酸碱溶液PH值的计算PPT学习教案

1、会计学1 酸碱溶液酸碱溶液PH值的计算值的计算 titrimetric analysis 2.2.两性物质溶液两性物质溶液PHPH值的计算值的计算 3.3.其它酸碱溶液其它酸碱溶液PHPH值的计算值的计算 1.1.一元弱酸（碱）溶液一元弱酸（碱）溶液PHPH值的计算值的计算 4 44 4 酸碱滴定终点的指示方法酸碱滴定终点的指示方法 4 45 5 一元酸碱的滴定一元酸碱的滴定 第1页/共49页 一记住计算各溶液一记住计算各溶液PH值的最简式值的最简式 并会计算各溶液的并会计算各溶液的PH值值 二记住酚酞，甲基橙，甲基红的二记住酚酞，甲基橙，甲基红的 变色范围变色范围 三会计算滴定曲线（三会计算

2、滴定曲线（PHPH值和值和PHPH值突值突 跃范围）跃范围） 四掌握选择指示剂的原则四掌握选择指示剂的原则 五掌握一元弱酸碱滴定条件的判断五掌握一元弱酸碱滴定条件的判断 （K K1010 8 8） ） 第2页/共49页 教学重点：教学重点： 教学难点教学难点 ： 利用最简式计算各溶液利用最简式计算各溶液PHPH值；值； 求滴定过程中某一点的求滴定过程中某一点的PHPH值值 指示剂的选择原则；一元弱酸、碱指示剂的选择原则；一元弱酸、碱 滴定条件滴定条件 第3页/共49页 问题问题 ： 1. 共轭酸碱对定义共轭酸碱对定义 2. 多元酸多元酸Ka与与Kb 的对应关系（三元酸）的对应关系（三元酸） 3

3、. NH3H2O水溶液的质子条件水溶液的质子条件 4. NH4H2PO4水溶液的质子条件水溶液的质子条件 第4页/共49页 NH4+、HCO3- 和和 H2O H+ + H2CO3 = CO32- + NH3 + OH- HCO3- + H2O H3O+ + CO32- HCO3- + H2OH2CO3 + OH- NH4+ + H2O H3O+ + NH3 H2O + H2O H3O+ + OH- 参考水平参考水平： 质子条件：质子条件： 第5页/共49页 选择选择 H2O 和和 HPO42- 为参考水平：为参考水平： 质子条件：质子条件：H+ + H2PO4- + 2H3PO4 = PO4

4、3- + OH- HPO42- + 2H2O H3PO4 + 2OH- HPO42- + H2OH2PO4- + OH- HPO42- + H2O H3O+ + PO43- H2O + H2O H3O+ + OH- 注意：注意：当质子转移数在当质子转移数在2个以上时，必须要在浓度个以上时，必须要在浓度 前加上相应的系数。前加上相应的系数。 第6页/共49页 HA + H2OH3O+ + A- H2O + H2OH3O+ + OH - 质子条件质子条件：H+ = A- + OH - 代入质子条件代入质子条件： 因为因为 HA a HA K w KHOH H HA aW KK HA A H a K

5、 OH H W K 设：弱酸为设：弱酸为HA 首先找出弱酸的质子条件首先找出弱酸的质子条件 第7页/共49页 H+3 + KaH+2 (cKa + Kw) H+ KaKw = 0 HA = CHA（C：总浓度）：总浓度） a H HA HK 代入式，整理，得：代入式，整理，得： 解此方程非常麻烦，也没有必要。解此方程非常麻烦，也没有必要。 此为计算一元弱酸溶液中此为计算一元弱酸溶液中H+的方程的方程 第8页/共49页 HA + H2O H3O+ + A- H2O + H2OH3O+ + OH - 由质子转移反应可知，溶液中的由质子转移反应可知，溶液中的 H+ 来自于来自于 HA和和 H2O 的

