「第八章弱酸和弱碱的解离平衡[精制课件]」.ppt

8 1弱酸和弱碱的解离平衡 8 2盐的水解 8 3电解质溶液理论和酸碱理论的发展 第8章酸碱解离平衡 Acid BaseDissolutionEquilibrium 1 精制课件 8 1弱酸和弱碱的解离平衡 8 1 1一元弱酸 碱的解离平衡1 解离平衡常数 a 解离平衡 DissolutionEquilibrium HAc aq H2O l H3O aq Ac aq 2 精制课件 对于一元弱碱的解离平衡 NH3 aq H2O l NH4 aq OH aq 3 精制课件 b 计算公式 以HAc为例 假定HAc的初始浓度为cmol L 达到平衡时c H 为xmol L 依据化学平衡的有关知识可以得出 4 精制课件 HAc aq H2O l H3O aq Ac aq 5 精制课件 2 解离度 DegreeofDissolution 6 精制课件 稀释定律 溶液浓度越稀 解离度越大 表明溶液的解离度近似与其浓度的平方根成反比 说明 Ka和 均可表示酸的强弱 但 随c而变 而Ka只是温度的函数 在温度一定时 是一个常数 它不随c而变 7 精制课件 例 计算298K时0 10mol L 1HAc溶液中H3O Ac HAc OH pH Ka 1 8 10 5 HAc aq H2O l H3O aq Ac aq 解 c HAc 0 1 c H3O 0 1 mol L 1 8 精制课件 pH lg c H3O 2 89 9 精制课件 对于一元弱碱 10 精制课件 c OH c NH3 0 200 0 934 1 87 10 3mol L 1 解 c OH c NH3 100 0 934 11 精制课件 在弱酸或弱碱溶液中 加入与其具有相同离子的易溶强电解质 而使平衡向左移动 弱电解质的解离度降低的现象称为同离子效应 a 定义 CommonIonEffect 3 同离子效应 12 精制课件 结果 Ac 浓度增大 平衡左移 HAc解离度减小 酸性减弱 这就是同离子效应 HAc aq H2O l H3O aq Ac aq 加入强电解质 例如在平衡体系中 13 精制课件 结果 NH4 浓度增大 平衡左移 NH3解离度减小 这也是同离子效应 NH3 aq H2O l NH4 aq OH aq 加入强电解质 又如在平衡体系中 14 精制课件 b 计算 比较在纯0 10mol L 1HAc和在0 10mol L 1HAc中加入NaAc晶体 使NaAc浓度为0 10mol L 1时的c H3O 并做出结论 解 纯0 10mol L 1HAc 15 精制课件 在0 10mol L 1HAc中加入NaAc晶体 起始浓度 mol L 1 0 10 1 平衡浓度 mol L 1 0 1 xx0 1 x HAc aq H2O l H3O aq Ac aq 0 1 x 0 10 c H3O 1 8 10 5mol L 1 16 精制课件 8 1 2水的解离平衡和溶液的pH 1 水的离子积常数 H2O l H2O l H3O aq OH aq 水的自身解离平衡 平衡常数表达式 Ion productforWater 298 15K时 17 精制课件 注意 18 精制课件 B 水的离子积常数不随浓度变 随温度的升高而增大 A 一定温度下 水中H3O 浓度与OH 浓度的乘积为一常数 19 精制课件 2 溶液的pH 1 定义 水溶液的pH就是该溶液所含氢离子浓度的负对数 20 精制课件 2 性质 表示水溶液中酸碱性强弱的标度 pH越小 酸性越强 3 范围 仅表示氢离子或氢氧根离子浓度1mol L 1以下的溶液的酸碱性 4 应用 21 精制课件 常见液体的pH 22 精制课件 1 组成 有机弱酸或有机弱碱 2 作用原理 HIn aq H2O l H3O q In aq 碱式色 酸式色 3 酸碱指示剂 23 精制课件 当溶液H 离子浓度发生变化时 平衡发生移动 导致指示剂结构发生变化 从而使指示剂颜色发生变化 这就是指示剂的变色原理 24 精制课件 3 变色范围 HIn aq H2O l H3O aq In aq 若 显碱式色 pH pK HIn 1 25 精制课件 若 26 精制课件 常用的酸碱指示剂 一般说来指示剂的变色范围越窄越好 27 精制课件 8 1 3多元弱酸的解离平衡 a 解离平衡 DissolutionEquilibrium 多元酸的解离是分步进行的 H3PO4 aq H2O l H2PO4 aq H3O aq H2PO4 H2OHPO42 H3O 28 精制课件 酸性强弱H3PO4 H2PO4 HPO42 HPO42 H2OPO43 H3O 29 精制课件 c 计算公式 以H2S为例 H2S aq H2O l H3O l HS aq HS aq H2O l H3O l S2 aq 30 精制课件 