基础化学第三章(电解质溶液)ppt课件

体液 血浆 胃液 泪水 尿液 含有许多电解质离子 如Na K Ca2 Mg2 Cl HCO3 CO32 HPO42 H2PO4 SO42 等 它们维持体液渗透浓度 pH值 体液中的电解质溶液是其他生理功能的必需成分 并对神经 肌肉等组织的生理 生化功能起着重要的作用 第三章电解质溶液 Electrolyticsolution 细胞内 外液主要电解质离子含量 体液的电解质成分 Cl Na Na Cl K HPO4 血浆 细胞间液 细胞内液 K CaMg K CaMg HCO3HPO4 HCO3HPO4 HCO3 SO4 SO4 SO4 Pr Pr 有机酸 有机酸 Na Ca Mg 在细胞外液中 血浆 组织间液中的电解质种类一致 含量极为接近 蛋白质含量有明显差别 细胞内液 阳离子 K 最主要 阴离子 有机磷酸和蛋白质负离子为主 细胞外液 阳离子 Na 为主阴离子 Cl 和HCO3 为主 各种体液的电解质离子含量 mmol L 钠的生理作用 Na 是细胞外液 ECF 中含量最多的阳离子 主要作用是维持ECF的渗透浓度 容积 在神经肌肉和心肌的应激性中起重要作用 钠的代谢 来源 食物在空肠被吸收 摄入多余的NaCl主要通过肾脏从尿液排出 钠代谢主要通过肾脏调节 消化液中含钠量较高 腹泻 呕吐或胃肠引流时可从胃肠道丢失大量的钠 出汗失钠 Na 钾的生理作用 1 细胞代谢 钾为糖代谢过程中某些酶的激动剂 2 神经肌肉兴奋性和传导性 3 是细胞内液的主要渗透物质 并参与酸碱平衡 钾的代谢 来源 食物 婴儿每天需2 0 3 0mmol kg 成人只需1 0 1 5mmol kg 饥饿者进食后 由于细胞代谢的需要 钾的需求增多 其中90 以上由尿排出 其余大部分由粪便排出 K 解离度 达到平衡时 已解离的分子数与原有分子总数之比 符号 已解离的分子数原有分子总数 100 与本性 温度 浓度有关 第一节强电解质溶液 一 强电解质在溶液中的解离 电解质 非电解质 100 不解离 弱电解质 部分解离0 1mol L 1HAc 1 32 强电解质 全部解离 理论 0 1mol L 1NaCl 100 0 1mol L 1NaCl 理论 100 解离 实验测得 87 解离 1 强电解质在水溶液中是完全离解的 2 正负离子有相互作用 离子氛 离子缔合 离子不能全部自由移动 看上去似乎不是完全电离的 二 Debye Huckel的离子相互作用理论 离子氛作用 离子自由运动能力下降 离子的有效浓度减低 判断 由于离子氛的影响 0 1mol L 1NaCl解离了87 三 离子的活度和离子强度 1 离子活度离子的有效浓度 a a c 活度因子a 离子活度 有效浓度 c 离子真实浓度 理论浓度 活度因子 反映了溶液中离子之间作用力的大小 活度因子越小 作用力越大 离子浓度越大 越小离子的电荷越大 越小 2 离子强度I反映离子间作用力的强弱 I越大 作用力也越大 活度因子 越小 2 一般来说 a c 1 但在下列情况认为 1 a c 强电解质稀溶液 弱电解质溶液和中性分子 注 1 对于溶液中的水以及纯液态 固态的物质 如AgCl等 认为a 1 第二节酸碱理论 ArrheniusSA的 电离论 酸 在水溶液中离解出的正离子全部为H 碱 在水溶液中离解出的负离子全部是OH 1 NH3的碱性2 非水溶液中的酸碱反应 不能解释 反应实质 H OH H2O Br nstedJN和LowryTM的 质子论 酸 凡能给出H 碱 凡能接受H LewisGN的 电子论 酸 凡能接受电子对碱 凡能给出电子对 一 酸碱质子理论 酸 能给出质子的物质碱 能接受质子的物质 HAc NH4 OH NH3 Ac 两性物质 既能给出质子又能接受质子的物质 