课件无机化学09 酸碱平衡.ppt

第9章酸碱平衡,Chapter9Acid-BaseEquilibrium,1.掌握酸碱质子理论；2.掌握一元弱酸、弱碱的电离平衡和近似计算；3.熟悉多元酸、多元碱、两性物质的电离平衡和近似计算；4.掌握同离子效应和盐效应的概念及对弱电解质电离平衡的影响；5.掌握缓冲溶液的概念、组成、配制原则及pH计算。,本章要求,本章教学内容,9-1酸碱质子理论7-2水的离子积和pH7-3酸碱盐溶液中的电离平衡7-4水溶液化学平衡的计算7-5缓冲溶液7-6酸碱指示剂,9-1酸碱质子理论,重要的酸碱理论：1.酸碱的电离理论阿仑尼乌斯酸碱理论；2.Brnsted-Lowry酸碱质子理论；3.路易斯酸碱理论(lewis)酸碱电子理论。,1.酸碱的定义酸：凡能给出质子的物质都是酸。碱：凡能接受质子的物质都是碱。酸和碱可以是分子或离子。如HCl、NH4+、HSO4-是酸；Cl-、NH3、HSO4-是碱。质子理论中不存在盐的概念，它们分别是离子酸或离子碱。如HCO3-、CO32-。,酸碱存在着对应的相互依存的关系；物质的酸性或碱性要通过给出质子或接受质子来体现。,酸H+碱HClH+Cl-,共轭关系,共轭酸,共轭碱,2.酸碱共轭关系,HAc的共轭碱是Ac-，Ac-的共轭酸HAc，HAc和Ac-为一对共轭酸碱，称为共轭酸碱对。,两性物质：既能给出质子，又能接受质子的物质。,HAcH+Ac-共轭酸共轭碱,酸H+碱,从共轭酸碱对可以看出：酸和碱可以是分子也可以是离子；有的离子在某个共轭酸碱对中是碱，但在另一个共轭酸碱对中却是酸，如HSO4-等；质子理论中没有盐的概念。,酸碱反应的实质是两个共轭酸碱对之间的质子传递。,3.酸碱反应,酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱；反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的酸和碱的方向进行。根据质子理论，许多反应都可以归结为酸碱质子传递反应。,酸碱解离反应是质子传递反应。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。,HF(aq)H+F(aq),H+H2O(l)H3O+(aq),HF(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+F-(aq),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),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。,酸(1),碱(2),酸(2),碱(1),NH4Cl水解：,酸(1),碱(2),酸(2),碱(1),Ac+H2OOH+HAc,NaAc水解：,+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：,酸碱质子理论扩大了酸碱的含义和酸碱反应的范围，摆脱了酸碱必须在水中发生的局限性，解决了一些非水溶剂或气体间的酸碱反应，并把水溶液中进行的离子反应系统地归纳为质子传递的酸碱反应。但是，酸碱质子理论只限于质子的放出和接受，所以必须含有氢，这就不能解释不含氢的一类的反应。,1.水的离子积：纯水有微弱的导电性，说明纯水有弱的解离：水的自偶电离：H2O+H2OH3O+OH可简写为：H2OH+OH,9-2水的离子积和pH,根据化学平衡定律有：,Kw水的离子积常数。,实验测得：T=298K(25C)时：,H+=OH-=1.010-7mol.L-1,=1.010-14,水的离子积常数与温度的关系,水的离子积随温度的升高而增大，但变化不大，在室温时取：,当溶液中的H+、OH很小时，为了方便的表示溶液的酸度，通常用pH表示溶液的酸碱性。,2.