故c H c1 H 多元弱酸中 纯二元弱酸中 混合酸中 与初始浓度无关 31 精制课件 1 c H3O H2S aq H2O l H3O aq HS aq HS aq H2O l H3O aq S2 aq 解 32 精制课件 2 c OH 33 精制课件 HS aq H2O l H3O aq S2 aq 起始浓度 mol L 1 1 15 10 41 15 10 40平衡浓度 mol L 1 1 15 10 4 x1 15 10 4 xx 3 c S2 34 精制课件 解 35 精制课件 50mLHAc NaAc c HAc c NaAc 0 10mol dm 3 pH 4 74 加入1滴 0 05ml 1mol dm 3HCl 加入1滴 0 05ml 1mol dm 3NaOH 50ml纯水pH 7 pH 4 75 pH 3 pH 11 pH 4 73 8 1 4缓冲溶液 1 定义 缓冲溶液 能抵抗外来少量强酸或强碱或稍加稀释 而使溶液的pH基本不变的溶液 36 精制课件 2 组成 NH3 NH4 PO43 HPO42 HAc NaAcHCO3 CO32 H3PO4 H2PO4 弱酸 共轭碱 弱碱 共轭酸 37 精制课件 由于存在大量Ac 对平衡产生同离子效应 平衡左移 HAc解离度减小 缓冲溶液中存在了大量的抗酸成分和大量的抗碱成分 3 缓冲原理 少量 大量 加入强电解质 在平衡体系中 HAc aq H2O l H3O aq Ac aq 大量 大量 38 精制课件 若在缓冲溶液中加入少量强酸HCl HAc aq H2O l H3O aq Ac aq 结果 c Ac 略有减小 c HAc 略有增加 比值基本不变 c H3O 基本不变 pH基本不变 大量的Ac 与H 反应 生成解离度很小的HAc 39 精制课件 HAc aq H2O l H3O aq Ac aq 结果 若在缓冲溶液中加入少量强碱NaOH 40 精制课件 c H3O 略有减少 c HAc 略有减少 c Ac 略有增加 比值基本不变 c H3O 基本不变 pH基本不变 HAc aq H2O l H3O l Ac aq 4 缓冲溶液pH值计算 41 精制课件 由于HAc解离度很小 加之同离子效应 使HAc解离度更小 故c HAc c Ac 可认为是其原始浓度 解 加入HCl前 42 精制课件 加入HCl后 NH3 aq H2O l NH4 aq OH aq x 1 3 10 5c OH 1 3 10 5 pOH 4 89pH 9 11 43 精制课件 衡量缓冲溶液的缓冲能力大小的尺度称为缓冲能力 5 缓冲能力 容量 浓度 共轭酸碱的浓度要适当的大 其缓冲能力才能足够的大 2 影响因素 1 定义 BufferCapacity 44 精制课件 有效缓冲范围 通常比值在1 10 10 1之间有足够的缓冲能力 此时 所以 缓冲溶液的pH应在缓冲范围内且尽可能接近缓冲溶液的pKa 最大缓冲容量 45 精制课件 常用的缓冲溶液 46 精制课件 解 先分析反应 得到H2PO4 HPO42 缓冲溶液 47 精制课件 H2PO4 aq H2O l HPO42 aq H3O aq 计算 48 精制课件 缓冲溶液的应用 工业应用 农业应用 科研应用 生物学应用 49 精制课件 8 2盐的水解 8 2 1水解平衡常数 1 弱酸强碱盐 离子碱的水解 溶液呈碱性 以NaAc为例 Ac aq H2O l HAc aq OH aq 50 精制课件 可以利用多重平衡原则可以推导出 2 强酸弱碱盐 离子酸水解溶液呈酸性 以NH4Cl为例 NH4 aq H2O l NH3 aq H3O aq 51 精制课件 同样可以得到 3 弱酸弱碱盐 以NH4Ac为例 NH4 Ac H2ONH3 H2O HAc 52 精制课件 盐类水解为吸热过程 由 可得 升高温度可以促进水解的进行 53 精制课件 8 2 2水解度及水解平衡的计算 1 单水解过程的计算 NH4 aq H2O l NH3 aq H3O aq 54 精制课件 水解常数很小 则 c x c 即 水解度h为 55 精制课件 同理可以求出强碱弱酸盐的水解情况 从计算公式可以看出 盐的初始浓度对水解有影响 56 精制课件 1 平衡常数的影响 1 水解平衡常数或弱酸或弱碱的离解平衡常数 2 温度对平衡常数的影响 水解一般为吸热过程 2 外界条件的影响 温度不变时 1 盐的起始浓度 2 溶液酸度 影响水解平衡的因素有 57 精制课件 NH4 aq H2O aq NH3 aq H3O aq 解 58 精制课件 59 精制课件 解 60 精制课件 2 双水解过程的计算 以MA为例 M H2OMOH H A H2OHA OH c H c MOH c HA 61 精制课件 将其带入 c H c MOH c HA 62 精制课件 整理后可得 进行化简得 63 