第五章 酸碱反应.ppt

2020 2 18 第五章酸碱平衡 1 第五章酸碱平衡 本章主要内容 酸碱质子理论弱酸 弱碱的离解平衡及有关计算盐类水解缓冲溶液 2020 2 18 第五章酸碱平衡 2 5 1酸碱质子理论概述 酸碱的感性认识拉瓦锡的酸碱论 18世纪 戴维酸碱论 1811年 阿仑尼乌斯酸碱电离理论 1887年 酸 水溶液中电离产生的阳离子全部是H 离子碱 水溶液中电离产生的阴离子全部是OH 离子 2020 2 18 第五章酸碱平衡 3 弗兰克林的溶剂理论布朗斯台德和劳拉的酸碱质子理论 1923年 酸碱的电子理论酸 凡是可以接受电子对的物质碱 凡是可以给出电子对的物质软硬酸碱理论 2020 2 18 第五章酸碱平衡 4 二 酸碱质子理论的基本概念 1 定义 凡是能给出质子的物质是酸 凡是能接受质子的物质是碱 HCl H Cl H2O H OH HAc H Ac H3PO4 H H2PO4 H2PO4 H HPO42 HCO3 H CO32 2020 2 18 第五章酸碱平衡 5 共轭酸碱对 酸 质子 碱共轭关系 酸给出质子后生成碱 碱接受质子后就变成酸 质子理论中这种酸碱之间相互依赖的关系称为共轭关系共轭酸碱对 相应的一对酸碱注意 共轭酸碱对必须是只相差一个H 两性物质 既能给出质子又能接受质子的物质 2020 2 18 第五章酸碱平衡 6 电离 acid1 base1 base2 acid2 Half reaction 2 酸碱反应是质子的传递反应 2020 2 18 第五章酸碱平衡 7 水解 H3O OH H2O H2O HAc NH3 NH4 Ac 质子传递 中和 2020 2 18 第五章酸碱平衡 8 3 酸碱的相对强度 酸碱的相对强弱首先取决于物质的本性 其次与溶剂的性质等因素有关给出质子能力强的物质是强酸 接受质子能力强的物质是强碱 拉平效应区分效应 2020 2 18 第五章酸碱平衡 9 5 2水的解离平衡和pH 一 水的解离平衡H2O H2O H3O OH 或H2O H OH H OH Kw 1 009 10 14水的离子积常数Kw只与温有关 与浓度无关 T升高 Kw增大 2020 2 18 第五章酸碱平衡 10 表5 1不同温度下水的离子积常数 适用于纯水适用于电解质的稀溶液水的离子积常数是计算水溶液中c H 和c OH 的重要依据 2020 2 18 第五章酸碱平衡 11 二 溶液的酸碱性和pH c H3O c OH 10 7mol L 1中性pH 7c H3O 10 7mol L 1 c OH 酸性pH 7c H3O 10 7mol L 1 c OH 碱性pH 7pH lgc H3O pOH lgc OH pH pOH pK W 14 2020 2 18 第五章酸碱平衡 12 思考 1 两个pH值相同的溶液混合后不反应 溶液的pH值变吗 2 pH 3和pH 5的二溶液等体积混合后 溶液的pH值 2020 2 18 第五章酸碱平衡 13 5 3弱酸 弱碱的解离平衡 一 弱酸弱碱溶液的解离平衡1 电离平衡常数 酸 2020 2 18 第五章酸碱平衡 14 离解常数 K 大小表示弱电解质的电离程度K 与T有关 但影响不大 常温下不考虑中强酸 碱 10 2 10 3磷酸 Ka 7 1 10 3弱酸 碱 10 4醋酸Ka 1 75 10 5碳酸Ka 4 4 10 7极弱酸 碱 10 7氢氰酸K a 6 2 10 10次氯酸Ka 2 8 10 8 2020 2 18 第五章酸碱平衡 15 解离度 电离度 定义 2020 2 18 第五章酸碱平衡 16 影响电离度的因素 内因 电解质的本性 键的极性越大 越大 外因 浓度越小 越大 稀释定律温度升高 增大盐 同离子效应 减小 盐效应 增大 2020 2 18 第五章酸碱平衡 17 酸碱强度按 分类 相同浓度 相同温度下比较18oC 0 1mol L 1电解质溶液 