中性物质 既不能给出质子又不能接受质子的物质 H2PO4 HPO4 HCO3 Na K 没有盐的概念 NH4ClNH4 离子酸Cl 中性 酸 NaAcAc 离子碱Na 中性 碱 NH4AcNH4 离子酸Ac 离子碱 两性物质 NaClNa Cl 中性物质 中性物质 共轭关系 1 有酸必有碱 有碱必有酸 2 共轭酸碱对只能相差一个质子 H2CO3的共轭碱是HCO3 不是CO32 酸 质子 碱 HB H B 3 酸强碱必弱 碱强酸必弱 酸的强度用Ka表示 碱的强度用Kb表示 且Ka Kb Kw 10 14 例如 HCl HAcCl Ac 练习 共轭酸物质共轭碱HCO3 HPO42 H2PO4 PO43 H3PO4 H2CO3H2PO4 H3PO4HPO42 CO32 PO43 HPO42 H2PO4 二 酸碱反应的实质 交换质子的过程 HB1 B2 B1 HB2酸1碱2碱1酸2 中和反应 H3O OH H2O H2O H 解离反应 H2O NH3 OH NH4 H 水解反应 H2O Ac OH HAc H 三 溶剂的拉平效应和区分效应 HA H2O H3O A 在水中 HCl HBr都是强酸在冰醋酸中 HCl HBr都是弱酸 但HCl比HBr酸性弱 区分效应 在水中 HF HAc都是弱酸 但HF比HAc酸性强 区分效应 在液氨中 HF HAc都是强酸 拉平效应 水的离子积常数 K H2O 2 Kw H3O OH 1 008 10 14 H2O H2O H3O OH 四 水的质子自递平衡 一 水的质子自递平衡和水的离子积 ionproductofwater K H3O OH H2O H2O 注意 1 此过程吸热 25oC Kw 10 14 T升高 Kw增大 但随温度变化不大 常温 Kw 10 142 H OH 10 14 在稀酸 稀碱溶液近似认为是10 14 例如 CHCl 0 010mol L H 1 0 10 2mol L OH 10 14 H 10 14 1 0 10 2 1 0 10 12 酸性溶液 H 1 0 10 7mol L 1 OH 碱性溶液 H 1 0 10 7mol L 1 OH 中性溶液 H OH 1 0 10 7mol L 1 pOH lg OH pH lg H pH pOH lg H OH lg10 14 14 00 pH值越大 H 越小 OH 越大 溶液碱性愈强pH值越小 H 越大 OH 越小 溶液酸性愈强 二 水溶液的pH 例如 把pH 2与pH 4的强酸液等体积混合 溶液pH 10 2 10 4 2 10 2 2 5 10 3pH 2 30 当 H 或 OH 大于1mol L时 可直接用H OH 浓度来表示 一 弱酸和弱碱的解离平衡及其平衡常数一元酸 碱 Ka 酸质子转移平衡常数Kb 碱质子转移平衡常数 第三节弱酸和弱碱溶液的解离平衡 Ka越大 酸越强Ka越小 酸越弱 Ka H Ac HAc 酸 HAc H Ac 酸标准解离常数 酸acid Kb越大 碱越强Kb越小 碱越弱 Kb NH4 OH NH3 碱标准解离常数 碱 NH3 H2O NH4 OH 碱base HB H2O H3O B B H2O HB OH Ka H3O B HB Kb HB OH B KaKb H3O B HB HB OH B 二 共轭酸碱解离常数的关系 KaKb KW pKa pKb pKW 例题 已知NH3的Kb 1 79 10 5 求NH4 的Ka 解 Ka KWKb 10 141 79 10 5 5 60 10 10 讨论 1 Ka大 则其共轭碱的Kb小 说明 一个酸越强 其共轭碱的碱性越弱2 可以计算离子碱 离子酸的Kb及Ka 补充题 已知HAc的pKa 4 75计算Ac 的pKb及Kb 解 pKb pKw pKa 14 