147-4-4_无机化学教案-弱电解质的电离平衡.ppt

一 一元弱酸 弱碱的解离平衡 表示弱酸电离的趋势 1 一元弱酸 弱碱的电离过程 HAcH Ac fGm kJ mol 1 399 610 372 46 一元弱碱的电离过程 计算NH3 H2O aq NH4 aq OH aq 的平衡常数 NH3 H2O aq NH4 aq OH aq fGm kJmol 1 263 76 79 37 7 27 2 一元弱酸 弱碱的电离过程解离度 pH的求算 起始C000 平衡C0 H H A H HAcH A 当Ka 很小 而C0较大时 酸的解离度较小 则C0 H 当c0 Ka 400时 即可用此式 对于一元弱酸 已解离的分子数 原分子数 100 已电离的浓度 初始浓度 100 电解度 离解度 平衡时弱电解质的电离百分率 同理 对于一元弱碱 当c0 Kb 400时 HAc NH3 H2O 稀释定律 随着溶液浓度的降低 电离度增大 解 1 x2 0 1 x Kaca K 400 0 1 x 0 1 H 1 3 10 3moldm 3 1 3 例 计算下列各浓度的HAc溶液的 H 浓度和电离度 1 0 1moldm 3 2 1 0 10 5moldm 3 2 cA K 400 故不能近似计算 x2 c x 1 8 10 5解一元二次方程 x H 7 16 10 6moldm 3 71 6 例题 计算0 010moldm 3二氯乙酸 CHCl2COOH 溶液中氢离子的浓度 已知酸的Ka 3 32 10 2 解 c0 Ka 400 0 010 3 32 10 2 不能用简化式 CHCl2COOHCHCl2COO H 0 01000 0 010 xxx Ka x2 0 010 x 3 32 10 2 X 8 0 10 3moldm 3 80 H c0 若按近似计算 H ka C0 1 8 10 2 0 01 二 多元弱酸 弱碱的电离平衡 特点 分步进行 每一步都有相应的平衡常数 K1 K2 K3 一般彼此相差104 105 多元弱酸 弱碱的电离以第一步为主 1 二元弱酸的电离平衡 H2S H HS HS H S2 H2S 2H S2 溶液中同时存在H2S HS H S2 饱和H2S水溶液 H2S 0 1mol dm 3可求出不同pH下的 S2 例在常温常压下 H2S气体在水中的饱和浓度为0 1moldm 3 据此计算出H2S饱和水溶液中 H HS S2 Ka1 1 3 10 7 Ka2 7 1 10 15 解 比较Ka1和Ka2 Ka1 Ka2 且c Ka1 400 所以溶液中的 H 只需按照第一步电离平衡简化计算即可 H2S H HS 由二级平衡 HS H S2 平衡浓度 1 14 10 41 14 10 4y 同时平衡 7 1 10 15 y S2 Ka2 同时平衡 在一个反应体系中 如果同时发生几个反应 当到达平衡态时 这种情况称为同时平衡 在一种溶液中各离子间的平衡是同时建立的 涉及多种平衡的离子 其浓度必须同时满足该溶液中的所有平衡 这是求解多重平衡一条重要原则 共存问题的 另一种考虑方式 H2S H HS HS H S2 Cx yx y x yy xy Ka1 Ka2 x y x y xx y x x2 c Ka1 S2 由二级平衡 HS H S2 例在0 3moldm 3的盐酸溶液中通入H2S水溶液至饱和 求溶液中的 HS 和 S2 解 H2SH HS 起始浓度0 10 30平衡浓度0 10 3x HS Ka1 0 1 0 3 1 9 10 8mol dm 3 平衡浓度 1 9 10 80 3y S2 y HS 1 2 10 15 1 9 10 8 7 6 10 23mol dm 3 注意 多元弱酸中 若K1 K2 K3 通常K1 K2 102 求 H 时 可做一元弱酸处理 二元弱酸中 酸根浓度近似等于二级电离常数 与酸原始浓度关系不大在多元弱酸溶液中 酸根浓度极低 在需要大量酸根离子参加的化学反应中 要用相应的盐而不是相应的酸 H2SO4的电离平衡H2SO4 H HSO4 HSO4 H SO42 Ka2 H SO42 1 2 10 2 2 三元酸的电离平衡 与二元弱酸类似 H 也可看成是第一步电离决定的 求出 H 后 再根据多级平衡常数的表达式求各酸根的浓度 0 1moldm 3的磷酸溶液中 H3PO4 H2PO4 HPO42 PO43 H 例试计算0 1moldm 3H3PO4溶液中 H3PO4 H2PO4 HPO42 PO43 H 及 OH K1 7 6 10 3 K2 6 3 10 8 K3 4 4 10 13 解 1 设 H x 只由第一步电离决定 H3PO4H H2PO4 0 1000 1 xxx c0 Ka 13 400 不能简化计算 0 1 7 6 10 3 K1 7 6 10 3 x2 0 1 x 即 H X 2 4 10 2 2 设 HPO42 x H2PO4 H HPO42 2 4 10 22 4 10 2x K2 x 6 3 10 8 2 4 10 2 x 2 4 10 2 即 HPO42 6 3 10 8 3 设 PO43 x HPO42 H PO43 6 3 10 82 4 10 2x K3 4 4 10 13 2 