 欢迎前来捧场妈妈的淘宝点开了快半年了 主要卖的是毛绒玩具 坐垫 抱枕之类的 但生意一直不是很好 感觉妈妈还是很用心的 花了不少功夫 但是就是没有人气 所以我也来出自己的一份力 帮忙宣传一下 并且妈妈总是去五亭龙挑最好的玩具整理 发货 质量绝对有保证 另外我家就在扬州五亭龙玩具城旁边 货源丰富 质量可靠 价格便宜 欢迎大家来逛逛 扬州五亭龙玩具总动员 个人小广告 H 浓度的计算 首先列出质子平衡式然后代入平衡常数表达式整理后得计算 H 的精确式再经简化省略一些次要项即可得近似式也可在列出质子平衡式时先进行简化直接得近似式也可根据物料平衡和电离平衡式计算 强酸HA 碱 溶液 Ka 10 强酸完全电离 H 来自强酸和水的电离质子平衡式 H OH A H 精确计算 H 近似计算 强酸 碱 溶液 例 计算下列溶液的pH值 1 0 025mol dm 3HCl 2 7 0 10 4mol dm 3NaOH解 1 HCl强酸 cA 10 6mol dm 3 所以 H 0 025mol dm 3 pH lg 2 5 10 2 1 60 2 NaOH强碱 cB 10 6mol dm 3 所以 OH 7 0 10 4mol dm 3 pOH 3 15 pH 10 85 计算1 0 10 7mol dm 3NaOH溶液pH值 解 因10 8mol dm 3 cB 10 6mol dm 3需要使用精确式 OH 2 1 0 10 7 OH 10 14 0pOH 6 79pH 7 21 一元弱酸HA 碱 溶液 HA浓度为cA 质子平衡式 H A OH H 3 Ka H 2 KacA Kw H KaKw 0 一元弱酸 碱 溶液 H 3 Ka H 2 KacA Kw H KaKw 0KacA 20Kw Kw可略 即水电离的H 可略 H 2 Ka H KacA 0 1 若弱酸电离度 20Kw 2 式适用条件为 KacA 20Kw且 一元弱酸 碱 溶液 计算0 10mol dm 3HAc溶液的pH值 Ka HAc 1 75 10 5解 KacA 1 75 10 6 20KW 且 一元弱酸 碱 溶液 计算0 10mol dm 3一氯乙酸溶液的pH值Ka C2H3O2Cl 1 36 10 3解 KacA 1 36 10 4 20KW 但用 H 2 1 36 10 3 H 1 36 10 4 0 H 1 1 10 2pH 1 96 强酸和一元弱酸混合溶液 强酸浓度cA 完全电离 弱酸HA浓度ca 质子平衡式为 H cA A OH 溶液为酸性 OH 可忽略 简化为 H cA A H 2 cA Ka H Ka cA ca 0若cA A 弱酸电离的H 可忽略 H cA 两种弱酸 HA HB 混合溶液 质子平衡式 H A B OH 溶液酸性 OH 可忽略 H A B 酸浓度为cHA和cHB 电离常数Ka HA和Ka HB 若电离度 很小 多元酸 碱 溶液 二元酸H2A浓度cA 电离常数Ka 1 Ka 2 质子平衡式为 H HA 2 A2 OH 溶液呈酸性可忽略 OH 即不考虑水的电离 H HA 2 A2 若不考虑二级电离 则 例题 P167例8 3H2S水溶液 两性物质溶液 浓度为c的NaHA溶液 质子平衡式为 H H2A A2 OH 计算两性物质溶液 H 的精确式 两性物质溶液 HA 的酸式和碱式离解倾向很小 若若 两性物质溶液 计算0 05moldm 3NaHCO3溶液的pH 解 H2CO3的Ka 1 4 4 10 7 Ka 2 4 4 10 11 c NaHCO3 0 05moldm 3 Ka 2 20Kw C 20Ka 1pH 8 