常用酸碱溶液的质子条件式

.,1,常用酸碱溶液的质子条件式,.,2,.,3,1.一元弱酸(HA)的H+的计算,质子条件式:H+=A-+OH-,若将代入精确表达式展开得一元三次方程H+3+KaH+2-(Kaca+Kw)H+-KaKw=0,代入平衡关系式精确表达式：,.,4,若:Kac20Kw(10-12.7),忽略Kw(即忽略水的酸性)HA=ca-A-=ca-(H+-OH-)ca-H+得近似式:展开:H+2+KaH+-caKa=0,若20KwKa/c=10-1.26/0.20=10-0.562.510-3故应用近似式:解一元二次方程:H+=10-1.09,则pH=1.09,如不考虑酸的离解(用最简式:pH=0.98),则Er=29%,.,8,2.一元弱碱(A-)溶液的OH-计算,质子条件:H+HA=OH-引入平衡关系:OH-=精确表达式:若:Kbcb20Kw(10-12.7),忽略Kw(水的碱性)近似式:若Ka2,HA-c(HA)(若pKa3.2,则5%)又:Ka2c(HA-)20Kw,得近似式:,精确表达式:,.,13,近似式:,如果c(HA-)/Ka120,则“1”可略,得最简式:,(若c/Ka120,Ka2c20Kw,即使Ka1与Ka2相近,也可使用最简式计算),.,14,.,15,.,16,例3计算0.050molL-1NaHCO3溶液的pH.,解:pKa1=6.38,pKa2=10.25pKa=3.873.2,HA-c(HA-)Ka2c=10-10.250.050=10-11.5520Kwc/Ka1=0.050/10-6.38=105.0820故可用最简式:H+=10-8.32molL-1pH=8.32,.,17,例4计算0.033molL-1Na2HPO4溶液的pH.,pKa1pKa3:2.16,7.21,12.32解:Ka3c=10-12.320.033=10-13.80Kwc/Ka2=0.033/10-7.21=105.7320故:,(若用最简式,pH=9.77,Er=22%),pH=9.66,.,18,氨基乙酸(甘氨酸)NH2CH2COOHNH3+CH2COOHNH3+CH2COO-NH2CH2COO-pKa1=2.35pKa2=9.78H2A+H+A-A-氨基乙酸氨基乙酸氨基乙酸阳离子双极离子阴离子等电点时:H2A+=A-,-H+,-H+,+H+,+H+,甘氨酸溶液的pH与其等电点时的pH(即pI)是否相等?,.,19,.,20,蛋白质基本结构单位氨基酸,.,21,氨基酸,.,22,蛋白质的等电点(pI),.,23,4.弱碱(A-)+弱酸(HB)溶液的pH(Ka(HA)Ka(HB),质子条件:H+HA=B-+OH-精确表达式:近似式:最简式:若c(HB)=c(A-),(与两性物相同),.,24,例5计算0.10molL-1Ac-+0.20molL-1H3BO3溶液的pH.,解：Ka(HAc)=10-4.76,Ka(H3BO3)=10-9.24,pH=6.85,.,25,.,26,.,27,5.多元弱酸(碱)溶液的pH计算,以二元酸(H2A)为例质子条件:H+=HA-+2A2-+OH-精确式：若/H+0.05,则该项可略.近似式：以下与一元酸的计算方法相同.大部分多元酸均可按一元酸处理,忽略第二步及以后各步的离解.,.,28,.,29,6.强酸(HCl)、强碱(NaOH)溶液的pH计算,强酸(HCl)质子条件:H+=c(HCl)+OH-一般情况:H+=c(HCl),强碱(NaOH)质子条件:H+c(NaOH)=OH-一般情况:OH-=c(NaOH),c(NaOH)10-6molL-1则可以忽略水的碱性.,.,30,.,31,7.强碱(NaOH)+弱碱(A-)的pH计算质子条件:H+HA+c(NaOH)=OH-近似式:忽略弱碱的离解:最简式：OH-c(NaOH),.,32,例6计算20.00ml0.1000molL-1HA(pKa=7.00)+20.04ml0.1000molL-1NaOH的pH.,解方程得,解：,先按简化式，,弱碱A解离的OH不能忽略，,.,33,.,34,.,35,.,36,.,37,.,38,.,39,.,40,.,41,.,42,.,43,8.强酸(HCl)+弱酸(HA)的pH计算:质子条件:H+=c(HCl)+A-+OH-近似式:忽略弱酸的离解:最简式：H+c(HCl),H2SO4为何体系？,.,44,计算方法：(1)先按最简式计算OH-或H+.(2)再计算HA或A-,看其是否可以忽略.如果不能忽略,再按近似式计算.,.,45,9.两弱酸(HA+HB)溶液,H+=,两弱碱溶液类似处理.,.,46,以HA、A-、H2O为零水准H+HAA=OH-+A-HAca=HAHA+A-HA即A-HA=ca-HAHA，代入上式ca=HAA+HAHA+H+-OH-=HA+H+-OH-可得HA=caH+OH-,10.