50 的为强酸强碱 HNO392 HCl91 NaOH84 5 的为弱酸弱碱 HAc1 34 H2S0 07 NH3 H2O1 3 5 50 中强酸 碱 H3PO4H2SO3 2020 2 18 第五章酸碱平衡 18 电离度是实验值 可用电导法测得只适用于弱电解质的稀溶液 和K的比较K仅适用于平衡体系 适用于所有溶液体系K与电解质浓度无关 与浓度有关 2020 2 18 第五章酸碱平衡 19 有关解离平衡的计算 1 和K的关系HAc H2O H3O Ac 初始浓度c00平衡浓度c c c c 稀释定律 2020 2 18 第五章酸碱平衡 20 2 K与 H3O 的关系 例 已知K HAc 1 8 10 5 CHAc 0 10mol L 1求 H3O 解 HAc H2O H3O Ac 初始c00平衡c xxx 2020 2 18 第五章酸碱平衡 21 2020 2 18 第五章酸碱平衡 22 2 一元弱碱的解离平衡 B H2OBH OH 2020 2 18 第五章酸碱平衡 23 二 多元弱酸的解离平衡 多元弱酸的解离以H2CO3为例 1 分步电离H2CO3 H2O H3O HCO3 HCO3 H2O H3O CO32 2020 2 18 第五章酸碱平衡 24 2 一步比一步弱K2 K1 3 H3O 只考虑第一步电离 比较酸性时只用K1 4 上两式中 H3O HCO3 代表溶液中总的H3O 和总的HCO3 离子浓度 数值相同多元酸的计算 只考虑第一步电离 2020 2 18 第五章酸碱平衡 25 小结 一元弱酸一元弱碱二元弱酸水的离子积溶液的pH值 2020 2 18 第五章酸碱平衡 26 三 盐溶液的酸碱平衡 水解反应和水解平衡盐的离子与溶液中水电离出来的H 或OH 作用 生成弱电解质 弱酸或弱碱 的反应 叫盐的水解反应 如 2020 2 18 第五章酸碱平衡 27 1 强酸弱碱盐 以NH4Cl为例 NH4 H2O NH3 H3O 溶液显酸性 NH4 的共轭碱是NH3碱越弱其盐的水解程度越大 酸性越强 2020 2 18 第五章酸碱平衡 28 H3PO4PO43 共轭酸碱对解离常数之间的关系 2020 2 18 第五章酸碱平衡 29 2 弱酸强碱盐 以NaAc为例 Ac H2O HAc OH 溶液显碱性 K 酸越小 酸越弱 则K Ac 越大 盐的水解程度越大 碱性越强 2020 2 18 第五章酸碱平衡 30 多元弱酸强碱盐 以Na2CO3为例 水解是分步进行的 即质子碱CO32 的分步离解 2020 2 18 第五章酸碱平衡 31 3 酸式盐 如NaHCO3 NaH2PO4 Na2HPO4 NaHCO3解离 HCO3 H CO32 水解 HCO3 H2O H2CO3 OH 2020 2 18 第五章酸碱平衡 32 4 弱酸弱碱盐 以NH4Ac为例 总反应 2020 2 18 第五章酸碱平衡 33 溶液的酸碱性与K 酸 K 碱相对大小的关系 K 酸 K 碱呈酸性NH4COOHK 酸 K 碱呈中性NH4AcK 酸 K 碱呈碱性NH4CN 2020 2 18 第五章酸碱平衡 34 高价金属离子的水解 如 FeCl3Al2 SO4 3SbCl3SnCl2SnCl2 H2O Sn OH Cl HClSbCl3 H2O SbOCl 2HClBi NO3 3 H2O BiONO3 2HNO3 2020 2 18 第五章酸碱平衡 35 水解应用实例 泡沫灭火剂的工作原理 泡沫灭火剂中的发泡剂一般由Al2 SO4 3和NaHCO3组成 混合前 它们在各自的水溶液中达到水解平衡 Al3 3H2O Al OH 3 3H HCO3 H2O H2CO3 OH 2020 2 18 第五章酸碱平衡 36 原理 混合后 由于Al3 水解产生的H 与HCO3 水解产生的OH 中和 水解反应向右移动 进行到底总反应方程式及离子方程式为 Al2 SO4 3 