无机化学 05-1酸碱平衡ppt课件.ppt

南京医科大学药学院许贯虹 酸碱平衡 1 南京医科大学药学院许贯虹 酸碱理论 2 酸碱理论的发展 酸碱电离理论酸碱质子理论酸碱电子理论 南京医科大学药学院许贯虹 酸碱质子理论 3 酸 凡是能给出质子H 的物质 HClH3O H2OHCO3 碱 凡是能接受质子H 的物质 OH Cl H2OHCO3 酸 碱可以是阳离子 阴离子和中性分子 南京医科大学药学院许贯虹 4 酸碱 H HClCl H H2OOH H HCO3 CO32 H H2CO3HCO3 H 酸碱半反应 酸碱之间存在共轭关系 共轭酸碱对 只相差一个质子的一对酸碱 两性物质 既能给出质子又能接受质子的物质 酸碱质子理论中没有盐的概念 共轭酸 共轭碱 南京医科大学药学院许贯虹 酸碱反应的实质 5 酸1碱2 酸2碱1 结论 酸碱反应实质是两对共轭酸碱对之间的质子传递反应 中和反应 电离平衡 水解平衡 南京医科大学药学院许贯虹 酸碱反应进行的方向 6 相对较强的酸和相对较强的碱反应生成相对较弱的碱和相对较弱的酸 南京医科大学药学院许贯虹 酸碱的强弱 7 酸 越容易给出质子 则酸越强 其对应的碱越弱碱 越容易接受质子 则碱越强 其对应的酸越弱 共轭酸碱对中酸碱的强度是相互制约的 南京医科大学药学院许贯虹 酸碱的强弱 8 与酸碱本性有关 HCl和H2CO3 与溶剂有关 HAc在水中表现为弱酸在液氨中表现为强酸 HNO3H2O中强酸HAc中弱酸纯H2SO4中碱 南京医科大学药学院许贯虹 溶剂的拉平效应和区分效应 9 拉平效应 将不同强度的酸拉平到溶剂化质子水平的效应 液氨中 HCl和HAc都表现为强酸 在冰醋酸中 其强度HClO4 H2SO4 HCl HNO3 区分效应 能区分酸 碱 强度的效应其中具有区分效应的溶剂称为区分试剂 南京医科大学药学院许贯虹 总之 酸碱质子论 10 扩大了酸和碱的范围 没有盐的概念 扩大了酸碱反应的范围 解释了在气相或非水溶剂中进行的酸碱反应 将酸碱强度和质子传递反应结合起来 把酸或碱的性质和溶剂的性质联系起来 南京医科大学药学院许贯虹 思考 11 质子理论认为 NaOH中OH 能得到质子是碱 Na 在质子理论中是酸还是碱 非酸非碱物质 南京医科大学药学院许贯虹 Lewis酸碱理论 12 凡能给出电子对的都是碱 凡能接受电子对的都是酸 路易斯酸碱理论中酸的范围扩大了 相应酸碱反应不再仅局限在只存在质子转移的反应 南京医科大学药学院许贯虹 酸碱反应的实质 13 形成配位键的反应 碱提供电子对 酸以空轨道接受电子对形成配位键 H OH H OHAlCl3 Cl AlCl4 Cu2 4 NH3 Cu2 4 NH3 在有机化学和配位化学中应用广泛 南京医科大学药学院许贯虹 14 酸碱平衡 水的质子自递平衡 弱酸 碱与水之间的质子传递平衡 南京医科大学药学院许贯虹 水的质子自递平衡 15 在水分子间发生质子传递反应 Kw H3O OH H OH 水的质子自递平衡常数 也称水的离子积 常温下为1 10 14 适用于所有稀水溶液 是温度函数 南京医科大学药学院许贯虹 水溶液的pH值 16 pH lgc H H 的浓度 0 001mol L 1HCl溶液 pH 3 0 001mol L 1NaOH溶液 pH 常温下 Kw H OH 1 10 14 pH 11 南京医科大学药学院许贯虹 区分两个概念 17 判断 弱酸的Ka越大 给出质子能力越强 酸性越强 则溶液的酸度也越强 酸性指酸的强度酸度指溶液中H 的浓度 严格讲应该是活度 南京医科大学药学院许贯虹 18 Kw H OH 1 10 14 25 时 水的pH c H 1 10 7mol L 1 pH 7 溶液呈酸性 c H 1 10 7mol L 1 pH 7 溶液呈中性 c H 7 溶液呈碱性 判断题 pH 7的溶液一定是酸性溶液 7 不一定 需要看温度 不同温度有不同的Kw 南京医科大学药学院许贯虹 弱酸 碱与水之间的质子传递平衡 19 多元弱酸碱 一元弱酸碱 两性物质 南京医科大学药学院许贯虹 一元弱酸 碱 的电离平衡 20 Ka 弱酸的质子传递平衡常数酸的解离常数 简称酸 度 常数大小与酸的本性及温度有关 Ka 越大 酸给出质子的能力越强 酸越强 南京医科大学药学院许贯虹 21 Kb 弱碱的质子传递平衡常数碱的解离常数 简称碱 