无机化学酸碱平衡.ppt

第五章酸碱平衡 5 7配位反应与配位平衡 5 6酸碱电子理论与配合物概述 5 5酸碱指示剂 5 4缓冲溶液 5 3弱酸 弱碱的解离平衡 5 2水的解离平衡和pH值 5 1酸碱质子理论概述 5 1酸碱质子理论概述 5 1 3酸的相对强度和碱的相对强度 5 1 2酸碱质子理论的基本概念 5 1 1历史回顾 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 5 1 2酸碱质子理论的基本概念 酸H 碱 例 HAc的共轭碱是Ac Ac 的共轭酸HAc HAc和Ac 为一对共轭酸碱 两性物质 既能给出质子 又能接受质子的物质 酸H 碱 酸碱解离反应是质子转移反应 如HF在水溶液中的解离反应是由给出质子的半反应和接受质子的半反应组成的 水是两性物质 它的自身解离反应也是质子转移反应 酸 1 碱 2 酸 2 碱 1 HF aq H F aq H H2O l H3O aq HF aq H2O l H3O aq F aq H2O l H2O l H3O aq OH aq 盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应 例如NaAc水解 酸 1 碱 2 酸 2 碱 1 NH4Cl水解 酸 1 碱 2 酸 2 碱 1 Ac H2OOH HAc H2OH3O NH3 非水溶液中的酸碱反应 也是离子酸碱的质子转移反应 例如NH4Cl的生成 液氨中的酸碱中和反应 区分效应 用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来 称为溶剂的 区分效应 例如 H2O可以区分HAc HCN酸性的强弱 拉平效应 溶剂将酸或碱的强度拉平的作用 称为溶剂的 拉平效应 酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子的能力的强弱 5 1 3酸的相对强度和碱的相对强度 水对强酸起不到区分作用 水能够同等程度地将HClO4 HCl HNO3等强酸的质子全部夺取过来 选取比水的碱性弱的碱 如冰醋酸为溶剂对水中的强酸可体现出区分效应 例如上述强酸在冰醋酸中不完全解离 酸性强度依次为 HI HClO4 HCl H2SO4 HNO3 酸越强 其共轭碱越弱 碱越强 其共轭酸越弱 5 2水的解离平衡和pH值 5 2 2溶液的pH值 5 2 1水的解离平衡 5 2 1水的解离平衡 H2O l H2O l H3O aq OH aq 或H2O l H aq OH aq 水的离子积常数 简称水的离子积 25 纯水 c H c OH 1 0 10 7mol L 1 100 纯水 1 0 10 14 5 43 10 13 T 5 2 2溶液的pH值 5 3弱酸 弱碱的解离平衡 5 3 3盐溶液的酸碱平衡 5 3 2多元弱酸的解离平衡 5 3 1一元弱酸 弱碱的解离平衡 1 一元弱酸的解离平衡 初始浓度 mol L 10 1000 平衡浓度 mol L 10 10 xxx x 1 3 10 3 5 3 1一元弱酸 弱碱的解离平衡 HAc aq H2O l H3O aq Ac aq 解离度 a c H3O c Ac 1 3 10 3mol L 1 c HAc 0 10 1 3 10 3 mol L 1 0 10mol L 1 c OH 7 7 10 12mol L 1 c H3O c OH 与的关系 HA aq H aq A aq 平衡浓度c c c c 初始浓度c00 稀释定律 在一定温度下 为定值 某弱电解质的解离度随着其溶液的稀释而增大 c00 20000 2 一元弱碱的解离平衡 例 已知25 时 0 200mol L 1氨水的解离度为0 95 求c OH pH值和氨的解离常数 解 ceq0 200 1 0 95 0 200 0 95 0 200 0 95 5 3 2多元弱酸的解离平衡 例题 计算0 010mol L 1H2CO3溶液中的H3O H2CO3 和OH 的浓度以及溶液的pH值 结论 对于二元弱酸 若c 弱酸 一定时 c 酸根离子 与c2 H3O 成反比 多元弱酸的解离是分步进行的 一般 溶液中的H 主要来自于弱酸的第一步解离 计算c H 或pH时可只考虑第一步解离 对于二元弱酸 当时 c 酸根离子 而与弱酸的初始浓度无关 1 强酸弱碱盐 离子酸 1 2 3 则 5 3 3盐溶液的酸碱平衡 2 