普通化学第三章PPT课件

.,第三章酸碱平衡、沉淀平衡及配位平衡,.,3.1酸碱平衡,.,最初：酸是具有酸味的物质，使石蕊变红的一类物质；碱是有涩味，可以使石蕊变蓝的一类物质18世纪后期：氧元素是酸的必要成分19世纪初，氢元素是酸的必要成分1884年，阿仑尼乌斯：提出了酸碱电离理论1923年，布朗斯特和劳里提出了酸碱质子理论1923年，路易斯提出了酸碱电子理论,3.1酸碱平衡,3.1.1酸碱理论,.,SvanteAugustArrhenius,阿仑尼乌斯:瑞典物理化学家。1859年2月19日生于瑞典乌普萨拉;1895年任斯德哥尔摩大学教授;1897年任该校校长。1903年因建立电离学说荣获诺贝尔化学奖。1911年当选为瑞典科学院院士。,1.酸碱电离理论,.,.,布朗斯特，丹麦化学家,2.酸碱质子理论,1923年，分别独立提出酸碱质子理论,劳里(右)，英国科学家,.,酸碱质子理论基本要点,酸：在反应中给出质子（H+）的物质,碱：在反应中接受质子的物质,两性物质：既可以接受质子，也可以给出质子的物质,.,.,如果酸的酸性越强，则其共轭碱的碱性越弱；反之，酸的酸性越弱，则其共轭碱的碱性越强,酸碱的相对强弱首先取决于物质的本性，其次与溶剂的性质有关。通常未加说明的情况下，溶剂指的是水。,.,酸碱半反应:酸给出质子和碱接受质子的反应,半反应1,醋酸与氨的中和反应,HAc+NH3NH4+Ac-,共轭酸碱对,半反应2,酸碱反应,.,酸碱反应的实质就是两个共轭酸碱对之间质子传递的反应。,优点：扩大了酸碱的范围，可适用于非水溶液,理论优缺点,缺点：对于无质子参加的反应不适用,酸和碱的概念具有相对性,.,1.共轭酸碱之间只差一个质子，可以是分子、离子。2.有的离子既是酸，又是碱。3.酸强，其共轭碱碱性弱；反之亦然。4.不体现盐的概念。5.酸的强度由给出质子能力强弱来衡量。,共轭关系特点：,.,被称为水的离子积常数,3.1.2水的解离平衡,1.水的离子积常数,.,pH值是用来表示水溶液酸碱性的一种标度,2.溶液的pH值和pOH值,.,.,弱酸的标准解离平衡常数,弱碱的标准解离平衡常数,3.1.3弱酸与弱碱溶液的解离平衡,1.解离平衡常数,.,具有平衡常数的特点，与浓度无关，只与温度有关。但由于弱电解质解离过程的热效应不大，所以温度对值影响较小。,是表征弱电解质解离程度大小的特性常数，值越大，则弱电解质的解离程度越大。的大小可用于衡量酸，碱的强度。,.,解离度的大小除与弱电解质的本性有关，还与溶液的浓度、温度等因素有关。在温度、浓度相同的条件下，解离度大的酸为较强的酸；解离度小的酸为较弱的酸。,2.解离度,.,初始浓度/moldm-3c00平衡浓度/moldm-3c-xxx,一元弱酸,c-xc,当很小时，酸的解离程度较小，同时若酸的初始浓度较大时，则有。,3.一元弱酸(碱)溶液中H浓度计算,.,一元弱酸溶液中氢离子浓度,一元弱碱溶液中OH的浓度表达式：,一元弱碱,.,解：初始浓度/moldm-30.1000平衡浓度/moldm-30.10xxx,例3.1计算25时，0.10moldm-3HAc溶液中的H+，Ac，HAc的浓度以及该HAc溶液的解离度。已知,.,计算下列溶液的pH,(1)0.05mol/dm3HCl(2)0.01mol/dm3HCN(=4.9310-10)(3)0.10mol/dm3氨水(=1.7710-5),.,H2S总的解离平衡式,4.二元弱酸溶液中H+浓度计算,.,例3.2常温常压下H2S在水中的溶解度为0.10moldm-3,求H2S饱和溶液中c(H+)、c(S2-)及H2S的解离度。