度 常数大小与碱的本性及温度有关 Kb 越大 碱接受质子的能力越强 碱越强 南京医科大学药学院许贯虹 共轭酸碱对的Ka与Kb的关系 22 25 C时 南京医科大学药学院许贯虹 23 酸常数与碱常数之积即为水的离子积常数酸的酸常数越大 该酸酸性越强 而其共轭碱的碱常数越小 碱的碱性越弱 反之亦然 南京医科大学药学院许贯虹 弱酸 碱与水之间的质子传递平衡 24 多元弱酸碱 一元弱酸碱 两性物质 南京医科大学药学院许贯虹 多元酸 碱 的电离平衡 25 特点 在水溶液中的电离是分步进行的 多元弱酸在水中分步电离出多个质子 称为分步电离或逐级电离 南京医科大学药学院许贯虹 26 Ka1 Ka2 Ka3 南京医科大学药学院许贯虹 27 Kb1 Kw Ka3 2 09 10 2 Kb2 Kw Ka2 1 61 10 7 Kb3 Kw Ka1 1 44 10 12 Kb1 Kb2 Kb3 南京医科大学药学院许贯虹 平衡的移动 浓度的影响 28 1 稀释定律 2 同离子效应 3 盐效应 南京医科大学药学院许贯虹 1 稀释定律 29 初始浓度c00平衡浓度c c c c 南京医科大学药学院许贯虹 30 若 5 则1 1 温度一定时 解离度随溶液浓度减小而增大 稀释定律 南京医科大学药学院许贯虹 2 同离子效应 31 NaAc Na Ac 平衡移动方向 在弱酸或弱碱溶液中 加入与弱酸或弱碱含有相同离子的强电解质 使得弱酸或弱碱解离度降低的现象称为同离子效应 南京医科大学药学院许贯虹 例题 32 求0 100mol L 1HAc溶液的解离度 如果在1 00L该溶液中加入固体NaAc 不考虑溶液体积变化 使其浓度为0 100mol L 1 计算溶液的 H 和解离度 1 初始浓度c 0 10000平衡浓度c c c c 南京医科大学药学院许贯虹 33 2 初始浓度c 0 10000 100平衡浓度0 100 H H 0 100 H 0 100 H 0 100 0 100 H 0 100 由1 32 降为0 0174 H 降低约76倍 利用同离子效应可以来控制溶液的pH值 南京医科大学药学院许贯虹 3 盐效应 34 在弱电解质溶液中加入不含共同离子的强电解质 引起弱电解质电离度略有增大的效应称为盐效应 I增大 离子的活度系数减小 而对分子的活度系数影响不大 而要维持平衡 上述平衡则要向解离方向移动 从而使弱酸的解离度略有增大 产生同离子效应时 必然伴随有盐效应 但同离子效应的影响比盐效应要大得多 所以一般情况下 不考虑盐效应也不会产生显著影响 南京医科大学药学院许贯虹 酸碱水溶液中相关离子浓度的计算 35 2 一元弱酸 碱 溶液 3 多元酸碱的电离平衡 4 两性物质 1 强酸和强碱以及强 弱酸 碱 混合溶液 南京医科大学药学院许贯虹 强酸和强碱水溶液 36 强酸或强碱在水溶液中是全部解离的 pH值可直接由溶液浓度求得 当强酸或强碱的浓度太小时 不能忽略水解离出的H 南京医科大学药学院许贯虹 例题 37 求1 0 10 8mol L 1HCl溶液的pH值 解 水解离的H 浓度为xmol L 1 电离平衡时x 1 0 10 8x pH 6 97 南京医科大学药学院许贯虹 强 弱酸 碱 混合溶液 38 由于同离子效应 可忽略弱酸 碱 的电离 混合溶液的pH值可直接根据强酸 碱 求出 例题 计算0 20mol L 1HCl溶液和0 20mol L 1HAc溶液等体积混合后溶液的pH值 解 混合后HCl和HAc的物质的量浓度都为0 10mol L 1 HCl全部解离产生的 H 0 10mol L 1 而HAc是弱电解质 设有xmol L 1HAc发生电离 电离平衡0 1 x0 1 xx 0 1 0 1 pH 1 南京医科大学药学院许贯虹 酸碱水溶液中相关离子浓度的计算 39 2 一元弱酸 碱 溶液 3 多元酸碱的电离平衡 4 两性物质 1 强酸和强碱以及强 弱酸 碱 混合溶液 南京医科大学药学院许贯虹 对于一元弱酸HB 在水溶液中存在的独立的平衡 40 溶液呈电中性 根据电荷平衡 故有 南京医科大学药学院许贯虹 41 这是求解一元弱酸 H 的精确方程 用求根公式 如果要求误差不大于2 5 则可采用近似求法 南京医科大学药学院许贯虹 42 平衡时 cB H H H 当Ka c 20KW时 可忽略水的解离 近似式 南京医科大学药学院许贯虹 