6、离解，当的离解，当 HA 的的 C 及及 Ka 比较大时，比较大时， 则溶液中的则溶液中的 H+ 主要来自于主要来自于 HA 的离解，的离解， 因为：因为： 1.1.计算时采用计算时采用浓度浓度，未用活度，存在误差。，未用活度，存在误差。 2.2.各种各种常数常数 Ka Kw 本身就存在一定的本身就存在一定的误差误差。 3.3.分析化学在计算溶液酸度时允许有分析化学在计算溶液酸度时允许有5%的误差。的误差。 根据计算允许有根据计算允许有5%误差的要求，当误差的要求，当 CKa 10Kw 时，时，H2O 的离解可忽略，即式的离解可忽略，即式 中的中的 Kw 可略去。可略去。 第9页/共49页 a

7、 HKHA a H HA HK HACC 代入，整理得代入，整理得 2 0 aa HKHK C 2 4 2 aaa KKCK H 近似式近似式 (CKa 10Kw ) 第10页/共49页 HA + H2O H3O+ + A- H2O + H2OH3O+ + OH- a HCK 需要同时满足需要同时满足 C/Ka 105 和和 CKa 10Kw 两个条件。两个条件。 这是计算一元弱酸溶液的这是计算一元弱酸溶液的最简式最简式（最常用）（最常用） 第11页/共49页 2 4 2 bbb KKCK OH b OHCK 同时满足同时满足 C/Kb 10Kw时时 (可用可用C代替平衡浓度代替平衡浓度 )

8、当当 CKb 10Kw 时时 (可忽略可忽略Kw) 第12页/共49页 计算计算 10-4 molL-1的的 H3BO3 溶液的溶液的 pH。已知。已知 pKa= 9.24 49.241471 H 1010102.6 10 mol L aW cKK 按最简式计算，按最简式计算， 172494 Lmol10421010H .cK . a 两种计算两种计算H+相对误差约为相对误差约为 -8% 可以用总浓度可以用总浓度 c 近似代替平衡浓度近似代替平衡浓度 H3BO3 解：解： cKa = 10-410-9.24 = 5.810-14 10Kw 水解离产生的水解离产生的H+项不能忽略。不能忽略项不能

9、忽略。不能忽略Kw 。 c/ Ka = 10-4/10-9.24 = 105.24 105 pH = 6.59 pH = 6.62 判定：判定： 第13页/共49页 求求 0.12 molL-1 一氯乙酸溶液的一氯乙酸溶液的 pH， 已知已知 pKa=2.86. pH = 1.92 不能用总浓度近似代替平衡浓度。不能用总浓度近似代替平衡浓度。 2.862.8622.86-1 1 H (10(10)4 0.12 10) 0.012 mol L 2 解：解： cKa = 0.12 10-2.86 10K w 水解离的水解离的 H+ 项可忽略，能忽略项可忽略，能忽略Kw 。 又又 c / Ka =

10、0.12 / 10-2.86 = 87105 按最简式计算，按最简式计算， 2.861 H 0.12 100.013mol L a cK pH = 1.89 两种计算两种计算H+相对误差约为相对误差约为 8% 第14页/共49页 已知已知 HAc 的的 pKa= 4.74， 求求 0.30 molL-1 HAc 溶液的溶液的 pH 。 pH = 2.64 符合两个简化的条件，可采用最简式计算：符合两个简化的条件，可采用最简式计算： 13744 Lmol103210300H .cK . a 解：解： cKa = 0.30 10-4.74 10Kw c / Ka = 0.30 / 10-4.74

11、105 第15页/共49页 如：如：NaHCO3、K2HPO4、NaH2PO4、邻苯二甲酸氢、邻苯二甲酸氢 钾等的水溶液。钾等的水溶液。 以以NaHA为例，质子转移反应为：为例，质子转移反应为： HA- + H2O H2A + OH- H2O + H2OH3O+ + OH- HA- + H2O H3O+ + A2- 两性物质的两性物质的定义定义： 在溶液中既起酸的作用（可给出质子），又在溶液中既起酸的作用（可给出质子），又 起碱的作用（可接受质子）的物质。起碱的作用（可接受质子）的物质。 第16页/共49页 将平衡常数将平衡常数Ka1、Ka2及及KW代入上式，得：代入上式，得： 2 1 HA