溶液的pH值,同一溶液：,水溶液的酸碱性：,由于水呈中性，且水中：H+=OH=1.0107molL1所以：H+=OH=1.0107molL1溶液呈中性，pH=7H+OH,H+1.0107molL1溶液呈酸性，pH7,9-3酸碱盐溶液中的电离平衡,9-3-1强电解质溶液9-3-2弱电解质溶液9-3-3拉平效应和区分效应,9-3-1强电解质溶液,强酸、强碱和所有的盐类在经典电离理论中称为强电解质，当它们进入水中，将完全电离，生成离子，如：HClH+(aq)+Cl-(aq)HNO3H+(aq)+NO3-(aq)NaOHNa+(aq)+OH-(aq)Na3PO43Na+(aq)+PO43-(aq)NH4ClNH4+(aq)+Cl-(aq),完全电离是经典电离理论的概念。应该指出的是，上述“完全电离”并不意味着这样酸碱盐电离产生的产物（正、负离子）不再与水有进一步作用的可能，氯化铵电离产生的NH4+，按酸碱质子理论，是一个质子酸（质子给予体），它可以与水发生质子传递反应而使溶液的pH1多元弱酸的电离是分级进行的。例：,H2SH+HS-,HS-H+S2-,总电离平衡：H2S2H+S2-,此式只表明平衡时H+S2-H2S三种浓度的关系，而不说明实际的电离过程。,问题：,在上述H2CO3、H2S的电离平衡表达式中，Ka1和Ka2中的H+相同吗？Ka1和Ka2的相对大小怎样？为什么？,多元弱酸溶液中H+的计算：,对于多元弱酸于通常：,溶液中的H+主要来自于弱酸的第一步电离，因此可以按一元弱酸进行近似处理，当c(酸)/Ka1500时：,溶液中的H+如何计算？,例：计算0.1molL-1的H2S水溶液(饱和水溶液)的H+、HS-、S2-及pOH。H2SH+HS-起始浓度0.100平衡浓度0.1-xxxc/Ka1500,0.1-x=0.1，x2/0.1=Ka1x=H+=HS-=1.0310-4molL1由二级平衡:HS-H+S2-平衡浓度:1.0310-4-y1.0310-4+yy,S2-=y=Ka2=1.2610-13H+OH-=KwOH-=9.710-11molL1pOH=10.01,注意：,H2S饱和水溶液即为H2S的浓度为0.lmol.L-1。,例:在0.3molL-1的盐酸溶液中通入H2S水溶液至饱和，求溶液中的HS-和S2-解：H2SH+HS-起始浓度0.10.30平衡浓度0.1-x0.3+xx,由二级平衡：HS-H+S2-平衡浓度：3.5710-8-y0.3+x+yyS2-=y=Ka2HS-/H+=1.2610-133.5710-8/0.3=1.510-20(molL1),或按偶联反应（多重平衡）：H2S2H+S2-,结论：,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。,对于二元弱酸，若c(弱酸)一定时，c(酸根离子)与c2(H+)成反比。,多元弱碱在水中解离也是分步进行的。如Na3PO4：,9-4-5多元弱碱,多元弱碱溶液中OH-的计算可以进行类似处理。,当c(碱)/Kb1500时：,例：试计算0.1molL-1Na2S溶液中，S2-、OH-以及S2-的电离度。,解：S2-在水溶液中的分步电离平衡S2-+H2OOH-+HS-HS-+H2OOH-+H2S由于Kb1Kb2，溶液OH-取决于第一步电离。S2-+H2OOH-+HS-起始浓度0.100平衡浓度x0.1-x0.1-xOH-HS-/S2-=Kb1=KW/Ka2(H2S)Kb1=(1.010-14)/(1.2610-13)=0.079,(0.1-x)2/x=0.079，c/Kb=0.1/0.079=1.27500，所以需解方程：x20.279x+0.01=0解得：x=0.042molL-1=S2-OH-=0.1-0.042=0.058molL-1%=(0.058/0.1)100=58%答：0.1molL-1Na2S溶液中S2-为0.042molL-1、OH-为0.058molL-1、S2-的电离度为58%。