00 4 75 9 25 Kb 10 9 25 5 6 10 10 二元酸H2CO3 三元酸H3PO4 多元碱PO43 1 浓度对酸碱平衡的影响 三 酸碱平衡的移动 同一电解质平衡常数K不变 K C1 12 C2 22 酸溶液 浓度C变小 变大 H 或 OH 变小 碱溶液 结论 稀释效应使 H 浓度降低 0 1mol L 1HAc H 1 33 10 3mol L 1 0 1mol L 1HAc被稀释一倍 H 0 94 10 3mol L 1 H Kac 练习 1 某一弱酸用水稀释 下列说法正确的是 A电离度不变B电离常数不变C H D均正确2 0 1mol L的HAc溶液稀释1倍 H 降低一半3 将pH 3 0的弱酸稀释10倍后 pH Ka 1 0 10 6 将pH 9 8的NH3 H2O稀释10倍后 pH 答案 1 B 2 3 pH 3 5pH 9 3 平衡时 HAc H2O H3O Ac NaAc Na Ac Ac H c NaAc c NaAc HAc c HAc H c HAc 2 同离子效应 commonioneffect 同离子效应 在弱电解质中加入一种强电解质 强电解质含有与弱电解质相同的离子 使弱电解质解离度减小 Ka H Ac HAc H c NaAc c HAc H Ka c HAc c NaAc pH pKa lg c NaAc c HAc H Ka c HAc c NaAc Ka 0 10 1 Ka 1 76 10 5 例 0 10mol L 1HAc溶液中加入固体NaAc 使NaAc浓度为0 10mol L 1 0 018 结论 同离子效应使 H 大大地降低 0 1mol L 1HAc 0 1mol L 1HAc 0 1mol L 1NaAc H 1 76 10 5mol L 1 0 018 1 33 10 3mol L 1 1 33 H Kac 1 76 10 5 0 1 3 盐效应 salteffect 在弱电解质中加入一种强电解质 强电解质没有与弱电解质相同的离子 使弱电解质解离度增加 结论 盐效应使 H 浓度小小地升高 0 1mol L 1HAc H 1 33 10 3mol L 1 0 1mol L 1HAc 0 1mol L 1NaCl H 1 82 10 3mol L 1 第四节酸碱溶液pH的计算 溶液酸度的计算 溶液中H 浓度 一 一元弱酸或弱减溶液 HB H B 平衡时 H B HB c H c Ka H B HB H 2c H Kac 一 一元弱酸溶液 c Ka 500水的解离不考虑 求1 0mol L 1HAc溶液的pH值 H Kac HAc的Ka 1 76 10 5 1 76 10 5 1 0 pH 2 38 4 20 10 3mol L 1 二 一元弱碱溶液 OH Kbc 求0 2mol L 1NaAc溶液的pH值 HAc的Ka 1 76 10 5 KaKb KW Ac 的Kb 5 68 10 10 OH 5 68 10 10 0 20 pOH 4 97pH 9 03 1 1 10 5mol L 1 二 多元酸碱溶液 H3PO4 三元弱酸 三步解离 有三个Ka H3PO4 H2PO4 H H2PO4 HPO42 H HPO42 PO43 H Ka1 7 52 10 3 Ka2 6 23 10 8 Ka3 2 2 10 13 Ka1 Ka2 Ka3 H3PO4 H2PO4 H H2PO4 HPO42 H HPO42 PO43 H Ka1Ka2 102 第二步 第三步解离可忽略 只要计算由第一步解离产生的氢离子 0 1mol L 1H3PO4 H Ka1c 7 52 10 3 0 10 0 027mol L 1 pH 1 57 P38 例3 6 多元弱碱 0 1mol L 