3酸碱理论与解离平衡

1、无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系 6.3 缓冲溶液缓冲溶液 6.3.1 同离子效应与盐效应同离子效应与盐效应 6.3.2 缓冲溶液及缓冲原理缓冲溶液及缓冲原理 6.3.3 缓冲溶液缓冲溶液ph值的近似计算值的近似计算 6.3.4 缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围 6.3.5 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制6.3 6.3 缓冲溶液缓冲溶液无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系同离子效应：同离子效应：在弱电解质溶液中，加入与其在弱电解质溶液中，

2、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。度降低的现象。hac(aq) + h2o (l) h3o+ (aq) + ac(aq) ac(aq) 4nhnh4ac(aq) (aq) +平衡移动方向平衡移动方向 思考题：思考题：产生同离子应的必要条件是什么产生同离子应的必要条件是什么? ? 6.3.1 6.3.1 同离子效应同离子效应无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系6.3 6.3 缓冲溶液缓冲溶液 在在hac中加入中加入naac后，除了后，除了ac -

3、 离子对离子对hac的解离平衡产生同离子效应外，的解离平衡产生同离子效应外，na+离子对离子对平衡也有一定的影响。平衡也有一定的影响。 在弱电解质的溶液中加入其他强电解质时，在弱电解质的溶液中加入其他强电解质时，该弱电解质的电离度将会增大，这种影响称为该弱电解质的电离度将会增大，这种影响称为盐效应盐效应(salt effect)。无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系 在在 0.10 moll0.10 moll-1 -1 的的hac hac 溶液中，加入溶液中，加入 nhnh4 4ac ac (s)(s)，使，使 nhn

4、h4 4acac的浓度为的浓度为 0.10 moll0.10 moll-1-1，计算该溶，计算该溶液的液的 phph值和值和 hachac的解离度。的解离度。ceq / (moll-1) 0.10 x x 0.10 + xc0/ (moll-1) 0.10 0 0.10+23: hac(aq)+h o(l)h o (aq)+ac (aq) 解例：例：问题：问题：c/k判据是否适用，为什么？判据是否适用，为什么？无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系0.10 moll-1 hac溶液：溶液：ph = 2.89， = 1.3

5、% ph = 4.74， = 0.018%x = 1.810-5 c(h+) = 1.810-5 moll-1 5108 . 110. 0)10. 0(xxx0.10 x 0.10无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系实验（加入加入1 1滴）滴）50ml50ml纯水纯水ph = 7ph = 7 50mlhac 50mlhacnaac naac c c(hac)=(hac)=c c(naac)=0.10mol(naac)=0.10moll l-1-1 ph = 4.74ph = 4.740.05ml hcl 0.05ml

6、hcl 1mol1moll l-1-1 ph = 3ph = 3ph = 4.73ph = 4.730.05ml0.05ml naoh naoh 1mol1moll l-1-1ph = 11ph = 11ph = 4.75ph = 4.75 1900 1900年，生物学家费恩巴赫（年，生物学家费恩巴赫（fernbach)fernbach)和和胡伯特（胡伯特（hubert)hubert) 6.3.2 缓冲溶液缓冲溶液无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系缓冲溶液：缓冲溶液： 定义：定义： 具有能保持本身具有能保持本身php

7、h值相对稳定性值相对稳定性能的溶液叫缓冲溶液。能的溶液叫缓冲溶液。 特性：特性： 能抵抗外来能抵抗外来少量少量酸或碱，而保持溶液的酸或碱，而保持溶液的phph值值几乎不变。几乎不变。 组成：组成： 1,1,弱酸及其盐弱酸及其盐; ; 2. 2.弱碱及其盐弱碱及其盐; ; 共同点：共同点：一对共轭酸碱一对共轭酸碱 3.3.酸式盐之间酸式盐之间; ;无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系常见的某些缓冲系常见的某些缓冲系 缓冲系缓冲系 pka(25) ph范围范围 hac-naac 4.76 3.765.76 h2co3-na

8、hco3 6.35 5.357.35 h3po4-nah2po4 2.16 1.163.16 nh4cl-nh3 9.25 8.2510.25 nah2po4- na2hpo4 7.21 6.28.2 na2hpo4-na3po4 12.32 11.313.3 6.3 缓冲溶液缓冲溶液无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系 缓冲原理（缓冲对）缓冲原理（缓冲对） 较大量少量较大量 23ha(aq) h o(l) h o (aq) a (aq)a3(ha)(ha)(h o )(a )kccc lg(cphpka酸)c(盐)分

9、分析析由于同离子效应的存在，由于同离子效应的存在，通常用初始浓度通常用初始浓度c c0 0(ha) ,(ha) ,c c0 0(a(a) )代替代替 c c(ha) ,(ha) ,c c(a(a) ) 。无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系 溶液中较大量的溶液中较大量的haha与外加的少量的与外加的少量的ohoh生成生成a a和和h h2 2o o，当达到新平衡时当达到新平衡时, ,c c(a(a) )略有增加略有增加, , c c(ha)(ha)略略有减少，其浓度比变化不大，因此溶液的有减少，其浓度比变化不大，因此溶