弱酸强碱盐 离子碱 NaAc NaCN 一元弱酸强碱盐的水溶液成碱性 因为弱酸阴离子在水中发生水解反应 如在NaAc水溶液中 如Na3PO4的水解 多元弱酸强碱盐也呈碱性 它们在水中解离产生的阴离子都是多元离子碱 它们的水解都是分步进行的 例题 计算0 10mol L 1Na3PO4溶液的pH值 ceq mol L 1 0 10 xxx 解 3 酸式盐 解离大于水解 NaH2PO4溶液显弱酸性 相反 Na2HPO4溶液解离小于水解 显弱碱性 思考 其相关常数等于多少 4 弱酸弱碱盐 5 影响盐类水解的因素 盐的浓度 c盐 水解度增大 有些盐类 如Al2S3 NH4 2S可以完全水解 总之 加热和稀释都有利于盐类的水解 溶液的酸碱度 加酸可以引起盐类水解平衡的移动 例如加酸能抑制下述水解产物的生成 温度 水解反应为吸热反应 0T 水解度增大 5 4缓冲溶液 5 4 4缓冲范围和缓冲能力 5 4 3缓冲溶液pH值的计算 5 4 2缓冲溶液 5 4 1同离子效应 同离子效应 在弱电解质溶液中 加入与其含有相同离子的易溶强电解质而使弱电解质的解离度降低的现象 5 4 1同离子效应 平衡移动方向 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 x 1 8 10 5c H 1 8 10 5mol L 1 0 10 x 0 10 0 10mol L 1HAc溶液 pH 2 89 1 3 解 HAc aq H2O l H3O aq Ac aq ceq mol L 1 0 10 xx0 10 x c0 mol L 1 0 1000 10 pH 4 74 0 018 50mLHAc NaAc c HAc c NaAc 0 10mol L 1 pH 4 74 缓冲溶液 具有能保持本身pH值相对稳定性能的溶液 也就是不因加入少量强酸或强碱而显著改变pH值的溶液 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 73pH 4 75 5 4 2缓冲溶液 缓冲作用原理 加入少量强碱 溶液中大量的A 与外加的少量的H3O 结合成HA 当达到新平衡时 c HA 略有增加 c A 略有减少 变化不大 因此溶液的c H3O 或pH值基本不变 加入少量强酸 溶液中较大量的HA与外加的少量的OH 生成A 和H2O 当达到新平衡时 c A 略有增加 c HA 略有减少 变化不大 因此溶液的c H3O 或pH值基本不变 弱酸 弱酸盐 由于同离子效应的存在 通常用初始浓度c0 HA c0 A 代替c HA c A 5 4 3缓冲溶液pH值的计算 例HAc NaAc H2CO3 NaHCO3 2020 3 19 43 可编辑 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 溶液为酸性或中性 例2 例1 如NaHCO3 Na2CO3 NaH2PO4 Na2HPO4 溶液为碱性 应按水解平衡精确计算 例1 例2 结论 缓冲能力与缓冲溶液中各组分的浓度有关 c HA c B 及c A 或c BH 较大时 缓冲能力强 缓冲溶液的缓冲能力是有限的 决定的 例题 求300mL0 50mol L 1H3PO4和500mL0 50mol L 1NaOH的混合溶液的pH值 解 先反应再计算 例题 若在50 00ml0 150mol L 1NH3 aq 和0 200mol L 1NH4Cl组成的缓冲溶液中 加入0 100ml1 00mol L 1的HCl 求加入HCl前后溶液的pH值各为多少 解 加入HCl前 4 缓冲溶液的缓冲性能的计算 加入HCl后 加HCl前浓度 mol L 1 0 150 0 0020 x0 200 0 0020 xx 0 1500 200 加HCl后初始浓度 mol L 1 0 150 0 00200 200 0 0020 平衡浓度 mol L 1 NH3 aq H2O l aq OH aq 5 4 4缓冲范围和缓冲能力 所选择的缓冲溶液 除了参与和H 或OH 有关的反应以外 不能与反应系统中的其它物质发生副反应 缓冲溶液的选择和配制原则 或尽可能接近所需溶液的pH值 欲配制的缓冲溶液的pH值 应选择的缓冲组分 若或与所需pH不相等 依所需pH调整 例题 今有2 0L0 10mol L 1的Na3PO4溶液和2 0L0 10mol L 1的NaH2PO4溶液 仅用这两种溶液 