,解：,初始浓度/moldm-30.1000平衡浓度/moldm-30.10xxx,解得,.,c(HS-)c(H+),.,在弱电解质溶液中，加入与其含有相同离子的易溶的强电解质，使弱电解质的解离度降低，这种现象被称为同离子效应。,3.1.4同离子效应,.,例3.3在0.10moldm-3的HAc溶液中，加入NH4Ac(s)，使NH4Ac的浓度为0.10moldm-3，计算该溶液的pH值和HAc的解离度。,0.10x0.10,解：HAcH+Ac,平衡浓度0.10xx0.10+x,初始浓度0.1000.10,.,解得x=1.7510-5,而0.10moldm-3HAc溶液：pH=？，=？,pH=-lgc(H+)=4.76，,c(H+)=1.7510-5moldm-3,.,NH3H2ONH4+OH初始c/moldm-30.1平衡c/moldm-30.1-xxxKb=(x/1)(x/1)/(0.1-x)/1=1.810-5x=1.3410-3,c(OH)=1.3410-3moldm-1=(1.3410-3/0.1)100%=1.34%,例3.425，0.1moldm-3氨水的解离度为多少？在该溶液中加入等体积0.1moldm-3的NH4Cl溶液,氨水的解离度为多少？,.,NH3H2ONH4+OH初始c/moldm-30.050.05平衡c/moldm-30.05-x0.05+xxKb=(0.05+x)/1(x/1)/(0.05-x)/1=1.7710-5x=1.7710-5moldm-3=(1.7710-5/0.05)100%=0.035%,.,缓冲溶液通常由弱酸及其共轭碱或弱碱及其共轭酸组成。,例如：HAc-NaAc，H2CO3-NaHCO3，NH3H2O-NH4Cl，NaH2PO4-Na2HPO4NaHCO3-Na2CO3,这种能抵抗少量强酸、强碱或稍加稀释而保持溶液pH值基本不变的溶液叫做缓冲溶液,1缓冲溶液的概念,2缓冲溶液的组成,3.1.5缓冲溶液,.,大量少量大量,Ac起到了抗酸的作用,HAc起到了抗碱的作用,3.缓冲作用机理,.,初始浓度c1(弱酸)0c2(共轭碱)平衡浓度c1-xxc2+x,c1:弱酸的浓度c2:共轭碱的浓度,弱酸及其共轭碱组成,4.缓冲溶液pH的计算,.,例3.5若将0.1moldm-3的HAc和0.2moldm-3的NaAc溶液等体积混合，计算混合溶液的pH值。已知：,解：,.,弱碱及其共轭酸组成,初始浓度c1(弱碱)c2(共轭酸)0平衡浓度c1-xc2+xx,c1:弱碱的浓度c2:共轭酸的浓度,.,例3.6若在0.05dm30.150moldm-3NH3H2O和0.200moldm-3NH4Cl组成的缓冲溶液中，加入1.010-4dm31.00moldm-3的HCl，求加入HCl前后溶液的pH值各为多少？,解：加入HCl前，,.,加入HCl后,初始浓度/moldm-30.150-0.00200.200+0.0020平衡浓度/moldm-30.148-x0.202xx,.,3.2.1难溶强电解质的溶度积常数3.2.2溶解度与溶度积的关系3.2.3溶度积规则3.2.4影响沉淀反应的因素3.2.5分步沉淀3.2.6沉淀的溶解与转化,3.2沉淀-溶解平衡,.,当v(溶解)v(沉淀)时，得到饱和AgCl溶液，建立沉淀溶解平衡,沉淀溶解平衡：指某种难溶的强电解质固体在水溶液中与其组分离子之间的平衡,溶解,沉淀,3.2.1难溶强电解质的溶度积常数,.,称为溶度积常数，简称溶度积,注意写法,.,用难溶强电解质在水溶液中溶解生成离子部分的浓度表示该物质的溶解度，用S表示，单位为moldm-3。,初始浓度00平衡浓度mSnS,3.2.2溶解度与溶度积的关系,.,例3.7在25时，AgCl的溶度积为1.7710-10，Ag2CrO4的溶度积为1.1210-12，试求AgCl和Ag2CrO4的溶解度。