34 两性物质溶液 计算0 033mol dm 3Na2HPO4溶液的pH 解 H3PO4的Ka 2 6 3 10 8 Ka 3 4 5 10 13 Ka 3c 1 5 10 14 Kw Ka 2 c c 弱酸及其共轭碱 HA A 溶液 设HA和NaA的浓度分别为cA和cB 以HA和H2O作参考水准 质子平衡式为 H A cB OH 以A 和H2O作参考水准 质子平衡式为 H cA HA OH 故 A H cB OH HA cA H OH 弱酸及其共轭碱 HA A 溶液 若溶液为酸性 可忽略 OH 当时 缓冲溶液与缓冲作用 缓冲溶液 一种对溶液的酸度具有稳定作用的溶液 向缓冲溶液加入少量的强酸或强碱 或稍加稀释时 溶液的pH值变化不大 这种对pH值的稳定作用称缓冲作用 缓冲溶液一般由弱酸及其共轭碱组成 如HAc NaAc NH4Cl NH3等 缓冲对 通过弱酸的离解平衡起控制pH作用 甲 1dm3纯水乙 1dm3浓度各为0 1mol dm 3的HAc NaAc向甲 乙中加入0 01molNaOH或HCl 两溶液pH如何变化 解 溶液甲pH 7加0 01molNaOH OH 10 2 H 10 12 pH 12加0 01molHCl H 10 2 pH 2说明纯水改变5个pH单位 不具有缓冲能力 溶液乙 pH 4 76加0 01molNaOH 溶液乙 pH 4 76加0 01molHCl HAc NaAc溶只改变0 09单位具有缓冲能力 缓冲溶液容量 缓冲能力有一定限度 用缓冲容量 来量度 定义 使1dm3溶液的pH变化dpH需强碱 酸 的物质的量b 缓冲溶液容量 如HA A 缓冲系统 总浓度c HA A 加入bmol dm 3强碱 溶液的质子平衡式为 参考物得H 后产物失H 后产物H2OH3O OH HAA 强碱bb H3O OH A 缓冲溶液容量 当弱酸不太强也不太弱时可略去 H 和 OH 当 H Ka时 缓冲能力同缓冲对性质Ka 浓度c和溶液的pH有关 当 H Ka 即 HA A 时 即弱酸与其共轭碱浓度之比为1 1时缓冲容量最大 例题为制备0 2dm3pH 8 00的缓冲溶液应取0 500moldm 3NH4Cl和0 500moldm 3NH3溶液各若干毫升 解 设需NH4Cl为xcm3 则NH3为 200 x cm3x 189cm3需 NH4Cl溶液189cm3 NH3溶液11cm3 常用缓冲溶液 用于控制溶液酸度的缓冲溶液很多 表8 6 选择合适缓冲溶液的一般原则 1 对实验过程 如分析过程无干扰 2 所需控的pH值在缓冲范围内 缓冲剂的pKa应尽可能与所需pH值一致 3 有足够的缓冲容量 一般缓冲对的总浓度大致在0 01moldm 3 0 1moldm 3 标准缓冲溶液 25 饱和酒石酸氨钾 0 034M pH 3 5570 05M邻苯二甲酸氢钾4 0080 025MKH2PO4 0 025MNa2HPO46 8650 01M硼砂9 180饱和氢氧化钙12 454 酸碱指示剂 酸碱指示剂本身为一种有机弱酸或弱碱 当溶液pH变化时引起指示剂结构的变化 因而出现不同颜色 故可利用其颜色变化指示溶液酸度 如酚酞是三苯甲烷类染料 当pH9 6时为粉红色 它在pH8 0 9 6范围内变色 溶液颜色与有关 取决于KHIn和 H 对于给定指示剂 KHIn一定 仅决定于溶液的H 离子浓度或pH In HIn 10 纯碱色 pH pKHIn 1为理论变色范围 等于2pH 当 In HIn 时 pH pKHIn 此时溶液为两者的混合色 指示剂理论变色点 实验观测到的变色范围并非pKHIn 1 原因是人眼对