4 10 2 x 6 3 10 8 即 PO43 1 16 10 18 4 OH Kw H 4 17 10 13moldm 3 三 同离子效应和盐效应 平衡移动方向 同离子效应 在弱电解质溶液中 加入与弱电解质含有相同离子的强电解质时 弱电解质的电离度会下降 平衡移动的原理 1 同离子效应 同离子效应 Ka 3 53 10 4 H3O F HF 取决于酸度 F 只有在强酸介质中 才能大量转化为HF HF才能起到刻蚀玻璃的作用 例 在0 10mol L 1的HAc溶液中 加入NH4Ac s 使NH4Ac的浓度为0 10mol L 1 计算该溶液的pH值和HAc的解离度 初始浓度 mol L 1 0 1000 10平衡浓度 mol L 1 0 10 xx0 10 x x 1 8 10 5 H 1 8 10 5mol L 1pH 4 74 0 018 0 10 x 0 10 HAc H Ac 解 在加入Ac 前 0 10mol L 1的HAc溶液的 H 1 3 10 3mol L 1 其电离度为1 3 前面例子 加入Ac 后 溶液的 H 1 8 10 5mol L 1 HAc的电离度降低为0 018 2 盐效应 加入NaCl 平衡向解离的方向移动 增大弱电解质的电离度 盐效应 在弱电解质溶液中加入强电解质 该弱电解质的电离度将会增大 这种效应称为盐效应 离子强度增大 活度减小 50mLHAc NaAc c HAc c NaAc 0 10mol L 1 pH 4 74 缓冲溶液 是一种能抵抗少量强酸 强碱和水的稀释而保持体系的pH值基本不变的溶液 1 缓冲溶液的概念 加入1滴 0 05ml 1mol L 1HCl 加入1滴 0 05ml 1mol L 1NaOH 实验 50ml纯水pH 7pH 3pH 11 pH 4 75 pH 4 73 四 缓冲溶液 2 缓冲作用原理 HAc NaAc溶液 加入少量强酸 如HCl H 与Ac 结合 生成HAc cAc cHAc变化不大 溶液的pH值变化不大 加入少量碱 如NaOH HAc与OH 与结合 生成Ac cAc cHAc变化不大 溶液PH值变化也不大 如何考虑稀释时的情况 请同学们考虑 3 缓冲溶液pH值的计算 1 弱酸 弱酸盐 HAc NaAc H2CO3 NaHCO3 平衡浓度ca xxcs x 由于同离子效应 近似有ca x cacs x cs 初始浓度ca0cs 2 弱碱 弱碱盐NH3 H2O NH4Cl 3 由多元弱酸酸式盐组成的缓冲溶液 如NaHCO3 Na2CO3 NaH2PO4 Na2HPO4 例 5 0cm30 2mol L 1HAc 9 0cm30 2mol L 1NaAc已知 Ka 1 8 10 5 1 在该缓冲溶液中加入0 1cm31 0mol L 1的HCl 首先HCl和NaAc发生酸碱中和反应 2 加入NaOH 与HCl同量 如往pH 5 00的HCl溶液 10cm 3 中加入 0 1cm31 0mol L 1的HCl0 1cm31 0mol L 1的NaOH 0 1cm31 0mol L 1 首先NaOH和HAc发生酸碱中和反应 首先找出与溶液所需控制的pH值相近的pK值的弱酸或弱碱 4 缓冲溶液的选择和配制 若pKa或14 pKb与所需pH不相等 依所需pH调整ca cs或cb cs 当弱酸 或弱碱 与相应的盐的总浓度固定时 它们的浓度比最好为1 1 缓冲溶液的浓度应适量大些 选择的缓冲液不与反应物或生成物发生反应 配制药用缓冲溶液时还应考虑溶液的毒性 当C酸 C盐 1 99时 减小约98 考察c酸 c盐浓度比的影响 如果加入酸 加入后浓度为0 01mol L 1 增大约2 当C酸 C盐 1mol L 1时 此时 H Ka 总浓度为2mol L 1的缓冲溶液 如果加入酸 加入后浓度为0 01mol L 1 C酸 C盐 0 1mol L 1此时 H Ka 增大约22 考察缓冲溶液总浓度的影响 总浓度为0 2mol L 1的缓冲溶液 如果加入同样的酸 加入后浓度为0 01mol L 1 许多化学反应要在一定pH范围内进行 人体血液必须维持pH在7 4左右 5 缓冲溶液的应用 例 配制pH 4 70的缓冲溶液500cm3 问应用50cm3 1 0mol L 1的NaOH溶液 和多少cm3 1 0mol L 1的HAc混合 并需加多少水 解 Ka 1 8 10 5 pH 4 70的缓冲溶液中 在配制的过程中 溶液中的HAc首先被碱部分中和 Ac 由NaOH的量决定 而 HAc 由HAc和NaOH的用量差决定 需加水量 500 105 50 345cm3 五 盐类的水解 盐类的阳离子或阴离子和由水电解产生的OH 或H 结合 生成弱电解质 破坏了水的电离平衡 使溶液的pH发生相应的变化 1 一元强碱弱酸盐的水解 Ac H HAc NaAc水溶液 H2OH OH Ac H2OOH HAc 5 6 10 10 在实际计算中常常可用近似方法来处理 Ac H2OOH HAc 平衡前c00 平衡后c 1 h chch Kh很小 1 h 1 例 将2 45g固体NaCN配制成500cm3的水溶液 计算此溶液的酸度是多少 已知 HCN的Ka 4 9 10 10 解 2 一元强酸弱碱盐的水解 NH4C