1PO43 Kb1Kb2 102 OH Kb1c P38 例3 7 三 两性物质溶液 H Ka1Ka2 pH pKa1 pKa2 12 0 1mol L 1NaHCO3 H 4 3 10 7 5 6 10 11 4 9 10 9mol L 1pH 8 3 H2CO3 HCO3 HCO3 CO32 NH4 NH3 HAc Ac Ka NH4 Ka Ac 0 1mol L 1NH4Ac H Ka NH4 Ka Ac 12 pH pKa NH4 pKa Ac P39 例3 8 0 1mol L 1甘氨酸 NH3 CH2 COO NH2 CH2 COOH NH3 CH2 COO NH2 CH2 COO H Ka 1 56 10 10NH3 CH2 COO H2O NH3 CH2 COOH OH Kb 2 24 10 12 Ka 1 0 10 14 2 24 10 12 4 46 10 3 H KaKa 第五节难溶强电解质的沉淀溶解平衡 一 溶度积和溶度积规则 solubilityproductconstant 一 溶度积 溶度积常数 简称溶度积 溶度积 在一定温度下 难溶电解质饱和溶液中各离子浓度幂之乘积 注意 1溶度积与温度大小有关 2饱和溶液中离子浓度幂之乘积 只有在饱和溶液 才达平衡 离子浓度幂的乘积才为常数 不饱和溶液中 离子浓度幂之乘积有无数个 不能称为溶度积 表示溶解程度的两个物理量 溶解度和溶度积的关系 S为溶解度 单位mol L 如1 1型AgClBaSO4 表示溶解程度的两个物理量 溶解度和溶度积的关系 S为溶解度 单位mol L 1 2型或2 1型Mg OH 2Ag2CO3 1 3型Ag3PO4 对同一类型电解质 Ksp小 溶解度小例AgClKsp 1 77 10 10AgBrKsp 5 35 10 13AgIKsp 8 51 10 17BaSO4Ksp 1 07 10 10SAgI SAgBr SBaSO4 SAgCl 如果不是同种类型 就不能直接比较 通过计算才能比较例AgClKsp 1 77 10 10Ag2CrO4Ksp 1 12 10 12S AgCl S Ag2CrO4 二 溶度积规则判断溶液生成沉淀还是沉淀溶解 是将此时离子浓度幂乘积与溶度积作比较 溶度积规则IP kSP沉淀溶解 溶液不饱和IP kSP饱和溶液IP kSP生成沉淀 溶液过饱和 一 沉淀生成条件 IP kSP 例1在1 0mol LCaCl2溶液中通入CO2气体 有无CaCO3沉淀 二 沉淀溶解平衡的移动 二 影响难溶电解质溶解度的因素1 同离子效应因加入含有相同离子的强电解质而使难溶电解质的溶解度降低的效应 例题 已知Ag2CrO4溶度积为1 12 10 12 其溶解度S 若在0 1mol LAgNO3溶液中 Ag2CrO4的溶解度S 总结 对于同一类型的难溶电解质 可直接通过比较KSP的大小来确定沉淀的先后顺序 KSP大的 后沉淀下来 KSP小的 先沉淀下来 对于不同类型的难溶电解质 则要通过计算 2 盐效应加入强电解质增大了离子强度而使沉淀溶解度略微增大的效应 练习 1 将MA3型微溶电解质溶于水 其溶解度S及KSP关系 2 将MA3型微溶电解质溶于0 1mol LM3 溶液中 其溶解度S及KSP关系 3 将MA3型微溶电解质溶于含0 1mol LA 溶液中 其溶解度S及KSP关系 4 CaCO3在下列试剂中溶解度最大的是 纯水B 0 1mol LNaHCO3C 0 1mol LNa2CO3D 0 1mol LKCl 三 沉淀的溶解 Mg OH 2 s Mg2 2OH 加入HCl OH H H2O加入NH4Cl溶液 OH NH4 NH3 H2O 三 沉淀的溶解 加入HCl CO32 H HCO3 H HCO3 CO2 H2O CaCO3 