,例：计算0.10molL-1Na3PO4溶液的pH值。,(molL-1)0.10xxx,解：,c/Kb=0.10/0.022=4.5500，所以需解方程：,1.酸式盐,9-4-6酸碱两性物质的电离,电离大于水解（酸性强于碱性），NaH2PO4溶液显弱酸性；相反，Na2HPO4溶液电离小于水解（酸性弱于碱性），显弱碱性。,2.弱酸弱碱盐,9-5缓冲溶液,1.缓冲溶液的定义：能抵抗少量外加强酸、强碱和水的稀释而保持体系的pH值基本不变的溶液称为缓冲溶液。缓冲溶液能保持体系的pH值基本不变的作用称为缓冲作用。,加入1滴(0.05ml)1molL-1HCl,加入1滴(0.05ml)1molL-1NaOH,实验：,50ml纯水pH=7pH=3pH=11,50mL0.10molL-1HAc-0.10molL-1NaAc混合溶液：pH=4.75,HAcH+Ac-0.10.1,pH=pKa=4.75,50mL0.10molL-1HAc-0.10molL-1NaAc混合溶液，加入1滴(0.05ml)1molL-1HCl：pH=4.75,HAcH+Ac-,pH减小0.01，同样情况下纯水中减小4个pH。,pH=4.74,50mL0.10molL-1HAc-0.10molL-1NaAc混合溶液，加入1滴(0.05ml)1molL-1NaOH：pH=4.76,HAcH+Ac-,pH增大0.01，同样情况下纯水中增大4个pH。,pH=4.76,由弱酸及其共轭碱、弱碱及其共轭酸组成；组成缓冲溶液的弱酸及其共轭碱、弱碱及其共轭酸称为缓冲对。例：HAc-NaAcNH3-NH4ClH2CO3-NaHCO3NaHCO3-Na2CO3,2.缓冲溶液的组成：,3.缓冲作用原理：,HAcNaAc溶液：,加入少量强酸时，溶液中存在的大量的Ac与外加的少量的H+结合成HAc，当达到新平衡时HAc略有增加，Ac略有减少，变化不大，因此溶液的H+或pH值基本不变。,加入少量强碱时，溶液中大量的HAc与外的少量的OH生成Ac和H2O，当达到新平衡时c(Ac)略有增加，c(HAc)略有减少，变化不大，因此溶液的c(H+)或pH值基本不变。,应注意的是：缓冲溶液的缓冲能力是有限的，当加入大量强酸、强碱，或过度稀释时，会导致溶液中大量的Ac和HAc减少，使缓冲溶液失去缓冲作用。,由于同离子效应的存在，通常用初始浓度c(HA)，c(A-)代替HA，A-。,4.缓冲溶液pH值的计算,例：HAcNaAc，H2CO3NaHCO3,弱碱和其共轭酸(弱碱盐)组成的缓冲溶液：,例：,x不能忽略的情况：,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，,缓冲溶液的pH值主要是由pKa或14-pKb,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；,4.缓冲溶液的选择和配制原则：,pKa或14-pKb尽可能接近所需溶液的pH值；,若pKa或14-pKb与所需pH不相等，依所需pH调整,欲配制的缓冲溶液的pH值,应选择的缓冲组分,例：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后：,缓冲溶液的应用：许多化学反应要在一定pH范围内进行；人体血液必须维持pH在7.4左右。,变色范围酸色中间碱色甲基橙：3.14.4红橙黄酚酞：8.010.0无色粉红红石蕊：3.08.0红紫蓝,9-6酸碱指示剂,酸碱指示剂：HIn表示石蕊HInH+In红蓝HIn表示指示剂的共轭酸,称为“酸型”，In表示指示剂的共轭碱，称为“碱型”。指示剂检出溶液的pH的原理是基于指示剂的酸型和碱型的颜色是不同。使用指示剂时应注意控制指示剂的用量，以能观察颜色变化为度，加过多的指示剂反而难以观察到颜色的变化。,酸碱指示剂：HIn表示石蕊HInH+In红蓝K