12、H HA H H H aW a KK K 整理，得：整理，得： 1121 2 aaaaw HKHAKKHAKK 选择为选择为 HA- 和和 H2O 为参考水平为参考水平 质子条件：质子条件： H2A + H+ = A2- + OH- 第17页/共49页 (1) HA-得、失质子能力都较弱，则得、失质子能力都较弱，则HA-c； (2) 若允许有若允许有5%误差，误差，cKa210Kw时，可略去时，可略去Kw项项; 得近似计算式：得近似计算式： (3) 如果如果 c/Ka110，则分母中的，则分母中的Ka1可略去，可得：可略去，可得： 最简式最简式: 12 1 (HA ) H HA aaW a K

13、KK K 12 1 H aa a cK K Kc 12 H aa K K 满足：满足：c/Ka110， cKa210Kw 第18页/共49页 12 1 2aa pHpKpK 23 H aa KK 最简式：最简式： 将公式转换为直接计算将公式转换为直接计算pH值值: 满足：满足：c/Ka210， cKa310Kw 第19页/共49页 计算计算0.10 molL-1的邻苯二甲酸氢钾溶液的的邻苯二甲酸氢钾溶液的pH 。 解：查表解：查表:邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾 pKa1 = 2.89，pKa2 = 5.54 pKb2 = 142.89 = 11.11 从从 pKa2 和和 pKb2 可以认为可

14、以认为HA- c。 cKa2 = 0.110-5.54 10Kw c/Ka1 = 0.1/10-2.89 = 77.6 10 1224545892 Lmol101010H . pH = 4.22 第20页/共49页 分别计算分别计算0.05 molL-1NaH2PO4和和3.3310-2 molL-1 Na2HPO4 溶液的溶液的 pH。 解：查表得解：查表得H3PO4的的pKa1=2.12，pKa2=7.20， pKa3=12.36 可以认为平衡浓度等于总浓度。可以认为平衡浓度等于总浓度。 （1）对于）对于 0.05 molL-1 NaH2PO4 溶液溶液 cKa2 = 0.0510-7.2

15、0 10Kw Kw项可略去。项可略去。 c / Ka1 = 0.05/10-2.12 = 6.59 10 分母中的分母中的Ka2可略去。可略去。 pH = 9.66 110 21423612207 Lmol1022 10333)101033310(10H . ./. . 第22页/共49页 当强酸溶液的浓度为：当强酸溶液的浓度为： C4.710-7mol/L时：时： 当强酸溶液的浓度为：当强酸溶液的浓度为： 4.710-7mol/L C1.010-8mol/L，要考虑水的离，要考虑水的离 解。解。 2 4 2 w CCK H 当强酸溶液的浓度为：当强酸溶液的浓度为： C1.010-8mol/L

16、时，强酸时，强酸 的浓度如此之低，与水离解出的相比，它的离解可的浓度如此之低，与水离解出的相比，它的离解可 以忽略，以忽略， 强碱强碱溶液，计算相同，只是将溶液，计算相同，只是将H+改为改为OH-即可。即可。 H+ = C (通式通式) 此时：此时： H+ = OH-= 10-7mol/L 第23页/共49页 对于二元弱酸来说，一般其对于二元弱酸来说，一般其Ka1 Ka2 ，所以它的第一级离解是，所以它的第一级离解是H+的主要来源，为简的主要来源，为简 化计算，可以将其化计算，可以将其先按一元弱酸先按一元弱酸来处理，计算来处理，计算 出出H+后，再用下面的判定式检验，后，再用下面的判定式检验，

17、 2 2 1 a K H 若符合式，则二元弱酸就可以按一元弱若符合式，则二元弱酸就可以按一元弱 酸来处理。酸来处理。 第24页/共49页 得近似式：得近似式： 若同时满足若同时满足C/Ka1 105条件时，可用条件时，可用 C 代替代替 H2A 1 a HCK 得最简式：得最简式： 再用再用检验检验 2 111 4 2 aaa KKCK H 2 2 1 a K H H HA aW KK 由一元弱酸的精确计算式：由一元弱酸的精确计算式： 第25页/共49页 例例10： 求求0.090 molL-1酒石酸溶液的酒石酸溶液的pH值值 。 解：解： 酒石酸为二元酸，酒石酸为二元酸，Ka1=10-3.0