s Ca2 CO32 三 沉淀溶解平衡实例 一 骨骼的形成与龋齿的产生骨的化学成分 主要是有机质和无机质 有机质 胶原纤维和糖蛋白 赋予骨弹性和韧性无机质 骨盐 使骨坚硬 主要成分 碱性 磷酸钙84 碳酸钙10 柠檬酸钙2 磷酸镁1 磷酸氢二钠2 钙是构成骨盐的主要元素 其含量变化对骨的硬度影响重大 幼儿骨 有机质 无机质各占一半 骨骼柔软 易变形 不易骨折 成年人骨 有机质与无机质之比为3 7 既柔韧又坚硬 最为合适 老年人骨 无机质变多 有机质变少 较脆 易发生骨折 锻炼可以促进骨的发育和改建 长期不活动会导致骨质疏松 人体在体温37 pH为7 4的生理条件下 体液中钙和磷在骨的有机质中 形成胶体磷酸钙 析出无定形磷酸钙 磷酸八钙 沉积为最稳定的羟基磷灰石 生物磷灰石 钙化作用亦称为骨的矿化 羟基磷灰石 Ca10 OH 2 PO4 6羟基磷灰石的形成涉及沉淀的生成与沉淀的转化原理 是生物体骨骼的重要组成成分 骨钙与血钙的平衡 骨钙 99 血钙 1 神经传导 肌肉收缩 血液凝固 心脏跳动 激素作用等 血钙浓度由骨钙调节老年人的钙流失引起骨质疏松骨钙流失较难补充 钙代谢的体内调节钙代谢的最终目的是使血钙和骨钙保持动态平衡 吃进体内的钙量天天改变 而血钙的浓度却能保持恒定 钙在体内有一个很好的调节机制 1 肾脏参与调节血钙浓度的稳定 当胃肠道吸收大量的钙时 血钙浓度可暂时升高 这时肾排泄钙的能力增强 对钙的吸收减弱 尿钙明显增加 血钙浓度下降 当达到正常水平时 肾的排泄能力也恢复正常 故血钙可保持在一定的范围 2 胃肠参与调节血钙的稳定 胃肠能调节钙的吸收与排泄 血钙下降时 胃肠对钙的吸收增强 而血钙上升时 胃肠对钙的吸收减弱 牙釉质主要成分 Ca10 OH 2 PO4 6 很坚硬 龋齿的产生 食物腐烂产生的有机酸使牙釉质中的羟基磷灰石开始溶解 Ca10 OH 2 PO4 6 s 8H 10Ca2 6HPO42 2H2O含氟牙膏 Na2PO3F NaFCa10 OH 2 PO4 6 s 2F Ca10F2 PO4 6 s 2OH 含氟牙膏儿童慎用 摄取氟过多会造成氟中毒 表现为氟斑牙 心和肾损害 肌肉纤维和肝细胞变性及关节疼痛和骨骼变形的氟骨症 龋齿与含氟牙膏 P48Ca10 OH 2 PO4 6 s Ksp 6 8 10 37 Ca10F2 PO4 6 s Ksp 1 0 10 60 Ca10 OH 2 PO4 6 s 10Ca2 2OH 6PO43 Ca10F2 PO4 6 s 10Ca2 2F 6PO43 Ca10 OH 2 PO4 6 s 2F Ca10F2 PO4 6 s 2OH 龋齿与含氟牙膏 OH 2 F 2 K Ksp Ca10 OH 2 PO4 6 Ca2 10 PO43 6 Ca2 10 PO43 6Ksp Ca10F2 PO4 6 6 8 10 371 0 10 60 6 8 1023 胆结石 肾结石 草酸钙 羟基磷灰石 结石 膀胱结石 草酸钙 尿酸 尿酸胺 鸟粪石 尿结石 草酸钙 鸟粪石 泌尿系统结石 二 尿结石的形成 结石的类型 胆固醇型色素型 胆红素钙络合物 形成原因 主要是人的肝脏和代谢功能发生障碍 使一些胆固醇产生沉淀 预防 低糖 低脂 低胆固醇和高纤维的飲食 加上规律的运动 肾结石 草酸钙 羟基磷灰石 结石 膀胱结石 草酸钙 尿酸 尿酸胺 鸟粪石 尿结石 草酸钙 鸟粪石 泌尿系统结石 二 尿结石的形成 结石的类型 泌尿系结石以含钙结石为主 占70 80 正常时 钙盐呈溶解状态 过量时 IP Ksp 沉淀下来形成结石 过量的原因 摄食大量的动物蛋白 脂肪和糖在体内生成较多的草酸和尿酸 并对肠道吸收钙起促进作用 人体内尿的形成 1 原始的尿 进入肾脏的血通过肾小球过滤掉蛋白质 细胞等大分子和 有形物