共轭酸碱体系(HA+A-)的pH计算,.,47,类似地，将cb=A-A+HAA代入质子条件式，可得A-=cb+H+-OH-代入平衡关系,得精确式：,.,48,酸性,略去OH-(近似式)碱性,略去H+:(近似式)若：caOH-H+，cbH+-OH-则得最简式：,计算方法:(1)先按最简式计算H+.(2)再将OH-或H+与ca、cb比较,看忽略是否合理.,.,49,例7计算以下溶液的pH(a)0.040molL-1HAc0.060molL-1NaAc解(a)先按最简式:caH+,cbH+结果合理,pH=4.94,.,50,(b)0.080molL-1二氯乙酸0.12molL-1二氯乙酸钠解(b)先用最简式,应用近似式:解一元二次方程：H+=10-1.65molL-1,pH=1.65,.,51,例8在20.00mL0.1000molL-1HA(Ka=10-7.00)溶液中,加入0.1000molL-1NaOH溶液19.96mL,计算pH.,解:ca=10-4.00molL-1cb=10-1.30molL-1先按最简式,OH-=10-4.30molL-1应用近似式:解一元二次方程:OH-=10-4.44molL-1pH=9.56,.,52,酸碱溶液H+计算小结,一.一元弱酸(碱):HA(A-)多元弱酸(碱):HnA(An-)二.两性物质:HA-类两性物质:A-+HB三.混合酸碱:强+弱、弱+弱四.共轭酸碱:HA+A-,判断条件,确定用近似式或最简式.,先用最简式计算,再看是否合理.,.,53,复杂酸碱体系溶液中酸碱形态的计算,例910mL0.20molL-1HCl溶液,与10mL0.50molL-1HCOONa和2.010-4molL-1Na2C2O4溶液混和,计算溶液中的C2O42-.已知:pKa(HCOOH)=3.77;H2C2O4的为1.25,4.29,.,54,解(方法一)混和后发生了酸碱中和反应,可忽略Na2C2O4消耗的H+.c(HCOOH)=0.10molL-1,c(HCOO-)=0.15molL-1C2O42-=c(C2O42-)x(C2O42-)=3.210-5(molL-1),.,55,(方法二)混和后不考虑发生反应ZeroLevel:HCl，HCOO-，C2O42-，H2OPCE:H+HCOOH+HC2O4-+2H2C2O4=OH-+c(HCl)混和后,c(HCl)=0.10molL-1c(HCOO-)=0.25molL-1解得:H+=10-3.95molL-1C2O42-=3.210-5molL-1,.,56,3.4酸碱缓冲溶液,3.4.1缓冲容量,使1L溶液的pH增加dpH单位时所需强碱dbmol使1L溶液的pH减少dpH单位时所需强酸damol,或是,.,57,质子条件:,H+b=A-+OH-,HA-A-体系：HA(c)+OH-(b),根据和换算得:,.,58,强酸:H+=2.3H+=2.3c(HCl)(pH11)HAA-:HAA-=2.3cx1x0,1.c,c增大则增大2.H+=Ka，即pH=pKa时max=0.575c3.缓冲范围:pKa-1pHpKa+1,共轭体系缓冲容量的特点：,.,59,0.1molL-1HAc溶液的-pH曲线,.,60,.,61,3.4.2缓冲溶液的选择,1.有较大的缓冲能力:c较大(0.011molL-1);pHpKa,即ca:cb1:1,4.56,810,HAcNaAc:pKa=4.76(pH45.5)NH4ClNH3:pKb=4.75(pH)(CH2)6N4(CH2)6N4H+:pKb=8.87(pH),2.不干扰测定:例如EDTA滴定Pb2+时,不用HAc-Ac-控制pH.,.,62,3.4.3缓冲溶液的配制方法,1.按比例加入HA和A(NaAc+HAc,NH4Cl+NH3);2.溶液中H+大,加过量A-,溶液中OH-大,加过量HA;3.溶液中有HA,可加NaOH中和一部分,溶液中有A-,可加HCl中和一部分.,缓冲溶液浓度的计算方法有:缓冲容量法、缓冲溶液pH计算式法、及摩尔分数法.,.,63,配制缓冲溶液的计量方法,缓冲容量法:(引入酸碱均适用)1.根据引入的酸(碱)量求2.根据所需pH求总浓度c：=2.3cx0x13.按x0与x1的比值配成总浓度为c的缓冲溶液.,例10欲制备200mLpH=9.35的NH3-NH4Cl缓冲溶液，且使该溶液在加入1.0mmol的HCl或NaOH时，pH的改变不大于0.12单位，需用多少克NH4Cl和多少毫升1.0molL-1氨水？,.,64,解：,又,m(NH4Cl)=cx(NH4+)VM,V(NH3)=cx(NH3)V/c(NH3),.,65,缓冲溶液pH计算式法(确定引入酸或碱时):1.按所需pH求ca/cb:2.按引入的酸(碱)量ca(cb)及pH变化限度计算ca和cb:3.据ca、cb及所需溶液体积配制溶液.,.,66,摩尔分数法(确定引入酸或碱时)：1.分别计算pH0和pH1时的x(HA)、x(A)2.引入酸的量c(HCl)=x(HA)c总(引入碱的量c(NaOH)=x(A)c总)求出c总3.pH0时ca=c总x(HA)0cb=c