大学无机化学第5章 酸碱平衡大连理工版课件

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,1,PPT学习交流,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,2,PPT学习交流,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,3,PPT学习交流,酸H+碱,4,PPT学习交流,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,5,PPT学习交流,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),6,PPT学习交流,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+NH3,7,PPT学习交流,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：,8,PPT学习交流,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,9,PPT学习交流,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：,HIHClO4HClH2SO4HNO3,10,PPT学习交流,酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。,11,PPT学习交流,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,12,PPT学习交流,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)=1.010-7molL-1,100纯水：,=1.010-14,=5.4310-13,T，,13,PPT学习交流,5.2.2溶液的pH值,14,PPT学习交流,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,15,PPT学习交流,1.一元弱酸的解离平衡,初始浓度/molL-10.1000,平衡浓度/molL-10.10xxx,x=1.3103,5.3.1一元弱酸、弱碱的解离平衡,HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq),16,PPT学习交流,解离度(a),c(H3O+)=c(Ac)=1.3103molL-1,c(HAc)=(0.10-1.3103)molL-10.10molL-1,c(OH)=7.71012molL-1,=c(H3O+)c(OH),17,PPT学习交流,与的关系：,HA(aq)H+(aq)+A(aq),平衡浓度cccc,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。,18,PPT学习交流,c00.20000,2.一元弱碱的解离平衡：,例：已知25时，0.200molL-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(10.95%)0.2000.95%0.2000.95%,19,PPT学习交流,一元弱酸（碱）溶液的简化公式,（1）水本身的电离可忽略（2）HA的电离度5%，或其中，c为HA的起始浓度；为平衡常数。一元弱酸（碱）溶液的c(H3O+)、的简化公式：,20,PPT学习交流,B-(aq)+H2OOH-(aq)+HB(aq),平衡浓度cccc,初始浓度c00,对于一元弱碱B-：,21,PPT学习交流,5.3.2多元弱酸的解离平衡,22,PPT学习交流,例题：计算0.010molL-1H2CO3溶液中的H3O+,H2CO3,，和OH的浓度以及溶液的pH值。,23,PPT学习交流,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。,24,PPT学习交流,25,PPT学习交流,1.强酸弱碱盐（离子酸）,(1)+(2)=(3)则,5.3.3盐溶液的酸碱平衡,26,PPT学习交流,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：,27,PPT学习交流,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。,28,PPT学习交流,例题：计算0.10molL-1Na3PO4溶液的pH值。,ceq/(molL-1)0.10xxx,解：,29,PPT学习交流,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。,根据较为复杂的推导，酸式盐的PH近似公式为：,30,PPT学习交流,4.弱酸弱碱盐,31,PPT学习交流,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。,32,PPT学习交流,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,33,PPT学习交流,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,34,PPT学习交流,例：在0.10molL-1的HAc溶液中，加入NH4Ac(s)，使NH4Ac的浓度为0.10molL-1，计算该溶液的pH值和HAc的解离度。,x=1.810-5c(H+)=1.810-5molL-1,0.10x0.10,0.10molL-1HAc溶液：pH=2.89，=1.3%,解：HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq),ceq/(molL-1)0.10xx0.10+x,c0/(molL-1)0.1000.10,pH=4.74，=0.018%,35,PPT学习交流,50mLHAcNaAcc(HAc)=c(NaAc)=0.10molL-1pH=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)1molL-1HCl,加入1滴(0.05ml)1molL-1NaOH,实验：,50ml纯水pH=7pH=3pH=11,pH=4.73pH=4.75,5.4.2缓冲溶液,36,PPT学习交流,缓冲作用原理,加入少量强碱：,37,PPT学习交流,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。,38,PPT学习交流,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HAcNaAc，H2CO3NaHCO3,39,PPT学习交流,2.弱碱弱碱盐,NH3H2ONH4Cl,40,PPT学习交流,3.由多元弱酸酸式盐组成的缓冲溶液,例1：,如NaHCO3Na2CO3,NaH2PO4Na2HPO4,41,PPT学习交流,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，,42,PPT学习交流,例题：求300mL0.50molL-1H3PO4和500mL0.50molL-1NaOH的混合溶液的pH值。,解：先反应再计算,43,PPT学习交流,例题：若在50.00ml0.150molL-1NH3(aq)和0.200molL-1NH4Cl组成的缓冲溶液中，加入0.100ml1.00molL-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,44,PPT学习交流,加入HCl后：,加HCl前浓度/(molL-1),0.150-0.0020-x0.200+0.0020+xx,0.1500.200,加HCl后初始浓度/(molL-1),0.150-0.00200.200+0.0020,平衡浓度/(molL-1),45,PPT学习交流,*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；,46,PPT学习交流,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,47,PPT学习交流,变色范围酸色中间色碱色甲基橙3.14.4红橙黄酚酞8.010.0无色粉红红甲基红4.46.2红橙黄,5.5酸碱指示剂,48,PPT学习交流,酸碱指示剂的变色范围,讨论：Ka0（HIn)一定，c(H3O+)决定比值大小，影响溶液颜色,HInH+In-,酸式体,碱式体,49,PPT学习交流,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,50,PPT学习交流,lewis酸：凡是可以接受电子对的分子、离子或原子，如Fe3+,Fe2+,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,51,PPT学习交流,52,PPT学习交流,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。,53,PPT学习交流,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）,54,PPT学习交流,乙二胺四乙酸根EDTA（Y4）,乙二酸根（草酸根）,55,PPT学习交流,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：,56,PPT学习交流,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。,57,PPT学习交流,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,K3Fe(CN)6,外层,内层,58,PPT学习交流,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。,59,PPT学习交流,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,60,PPT学习交流,配体次序：先离子后分子，例如：KPtCl3NH3：三氯氨合铂()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)5H2OCl3：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：KPtCl3(C2H4)：三氯乙烯合铂()酸钾。,61,PPT学习交流,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()