10、液的c c(h(h3 3o o+ +) )或或phph值基本不变。值基本不变。 2oh (aq) ha(aq) a (aq)h o(l) 加入少量强碱：加入少量强碱：无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系加入少量强酸：加入少量强酸： 溶液中大量的溶液中大量的a a与外加的少量的与外加的少量的h h3 3o o+ +结合成结合成haha，当达到，当达到新平衡时，新平衡时，c c(ha)(ha)略有增加，略有增加，c c(a(a) )略有减少，略有减少，其浓度比其浓度比 变化不大，因此溶液的变化不大，因此溶液的c c(h(h

11、3 3o o+ +) )或或phph值基本不变值基本不变。 32h o (aq) a (aq) ha(aq) h o(l)无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系 弱酸弱酸弱酸盐：弱酸盐：6.3.3 6.3.3 缓冲溶液缓冲溶液phph值的计算值的计算 23ha(aq) h o(l) h o (aq) a (aq)a3(ha) (ha)(h o ) (a )kccc)a()ha(lg)ha(pphacck平衡浓度平衡浓度例例:hacnaac，h2co3nahco3判据：判据：c/k 500无机化学无机化学第六章：酸碱理论与

12、离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系4243ponah poh 2 ：例xcxxccaha 1eq l/mol 342324h po (aq)h o(l)h o (aq)h po (aq)3aa1ha() 6.710 xcxkcxa1 ph (ha)(a ) kxcc因为较大，不能忽略，必须解一元 二次方程，此时，缓冲溶液值公式中的，应是平衡浓度，不能用初始浓度代之。无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系2. 2. 弱碱弱碱 弱碱盐弱碱盐 nh3 h2o nh4cl 2b(aq)

13、h o(l) bh (aq)oh (aq) b(bh )(oh )(b)(b)cckcb(b) (b)(oh ) (bh )kccc b(b)pohp(b)lg (bh )ckcab(b)ph 14 p(b) lg lg(bh )p(bh )(bh )(b)ckccck无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系3.3.由多元弱酸酸式盐由多元弱酸酸式盐 组成的缓冲溶液组成的缓冲溶液溶液为酸性或中性溶液为酸性或中性8a2102 . 6 k22424ap(hhp lo()gp)hpokcc 224243h po (aq)h o (

14、l) hpo (aq)h o (aq) hpo poh2442例例1 1：如 nahco3na2co3 , nah2po4na2hpo4无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系溶液为碱性溶液为碱性应按水解平衡精确计算。应按水解平衡精确计算。 po hpo 3424例例1： 32424po (aq)h o (l)hpo (aq)oh (aq)3wb14a334 (po ) 0.022 (h po ) kkk 思考题：思考题：为什么？为什么？无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化

15、工系湖南理工学院化学化工系例例2 2： 23233hco (aq)h o (l)h o (aq) co (aq) 2323co (aq)h o(l) hco (aq)oh (aq)13a2 4.2 10k4wb1a2 2.1 10 kkk23b13(co )ph14p lg(hco )ckc2w3a23 (co)14( lg)lg (hco )kckc 23a23(co)p lg(hco )ckc分析：分析：kb2ka2故主要考虑故主要考虑co32-的水解的水解无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系结论：结论：(ha)(

16、b) 1 (a )(bh )cccc或接近时，缓冲能力最大缓冲能力与缓冲溶液中各组分的浓度有关，缓冲能力与缓冲溶液中各组分的浓度有关，c c(ha)(ha) ，c c(b)(b)及及 c c(a(a) )或或c c(bh(bh+ +) )较较 大时大时, ,缓冲缓冲能力强。能力强。缓冲溶液的缓冲溶液的缓冲能力缓冲能力是有限的；是有限的；(ha)(b) (a )(bh )cccc也还与或有关；缓冲溶液的缓冲溶液的phph值主要是由值主要是由pkpka a或或14-pk14-pkb b决定，决定，无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院

17、化学化工系 求求 300ml 0.50moll-1 h3po4和和 500ml 0. 50moll-1 naoh的混合溶液的的混合溶液的ph值。值。molnaoh25. 0 pomolh15. 043反应反应继续反应继续反应解：解：先反应再计算先反应再计算4242po0.05molnahhpo0.10molna 余下生成h0.10molnao 余下42po0.15molnah 生成例题例题: :得到得到h2po4-hpo42-的缓冲溶液的缓冲溶液无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系7.51 30. 021. 7100.