18、4 ，Ka2=10-4.37 。 cKa1 = 0.090 10-3.04 10Kw C/Ka1 = 0.090/ 10-3.04 = 99105 用近似式计算：用近似式计算： 2 111 3.043.0423.04 4 3 2 10(10)4 0.090 10 8.6 10/ 2 aaa KKCK Hmol L pH=2.07 检验检验 2 4.37 2 3 2 10 0.0099 1 8.6 10 a K H 将酒石酸按一元酸计算是允许的。将酒石酸按一元酸计算是允许的。 第26页/共49页 计算计算 0.20 molL-1 Na2CO3溶液的溶液的 pH。 解：查表得解：查表得 H2CO3

19、 pKa1 = 6.38，pKa2 = 10.25。 故故 pKb1 = pKwpKa2 = 1410.25 = 3.75， 同理同理 pKb2 = 7.62 由于由于 Kb1 Kb2 （可按一元碱处理）（可按一元碱处理） cKb1 = 0.2010-3.75 10Kw c/ Kb1 = 0.20 / 10-375 = 1125 105 H+ = 1.710-12 molL-1 ；pH = 11.77 3.7531 OH 0.20 105.96 10 mol L 2 7.62 2 4 3 2 10 101 5.96 10 b K OH 检验检验可按一元碱处理可按一元碱处理 第27页/共49页

20、1.定义：定义：缓冲溶液是一种对溶液的酸度起稳定缓冲溶液是一种对溶液的酸度起稳定 作用的溶液。即当向溶液中加入少量的酸或碱，作用的溶液。即当向溶液中加入少量的酸或碱， 或者化学反应中产生了少量的酸或碱，或者将溶或者化学反应中产生了少量的酸或碱，或者将溶 液稍加稀释，溶液的酸度基本稳定不变。液稍加稀释，溶液的酸度基本稳定不变。 用作控制溶液的酸度，称为缓冲溶液。用作控制溶液的酸度，称为缓冲溶液。 （大多数缓冲溶液的用途）（大多数缓冲溶液的用途）(见书见书P413 附录三，附录三，1) 缓冲溶液一般是由浓度较大的弱酸及其共轭缓冲溶液一般是由浓度较大的弱酸及其共轭 碱所组成。如：碱所组成。如：HAc

21、-Ac-, NH4+-NH3等。等。 2.缓冲溶液的用途：缓冲溶液的用途： 用作测量溶液用作测量溶液pH值的参照标准，称为标准缓值的参照标准，称为标准缓 冲溶液。冲溶液。(见书见书P414 附录三，附录三，2) 第28页/共49页 根据物料平衡和电荷平衡，可以推导出计算根据物料平衡和电荷平衡，可以推导出计算 缓冲溶液缓冲溶液pH值的精确式为：值的精确式为： H B B CHO H a CHO H HK 精确式太复杂，无法计算缓冲溶液精确式太复杂，无法计算缓冲溶液pH值值,应应 进行近似处理。进行近似处理。 设缓冲溶液由弱酸设缓冲溶液由弱酸HB及其共轭碱及其共轭碱B-所组所组 成成 （HB B-

22、 ），浓度分别为），浓度分别为CHB 及及 CB-。 第29页/共49页 当当pH 6时，时，H+ OH-，可忽略，可忽略OH- 。 HB B CH a CH HK 当当pH8时，时，OH- H+，可忽略，可忽略H+ 。 HB B COH a COH HK 当当CHB OH- - H+， CB- H+ - OH- 时时 HB B C aC HK 近似式近似式 近似式近似式 最简式最简式 lg a pHpK 共轭碱 酸 第30页/共49页 例例1111： NH3 NH4Cl混合溶液中，混合溶液中， NH3的浓度为的浓度为 0.8mol/L， NH4Cl浓度为浓度为0. 9mol/L ，求该，求该