精制课件 在一定的条件下 弱酸弱碱盐水溶液的H 与盐溶液浓度无关 只与相应酸或碱的解离常数有关 3 酸式盐 既电离又水解 64 精制课件 解 65 精制课件 8 3电解质溶液理论及酸碱理论的发展 8 3 1强电解质溶液理论 电解质 在水溶液里或熔化状态下能够导电的化合物 强电解质 在水中几乎全部解离 弱电解质 在水中仅部分解离 66 精制课件 电离度大小的影响因素 浓度温度 电离度 1 离子强度 1923年 Debye及H ckel提出强电解质溶液理论 67 精制课件 观点 强电解质在溶液中是完全电离的 但是由于离子间的相互作用 每一个离子都受到相反电荷离子的束缚 这种离子间的相互作用使溶液中的离子并不完全自由 其表现是 溶液导电能力下降 电离度下降 依数性异常 68 精制课件 bi 溶液中第i种离子的浓度 Zi 第i种离子的电荷离子强度I表示了离子在溶液中产生的电场强度的大小 离子强度越大 正负离子间作用力越大 离子强度I 衡量溶液中正 负离子的作用情况 69 精制课件 活度 指有效浓度 即单位体积电解质溶液中表现出来的表观离子有效浓度 即扣除了离子间相互作用的浓度 以a activity 表示 f 活度系数 稀溶液中 f 1 极稀溶液中 f接近1 2 活度与活度系数 70 精制课件 规律 离子强度越大 离子间相互作用越显著 活度系数越小 离子强度越小 活度系数约为1 稀溶液接近理想溶液 活度近似等于浓度 离子电荷越大 相互作用越强 活度系数越小 71 精制课件 3 盐效应 1 定义 在弱酸或弱碱溶液中 加入不含相同离子的易溶强电解质 而使平衡向右移动 弱电解质的解离度增大的现象称为盐效应 2 原因 易溶强电解质的加入 溶液中离子强度增大 使离子间相互作用增强 72 精制课件 8 3 2酸碱质子理论 ProtonTheoryofAcid Base 1 酸碱的定义 凡是能给出质子 H3O 的物质都是酸 凡是能得到质子 H3O 的物质都是碱 既能给出质子又能得到质子的物质是两性物质 如 HClHACNH4 Fe H2O 63 如 Cl AC CO32 NH3 Fe H2O 5 OH 2 如 HCO3 H2O 73 精制课件 2 酸碱反应的术语 根据酸碱定义 酸失去质子变成碱 碱得到质子变成酸 共轭关系 通式 酸H 碱 酸碱半反应 因质子得失而相互转化的每一对酸碱 共轭酸碱对 conjugatedpairofacid base 74 精制课件 H2PO4 H HPO42 NH4 H NH3Fe H2O 63 H Fe H2O 5 OH 2 例如 75 精制课件 3 酸碱的强弱 给出质子能力强的叫强酸 接受质子能力强的叫强碱 酸碱强度 根据给出或接受质子的能力大小来确定 拉平效应 将不同强度的酸拉平到溶剂化质子水平的效应 分效应 能区分酸 碱强度的效应 76 精制课件 4 酸碱反应的实质 酸碱反应的实质是质子的转移 是两个共轭酸碱对共同作用的结果 是两个酸碱半反应组成一个酸碱总反应 5 酸碱反应的方向 强酸 强碱弱酸 弱碱 77 精制课件 酸碱半反应 酸碱半反应 共轭酸碱对 HAc Ac H2O H3O 共轭酸碱对 HAc aq H aq Ac aq H2O l H aq H3O aq HAc aq H2O l H3O aq Ac aq HAc aq H aq Ac aq 总反应 简写 78 精制课件 酸碱半反应 H2O OH 酸碱半反应 NH3 NH4 NH3 aq H aq NH4 aq H2O l H aq OH aq 酸碱总反应 NH3 aq H2O l NH4 aq OH aq 共轭酸碱对 共轭酸碱对 79 精制课件 酸碱总反应 NH4 H2ONH3 H3O 80 精制课件 扩大了酸碱物质的范畴扩大了酸碱反应的范畴 HCl NH3NH4 Cl 优越性 局限性 所定义的酸必须含有可解离的氢原子 不包括那些不交换质子而具有酸性的物质 81 精制课件 8 3 3酸碱溶剂体系理论 美国科学家Franklin在阿氏电离理论的基础上 提出了溶剂理论 立论 在溶剂中 不仅是水 电解质解离 概念 凡在溶剂中能解离出溶剂正离子的物质为酸 凡在溶剂中能解离出溶剂负离子的物质为碱 82 精制课件 例如 液态NH3中有 2NH3 l NH4 NH2 NH4Cl在液氨中 NH4Cl NH4 Cl NH4Cl为酸 NaNH2在液氨中 NaNH2 NH2 Na NaNH2为碱 NH4Cl NaNH2 NaCl 2NH3 该理论是电离理论的扩展 但不能解释无溶剂的体系 83 精制课件 8 3 4酸碱电子理论 凡是能接受电子对的分子 离子物种称为酸 凡是能给出电子对的分子 离子物种称为碱 1 酸碱的定义 2 酸碱反应的实质 电子接受体与电子给予体之间形成以配位共价键结合的酸碱配合物的反应 84 精制课件 电子对接受体电子对给予体形成配位键