6NaHCO3 3Na2SO4 2Al OH 3 6CO2Al3 3HCO3 Al OH 3 3CO2 水解产物Al OH 3能够覆盖在燃烧物的表面 抑制燃烧 CO2能够隔绝空气 熄灭火焰 2020 2 18 第五章酸碱平衡 37 5 影响盐类水解的因素及应用 盐类水解程度的大小首先决定于盐的本性和水解产物的性质 外界因素的改变对水解平衡也有重要的影响 1 温度升高 水解度加大 2 盐的浓度越小 水解度越大 3 酸度 控制溶液的酸碱度通常可以促进或抑制水解 2020 2 18 第五章酸碱平衡 38 5 4缓冲溶液 一 同离子效应 解离平衡的移动 结论 在弱电解质溶液中加入与其有共同离子的强电解质时 使弱电解质电离度减小的现象叫同离子效应 2020 2 18 第五章酸碱平衡 39 二 缓冲溶液 1 什么是缓冲溶液 实例1 1 纯水pH 7 2 在1 0L纯水中加入1 0mol L 1的HCl1 0mL pH 3 3 在1 0L纯水中加入1 0mol L 1的NaOH1 0mL pH 11实例2 1 0 1mol L 1HAc和0 1mol L 1NaAc混合溶液 pH 4 75 2 在1 0L此溶液中加入1 0mol L 1的HCl1 0mLpH 4 74 3 在1 0L此溶液中加入1 0mol L 1的NaOH1 0mLpH 4 76 4 将此溶液稀释10倍pH 4 75 2020 2 18 第五章酸碱平衡 40 定义 能够抵抗外加少量酸 碱或稀释而保持溶液的pH值不发生显著变化的作用叫缓冲作用 具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液 缓冲溶液一般有两类 1 弱酸和它的弱酸盐 如HAc和NaAc 或弱碱和它的弱碱盐 如NH3和NH4Cl 所组成的溶液 2 既能失去质子又能得到质子的两性物质溶液 如HCO3 H2PO4 HPO42 2020 2 18 第五章酸碱平衡 41 2 缓冲原理 以HAc NaAc缓冲体系 抗酸 抗碱 2020 2 18 第五章酸碱平衡 42 三 缓冲溶液的pH值 HAc H2O H Ac 初始 C酸C盐平衡 C酸 xxC盐 x因为 C酸 x C酸C盐 x C盐所以 2020 2 18 第五章酸碱平衡 43 同理 对于弱碱及其盐缓冲体系 2020 2 18 第五章酸碱平衡 44 四 缓冲范围和缓冲能力 缓冲范围 在此范围内 缓冲溶液可中和加入的酸或碱 并且保持pH基本不变弱酸 共轭碱 pH pKa 1弱碱 共轭酸 pOH pKb 1当 共轭碱 酸 1 缓冲能力最大 pH pKapOH pKb 2020 2 18 第五章酸碱平衡 45 缓冲能力 缓冲能力指缓冲溶液在其pH发生明显变化之前所能中和的酸或碱的量当弱酸及其共轭碱浓度越大 缓冲能力越强弱酸及其共轭碱浓度相等时 缓冲能力最强 2020 2 18 第五章酸碱平衡 46 缓冲溶液的选择和配制 1 当弱酸及其盐的浓度相等时 即C酸 C盐 pH pK酸 所以 配制一定pH值的缓冲溶液 可以选择pK酸与所需pH值相等或接近的弱酸及其盐 2 如pKa与pH值不完全相等 可以按照所需pH值 利用缓冲pH公式 适当调整C酸 C盐的比值 3 所选择的缓冲溶液 不能与反应物或生成物发生作用 2020 2 18 第五章酸碱平衡 47 例 CNaOH 0 30mol L 1 VNaOH 50mL CNH4Cl 0 45mol L 1 VNH4Cl 100mL将此两种溶液混合后 计算其pHsolution NaOH NH4Cl NaCl NH3 H2Oinitial0 30 500 45 1000equi00 45 100 0 30 500 30 50 2020 2 18 第五章酸碱平衡 48 例2 将0 05mL1 0mol L 1的HCl加入到50 00mL0 100mol L 1HAc 0 10