,解：设AgCl的溶解度为S1，则,初始浓度00平衡浓度S1S1,.,设Ag2CrO4的溶解度为S2，则,只有同一类型的难溶电解质可以通过溶度积的大小来比较它们的溶解度大小。,初始浓度00平衡浓度2S2S2,.,3.2.3溶度积规则,.,Q=c(Mn2+)c2(OH-)=0.1(4.2110-4)2=1.7710-8,Q,有Mn(OH)2生成,解：c(Mn2+)=0.20/2=0.10moldm-3，c(NH3H2O)=0.02/2=0.01moldm-3,例3.8将0.05dm30.20moldm-3MnSO4溶液与0.05dm30.02moldm-3NH3H2O混合,是否有Mn(OH)2沉淀？已知,据Mn(OH)2Mn2+2OH，,.,例3.9室温下Mg(OH)2的溶度积是5.6110-12。若Mg(OH)2在饱和溶液中完全解离，试计算：Mg(OH)2在水中溶解度及在0.010moldm-3的MgCl2中的溶解度。,初始浓度：00平衡浓度：S2S,3.2.4影响沉淀反应的因素,1.同离子效应对沉淀反应的影响,解：设Mg(OH)2在纯水中的溶解度为S,.,设Mg(OH)2在0.010moldm-3的MgCl2中的溶解度为S1,初始浓度：0.010平衡浓度：0.01+S12S1,解得S1=1.110-5moldm-3,此例题说明了什么？,.,在M(OH)n型难溶氢氧化物的沉淀平衡中：,同离子效应：在难溶电解质的溶液中加入含有相同离子的易溶的强电解质使难溶电解质溶解度降低的现象。,2.酸度对沉淀反应的影响,.,3.2.5分步沉淀,在混合溶液中多种离子发生先后沉淀的现象称为分步沉淀。,例3.10一种混合溶液含有3.010-2moldm-3的Pb2+和2.010-2moldm-3的Cr3+，若向其中逐滴加入浓NaOH溶液（忽略溶液体积的变化），Pb2+和Cr3+均有可能形成氢氧化物沉淀。问（1）哪种离子先被沉淀？（2）若要分离这两种离子，溶液的pH值应控制在什么范围？,.,生成沉淀所需OH的浓度为生成沉淀所需OH的浓度为,Cr(OH)3先沉淀析出,(1),.,当完全沉淀时所需的OH的浓度为,此时Cr3+完全沉淀，Pb2+不被沉淀。,Pb2+开始沉淀时的pH值为：,pH值控制在5.67.3之内,.,使相关离子生成弱电解质,使相关离子氧化,3.2.6沉淀的溶解与转化,1.沉淀的溶解,.,沉淀的转化:把一种沉淀转化成另一种沉淀的过程,CaSO4转化成CaCO3,2沉淀的转化,.,CaCO3转化成Ca3(PO4)2,.,1.某溶液中含有,它们的浓度分别是0.10moldm-3和0.0010moldm-3。通过计算说明，逐滴加入试剂，哪一种沉淀首先析出。2.溶液中Fe3+、Mg2+的浓度都为0.010moldm-3，求使Fe3+沉淀完全而Mg2+不沉淀的pH范围。,.,3.3配合平衡,3.3.1配合物的概念,配合物：含有配位个体的复杂化合物.配位个体:由形成体通过配位键结合一定数目配体所形成的结构单元.配离子:由形成体与配体以配位键结合而成的复杂离子.,配位键：凡共用电子对由一个原子单方向提供而形成的共价键称为配位共价键，简称配位键。,配体：提供孤电子对的离子或分子。,形成体：提供空轨道接受孤电子对的原子或离子又称为中心离子或中心原子.,配体与形成体按一定的组成和空间构型所形成的配位个体，可以是中性分子，也可为配阳离子，还可为配阴离子,.,3.3配合平衡,1.配合物的组成,配合物是由内界和外界两部分组成的。内界为配合物的特征部分是中心离子与配体之间通过配位键结合而成的一个相当稳定的整体，在配合物化学式中以方括号标明，方括号外的离子，离中心较远，构成外界，内界与外界之间的离子键结合。