不可再加水 来配制pH 12 50的缓冲溶液 能配制多少升这种缓冲溶液 解 缓冲组分应为Na2HPO4 Na3PO4 反应前n mol2 0 100 10 x0 小于所需pH值 说明应过量 则2 0LNa3PO4应全部用上 设需0 10mol L 1NaH2PO4xL 反应后n mol0 20 0 10 x00 20 x 平衡浓度 mol L 1 初始浓度 mol L 1 例 欲用等体积的NaH2PO4溶液和Na2HPO4溶液配制1 00LpH 7 20的缓冲溶液 当将50 00mL的该缓冲溶液与5 00mL0 10mol L 1HCl混合后 其pH值变为6 80 问 缓冲溶液中NaH2PO4和Na2HPO4的浓度是多大 如果该缓冲溶液是由0 500mol L 1H3PO4和1 0mol L 1NaOH配制 应分别取多少毫升 解得x 0 12能配制2 12L缓冲溶液 2LNa3PO4 0 12LNaH2PO4 解 变色范围酸色中间色碱色甲基橙3 1 4 4红橙黄酚酞8 0 10 0无色粉红红石蕊3 0 8 0红紫蓝 5 5酸碱指示剂 5 6酸碱电子理论与配合物概述 5 6 2配合物的组成和命名 5 6 1酸碱电子理论 lewis酸 凡是可以接受电子对的分子 离子或原子 如Fe3 Fe Ag BF3等 lewis碱 凡是给出电子对的离子或分子 如 X NH3 CO H2O 等 lewis酸与lewis碱之间以配位键结合生成酸碱加合物 5 6 1酸碱电子理论 1 配合物的组成 配合物是Lewis酸碱的加合物 例如 Ag NH3 2 是Lewis酸Ag 和NH3的加合物 5 6 2配合物的组成和命名 形成体与一定数目的配位体以配位键按一定的空间构型结合形成的离子或分子叫做配合物 Lewis酸称为形成体 中心离子 Lewis碱称为配位体 形成体通常是金属离子和原子 也有少数是非金属元素 例如 Cu2 Ag Fe3 Fe Ni B P 配位体通常是非金属的阴离子或分子 例如 F Cl Br I OH CN H2O NH3 CO 配位原子 与形成体成键的原子 单基配位体 配位体中只有一个配位原子 多基配位体 具有两个或多个配位原子的配位体 例如 乙二胺 en 乙二胺四乙酸根EDTA Y4 乙二酸根 草酸根 配位数 配位原子数单基配体 形成体的配位数等于配位体的数目 多基配体 形成体的配位数等于配位体的数目与基数的乘积 Cu2 的配位数等于4 例如 Ca EDTA 2 或CaY2 Ca2 的配位数为6 配位原子分别是4个O 2个N 从溶液中析出配合物时 配离子常与带有相反电荷的其他离子结合成盐 这类盐称为配盐 配盐的组成可以划分为内层和外层 配离子属于内层 配离子以外的其他离子属于外层 外层离子所带电荷总数等于配离子的电荷数 形成体 配位原子 配体 配位数 K3 Fe CN 6 外层 内层 2 配合物的化学式和命名 配酸 酸配碱 氢氧化 配盐 先阴离子后阳离子 简单酸根加 化 字 复杂酸根加 酸 字 配合物的命名原则 配体名称列在中心元素之前 配体数目用倍数词头二 三 四等数字表示 配体数为一时省略 不同配体名称之间以 分开 在最后一个配体名称之后缀以 合 字 形成体的氧化值用带括号的罗马数字表示 氧化值为0时省略 配体数配体名称合形成体名称 氧化态值 以二 三 四表示 不同配体 分开 以罗马数字 表示 配体次序 先离子后分子 例如 K PtCl3NH3 三氯 氨合铂 酸钾 同是离子或同是分子 按配位原子元素符号的英文字母顺序排列 例如 Co NH3 5H2O Cl3 氯化五氨 水合钴 配位原子相同 少原子在先 配位原子相同 且配体中含原子数目又相同 按非配位原子的元素符号英文字母顺序排列 例如 PtNH2NO2 NH3 2 氨基 硝基 二氨合铂 先无机后有机 例如 K PtCl3 C2H4 三氯 乙烯合铂 酸钾 硫酸四氨合铜 乙二胺四乙酸根合钙 三硝基 三氨合钴 五羰 基 合铁 三 氯化五氨 水合钴 硝酸羟基 三水合锌 五氯 氨合铂 酸钾 氢氧化四氨合铜 六氯合铂 酸 六异硫氰根合铁 酸钾 3 分类 简单配合物 一个中心离子 每个配体均为单基配体 如 螯合物 一个中心离子与多基配体成键形成环状结构的配合物 如 Cu en 2 2 CaY2 多核配合物 含两个或两个以上的中心离子 如 H2O 4Fe OH 2Fe H2O 4 4 羰合物 CO为配体 如Fe CO 5 Ni CO 4 烯烃配合物 配体是不饱和烃