43 cKa 20Kw 且c Ka 500 近似式 最简式 南京医科大学药学院许贯虹 一元弱碱溶液 44 当Kb c 20KW 且c Kb 500时 当Kb c 20KW时 可忽略水的解离 近似式 最简式 南京医科大学药学院许贯虹 例题 45 计算0 1mol L 1HAc溶液的 H Ka 1 76 10 5 cKa 20Kw c Ka 500 H 1 32 10 3mol L 1 2 计算0 1mol L 1NH4Cl溶液的 H Kb 1 79 10 5 H 7 48 10 6mol L 1 cKa 20Kw c Ka 500 南京医科大学药学院许贯虹 酸碱水溶液中相关离子浓度的计算 46 2 一元弱酸 碱 溶液 3 多元酸碱的电离平衡 4 两性物质 1 强酸和强碱以及强 弱酸 碱 混合溶液 南京医科大学药学院许贯虹 47 多元弱酸 碱 在水溶液中的电离反应是分步进行的 HS H S2 H2S H HS cKa1 20Kw 可忽略水的质子自递平衡 由于一级解离平衡生成的H3O 对二级 三级电离平衡起抑制作用 使第二 第三步电离度降低 当Ka1 Ka2 100 当作一元弱酸处理 南京医科大学药学院许贯虹 例题 计算0 10mol L 1H2S溶液的 H HS 和 S2 48 cKa1 20Kw c Ka1 500 H 9 54 10 5mol L 1 cKa1 20Kw 可忽略水的质子自递平衡 Ka1 Ka2 100 当作一元弱酸处理 HS H 9 54 10 5mol L 1 HS H S2 H2S H HS 解 南京医科大学药学院许贯虹 结论 49 多元弱酸Ka1 Ka2 Ka3 Ka1 Ka2 100 当作一元弱酸处理 多元弱酸第二步质子传递平衡所得的共轭碱的浓度近似等于Ka2 与酸的浓度关系不大 该结论同样适用于多元弱碱 南京医科大学药学院许贯虹 例题 50 计算0 10mol L 1H3PO4溶液中各离子的浓度 Ka1 7 52 10 3 Ka2 6 23 10 8 Ka3 2 2 10 13 解 Ka1 Ka2 100 Ka1 c H3PO4 20Kw c Ka1 14 5 500 H2PO4 H HPO42 Ka2 OH KW H 南京医科大学药学院许贯虹 例题 51 计算0 10mol L 1Na2CO3溶液的pH Ka1 4 30 10 7 Ka2 5 61 10 11 Kb1 Kw Ka2 1 78 10 4 Kb2 Kw Ka1 2 33 10 8 解 cKb1 20Kw pH 14 pOH 11 63 南京医科大学药学院许贯虹 酸碱水溶液中相关离子浓度的计算 52 2 一元弱酸 碱 溶液 3 多元酸碱的电离平衡 4 两性物质 1 强酸和强碱以及强 弱酸 碱 混合溶液 南京医科大学药学院许贯虹 4 两性物质 53 1 阳离子酸和阴离子碱组成的两性物质 2 两性阴离子 3 氨基酸型两性物质 两性物质溶液中的酸碱平衡相当复杂 只要求掌握近似计算结论 南京医科大学药学院许贯虹 54 以两性阴离子HA 为例 作为酸 作为碱 设HA 浓度为c 质子转移反应发生在HA 和H2O之间 选择HA 和H2O为质子传递的参考标准 得到质子的产物是H2A和H3O 失去质子的产物是A2 和OH 从参考标准出发 根据碱得到的质子数必等于酸失去的质子数的原则 应有 南京医科大学药学院许贯虹 55 根据二元弱酸的电离平衡公式 代入 2 得 一般情况下 HA 的酸式电离和碱式电离的倾向都很小 因此可认为 HA c 代入 3 计算酸式盐溶液 H 的精确式 南京医科大学药学院许贯虹 56 cKa 20Kw 水的质子自递平衡可忽略c 20Ka1 Ka1 c c H 近似计算公式 南京医科大学药学院许贯虹 两性物质溶液 H 近似计算公式 57 两性物质溶液的pH值与溶液的起始浓度几乎无关 Ka是作为酸时 其本身的酸常数Ka 是作为碱时 其共轭酸的酸常数 南京医科大学药学院许贯虹 例题 58 分别计算0 10mol L 1NaH2PO4溶液及Na2HPO4溶液的pH值 已知H3PO4的pKa1 2 16 pKa2 7 21 pKa3 12 32 南京医科大学药学院许贯虹 例题 59 计算0 10mol L 1NH4Ac溶液的pH值 已知Kb NH3 为1 79 10 5 Ka HAc 为1 76 10