,.,3.3配合平衡,内界,外界,中心离子,配体,配位数,配位原子,内界,外界,中心离子,配体,配位原子,配位数,.,3.3配合平衡,形成体,中心离子或中心原子统称为配合物的形成体，绝大多数是带正电荷的阳离子，过渡金属离子居多，如,、,、,、,等，中,心原子，如,中的,、,原,子。,配位个体，配体及配位原子,由形成体结合一定数目的配体所形成的结构单元称为配位个体，如,、,等。,.,3.3配合平衡,凡含有配位个体的化合物统称为配合物，在配合物中与形成体结合的离子或中性分子称为配位体，简称配体。在配体中提供孤电子对与形成体形成配位键的原子称为配位原子，常见的配位原子为电负性较大的非金属原子，如N、O、S、C和卤素等原子。根据一个配体中所含配位原子数目的不同，可分为：,单齿配体：一个配体中只含有一个配位原子，如NH3、OH、X等。,.,3.3配合平衡,多齿配体：一个配体中含有两个或两个以上配位原子。如：,草酸根,乙二胺(en),.,3.3配合平衡,配位数,在配位个体中与一个形成体成键的配位原子的总数称为该形成体的配位数，例：Cu(NH3)42+中Cu2+的配位数为4,CoCl3(NH3)3中的Co3+配位数为6。,最常见的配位数为6和4，由单齿配体形成的配合物，中心离子的配位数等于配体的数目：若配体是多齿的，那么配体的数目不等于中心离子的配位数，例：Cu(en)22+中,配体是2个，配位数是4。形成体配位数的多少取决于形成体和配体的性质电荷、半径、核外电子排布等,形成体电荷多,.,3.3配合平衡,半径大易形成高配位；配体负电荷越多，半径大，配位数越小。,还与配体浓度，反应温度等有关，配体浓度大，反应温度低，易形成高配位。,配离子的电荷,形成体和配体电荷的代数和即为配离子的电荷，例：,中,外界三个,。,.,3.3配合平衡,2.配合物的化学式及命名,(1)配合物的化学式,书写配合物的化学式应遵循两条原则：,含配离子的化合物，其化学式中其阳离子写在前，阴离子写在后。,配位个体的化学式，先列出形成体的元素符号，再依次列出阴离子和中性配体，无机配体列在前面，有机配体列在后面，将整个配体个体的化学式括在方括号内。在括号内同类配体的次,.,3.3配合平衡,序以配位原子元素符号的英文字母次序为准，例如：NH3、H2O，两种中性分子配体的配位原子分别为N原子和O原子，因而NH3写在H2O之前。,(2)配合物的命名,配合物若为配离子化合物，则命名是阴离子在前，阳离子在后，与无机盐的命名一样，若为配阳离子化合物，则叫某化某或某酸某。若为配阴离子化合物，则在配阴离子与外界阳离子之间用“酸”字连接，若外界为氢离子，则在配阴离子之后缀以“酸”字。,.,3.3配合平衡,配位个体连接按照以下原则进行命名：,配体名称列在形成体名称之前，不同配体名称的顺序同书写顺序，相互之间以黑点“”分开，在最后一个配体名称之后缀以“合”字。,同类配体的名称按配位原子元素符号的英文字母顺序排列。,配体个数用倍数词头二、三、四等数字表示，形成体的氧化数用带括号的罗马数字表示。,例：,四氯二氨合铂（）,.,称为羰基，,3.3配合平衡,（O为配位原子）亚硝酸盐,（S为配位原子）硫氰酸根,（N为配位原子）异硫氰酸根,称为羟基,3.3.2配离子的稳定常数,（N为配位原子）硝基,配体：,解离反应,生成反应,.,3.3配合平衡,解离常数,生成常数,在溶液中配离子的生成是分布进行的，每一步都有一个对应的，称为逐级稳定常数。,.,3.3配合平衡,.,一级解离：,3.3.3配位平衡,1.配离子的稳定常数,.,二级解离：,生成反应可表示为,：稳定常数或累积稳定常数，或用表示,.,在溶液中配离子的