23、 混合溶液的混合溶液的pH值。值。 解：查表得解：查表得NH3的的pKb=4.74 由公式：由公式： 3 4 ) lg(14lg 0.8 (144.74)lg9.21 0.9 NH ab NH Cl C pHpKpK C 共轭碱 酸 CHB OH- - H+， CB- H+ - OH- ， 所以，采用最简式是允许的。所以，采用最简式是允许的。 第31页/共49页 缓冲容量：缓冲容量：抵御外界酸碱的能力。抵御外界酸碱的能力。 浓度越大，缓冲容量就越大。浓度越大，缓冲容量就越大。 超过超过这两个范围时，就这两个范围时，就失去失去缓冲能力。缓冲能力。 缓冲范围：缓冲范围：缓冲溶液具有缓冲能力的缓冲溶

24、液具有缓冲能力的pH范围。范围。 缓冲容量与缓冲溶液的缓冲容量与缓冲溶液的浓度浓度有关，有关， 缓冲容量还与缓冲容量还与CB- : CHB的比值有关，的比值有关， 当当CB- : CHB比值为比值为1时，缓冲容量时，缓冲容量最大最大。 当当CB- : CHB比值为比值为1:10或或10:1时，缓冲容量时，缓冲容量最小最小， lg a pHpK 共轭碱 酸 由由 缓冲溶液的缓冲范围是：缓冲溶液的缓冲范围是： 1 a pHpK 第32页/共49页 缓冲溶液的浓度要比较大，以保证有足够的缓冲溶液的浓度要比较大，以保证有足够的 缓冲容量。缓冲容量。 缓冲溶液对分析过程没有干扰。缓冲溶液对分析过程没有干

25、扰。 pHpKa ，缓冲容量比较大。，缓冲容量比较大。 高浓度的强酸和强碱本身就是缓冲溶液，具高浓度的强酸和强碱本身就是缓冲溶液，具 有较强的缓冲能力，有较强的缓冲能力， pH12时，选择时，选择强碱强碱作缓冲溶液，作缓冲溶液， pH 2 时，选择时，选择强酸强酸作缓冲溶液。作缓冲溶液。 第33页/共49页 缓缓冲冲溶溶液液 共共轭轭酸酸 共共轭轭碱碱 pKa 可可控控制制的的 pH范范围围 邻邻苯苯二二钾钾酸酸氢氢钾钾HCl 2.89 1.93.9 六六次次甲甲基基四四胺胺HCl (CH2)6N4H+ (CH2)6N4 5.15 4.26.2 NaH2PO4Na2HPO4 H2PO4 HPO

26、42 7.20 6.28.2 Na2B4O7HCl H3BO3 H2BO3 9.24 8.09.1 Na2B4O7NaOH H3BO3 H2BO3 9.24 9.211.0 NaHCO3Na2CO3 HCO3 CO32 10.25 9.311.3 第34页/共49页 ( a)精确计算式精确计算式 Wa KK HAH (b)近似式，应用条件：近似式，应用条件： (c)最简式，应用条件：最简式，应用条件： c / Ka105; cKa10Kw 一元弱酸一元弱酸 a cK H 两性物质两性物质 最简式，应用条件：最简式，应用条件： c / Ka110; cKa210Kw 21 H aa KK Wa

27、KcK H c / Ka105 a HKHA CKa 10Kw 第35页/共49页 AHH 21a K (a)近似计算式，应用条件：近似计算式，应用条件：c /Ka1 10Kw ;2 Ka2 / H+1 (b)最简式，应用条件：最简式，应用条件： c / Ka1 105; cKa1 10Kw 2 Ka2 / H+OH- H+ cb H+ OH- 缓冲溶液缓冲溶液 1 H a cK lg a pHpK 共轭碱 酸 a a b C HK C 第36页/共49页 思考题思考题 习题习题 P635，8，15题题 P629，11题题 第37页/共49页 由于多数的酸碱不具有颜色，因此，进行由于多数的酸碱

28、不具有颜色，因此，进行 酸碱滴定时，到达化学计量点后，往往没有任酸碱滴定时，到达化学计量点后，往往没有任 何能为人察觉的外部特征。那么，如何来判断何能为人察觉的外部特征。那么，如何来判断 反应到达了化学计量点呢？即滴定分析中的终反应到达了化学计量点呢？即滴定分析中的终 点如何判断呢？点如何判断呢？ 通常采用以下两种方法：通常采用以下两种方法：指示剂法指示剂法、电位滴定法电位滴定法。 第38页/共49页 1. 原理原理：酸碱指示剂一般都是有机弱酸或弱碱酸碱指示剂一般都是有机弱酸或弱碱 ，其酸式结构及其共轭碱式结构分别具有，其酸式结构及其共轭碱式结构分别具有不同不同 的颜色的颜色。当溶液的当溶液的

29、pH值发生改变时，值发生改变时，指示剂的指示剂的 结构结构随随pH发生变化，从而引起指示剂颜色的改发生变化，从而引起指示剂颜色的改 变，达到变，达到指示滴定终点的目的。指示滴定终点的目的。 即：即： 4.4.1 指示剂法指示剂法 In-HIn H+ OH- 酸式结构酸式结构碱式结构碱式结构 + H+ 第39页/共49页 酚酞酚酞：三苯甲烷类，变色范围：三苯甲烷类，变色范围： 8 81010。 无色分无色分 子子 无色分无色分 子子 无色分无色分 子子 红色分子红色分子无色分无色分 子子 （动画动画） 酚酞变色演示酚酞变色演示 2.2.常用的酸碱指示剂常用的酸碱指示剂 碱滴定酸时用，碱滴定酸时用

30、，无色变红色无色变红色。 变色范围变色范围 第40页/共49页 甲基橙甲基橙：偶氮类结构：偶氮类结构, ,有机弱碱，黄色的甲基橙分有机弱碱，黄色的甲基橙分 子，在酸性溶液中获得一个子，在酸性溶液中获得一个H+，转变成为红色阳离子，转变成为红色阳离子 。 3.1 3.1 4.4 4.4 橙红色橙红色变变黄色黄色。 （动画动画） 酸滴定碱时用酸滴定碱时用, ,黄色变橙色黄色变橙色。 变色范围：变色范围： 第41页/共49页 HIn H+ + In- 指示剂的指示剂的颜色转变颜色转变取决于取决于In- / HIn比值比值的大小。的大小。 In-代表碱式色的颜色深度；代表碱式色的颜色深度； HIn代表

31、酸式色的颜代表酸式色的颜 色深度。色深度。 HIn InH K HIn 以以HIn为例，为例，HIn在溶液中的平衡可用下式表示：在溶液中的平衡可用下式表示： HIn In HIn K H In- / HIn比值与比值与KHIn / H+有关。有关。 KHIn 为常数，为常数， 因此因此In- / HIn比值比值（决定指示（决定指示 剂颜色）随溶液剂颜色）随溶液H+ 的改变而改变。的改变而改变。 第42页/共49页 指示剂变色范围：指示剂变色范围： pKHIn 1 酸色酸色碱色碱色 In- / HIn 1/10 时时 ： = 1/10 时：时： 碱色，勉强辨认出酸色碱色，勉强辨认出酸色 变色范围

32、变色范围 In- / HIn 10/1 时：时： = 1 时：时： 10/1= 10/1= 1= 1/10 1/10 碱色碱色 = 10/1 时：时： 酸色酸色 酸色，勉强辨认出碱色酸色，勉强辨认出碱色 中间颜色中间颜色 第43页/共49页 指示剂指示剂 变色范围变色范围 pH 颜色颜色 变化变化 pKHIn 浓度浓度 用量用量 （滴（滴/10mL 试液）试液） 百里酚蓝百里酚蓝 1.22.8 红红黄黄 1.7 0.1的的 20乙醇溶液乙醇溶液 l2 甲基黄甲基黄 2.94.0 红红黄黄 3.3 0.1的的 90乙醇溶液乙醇溶液 1 甲基橙甲基橙 3.14.4 红红黄黄 3.4 0.05%的水溶液的水溶液 1 溴酚蓝溴酚蓝 3.04.6 黄黄紫紫 4.1 0.1的的 20乙醇溶液或其