18、00500.0lg102 .6lg81 -24lmol800. 0100. 0)hpo(c lmol800. 00500. 0)poh(1 -42c 224243h po (aq)h o(l) hpo (aq)h o (aq)8a2 6.2 10k)hpo()po(hlg pph2442a2cck无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系例题：例题：若在若在 50.00ml 0.150mol50.00ml 0.150moll l-1 -1 nhnh3 3 (aq) (aq)和和 0.200 0.200 molmoll l-1

19、 -1 nhnh4 4clcl组成的缓冲溶液中，加入组成的缓冲溶液中，加入0.100ml 1.00 0.100ml 1.00 molmoll l-1-1的的hcl hcl ，求加入，求加入hclhcl前后溶液的前后溶液的phph值各为多少？值各为多少？解：解：加入加入 hcl hcl 前：前：4.4.缓冲溶液的缓冲性能的计算缓冲溶液的缓冲性能的计算324()nh aqh onhoh543 ()1.8 10 ()bc nhohkc nh34 () () ()bc nhc ohkc nh534()0.150lglg(1.8 10 )lg4.86()0.200bc nhpohpkc nh144.86

20、9.24ph 无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系加入加入hclhcl后：后：11lmol0020. 0lmol10.50100. 000. 1)hcl(c加加hcl前浓前浓度度/(moll-1) 0.150-0.0020 +y 0.200+0.0020-y x 0.150 0.200加加hcl后初始后初始浓度浓度/(moll-1)0.150-0.0020 0.200+0.0020平衡浓度平衡浓度/(moll-1)5108 .10.148)202.0(xxx9.11ph 4.89poh155lmol101.3)oh(

21、101.3cx +324nh(aq) + ho (l) nh (aq) +oh (aq)无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系 所选择的缓冲溶液，除了参与和所选择的缓冲溶液，除了参与和 h h+ +或或 ohoh 有关的反应以外，不能与反应系统中的其它有关的反应以外，不能与反应系统中的其它物质发生副反应；物质发生副反应； 缓冲溶液的选择和配制缓冲溶液的选择和配制原则：原则： pk pka a或或14-pk14-pkb b尽可能接近所需溶液的尽可能接近所需溶液的phph值；值； 缓冲范围：缓冲范围：11bapkpohpkp

22、h或缓冲能力：缓冲能力：phph改变改变1.01.0所需的强酸或强碱所需的强酸或强碱* * 6.3.4 6.3.4 缓冲范围和缓冲能力缓冲范围和缓冲能力无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系欲配制的缓冲欲配制的缓冲溶液的溶液的 ph ph 值值应选择的缓冲组分应选择的缓冲组分 若若pkpka a或或14-pk14-pkb b与所需与所需phph不相等，依所需不相等，依所需phph调整调整 。或)bh()b()a()ha(cccc35.12p po na- hpona 12pha34342k33.10p co na- na

23、hco 10pha2323k26. 9p14 cl nh- o h nh 9phb423k21. 7p hpo na -po nah 7pha24242k74. 4p naac - hac 5phak无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系aaa/php lgp lg/p lgcvkkcvk酸酸盐盐酸盐nnnn若使用相同浓度的弱酸及其共轭碱配制缓冲溶液，则c0(盐)= c0(酸)（混合前）。aaphp lgp lgcvvkkcvv酸酸酸盐盐盐混合体系中上述三种计算式是不同的表示形式。无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平

24、衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系 解：解：缓冲组分应为缓冲组分应为nana2 2hpohpo4 4 nana3 3popo4 4， pkpka3a3 = = 12.35 ,12.35 ,小于所需小于所需phph值，说明值，说明popo4 43-3-应过量，则应过量，则 2.0l na2.0l na3 3popo4 4 应全部用上。应全部用上。 设需设需0.10mol0.10moll l-1-1 nah nah2 2po4 po4 x xl l。例题：例题： 今有今有 2.0l0.10mol2.0l0.10moll l-1-1的的 nana3 3popo4

25、 4溶液和溶液和 2.0l 2.0l 0.10mol0.10moll l-1-1的的nahnah2 2popo4 4 溶液，仅用这两种溶液（不溶液，仅用这两种溶液（不可再加水）来配制可再加水）来配制ph=12.50ph=12.50的缓冲溶液，能配制的缓冲溶液，能配制多少升这种缓冲溶液？多少升这种缓冲溶液？无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系 324244po (aq)h po (aq) 2hpo (aq)反应前反应前 n/mol 20.10 0.10 x 0反应后反应后 n/mol 0.20 0.10 x 0 0.20

26、 x15 . 1lmol032. 0100 . 1)oh( 1.5pohc无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系平衡浓度平衡浓度/(moll-1)0.032 032. 00 . 220. 0 032. 00 . 210. 00.20 xxxx初始浓度初始浓度/(moll-1)0 0 .220.0 2.010.00.20 xxxx 3 2424po (aq) h o (l) hpo(aq) oh (aq)无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系解得解得

27、 x x = 0.12 = 0.12能配制能配制2.12l缓冲溶液缓冲溶液(2l na(2l na3 3popo4 4 + 0.12l + 0.12l nahnah2 2popo4 4) )。wb1a3340.200.0320.0322.00.0220.200.10(h po )0.0322.0 xkxkxkx无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系例例: : 欲用等体积的欲用等体积的 nah2po4 溶液和溶液和 na2hpo4 溶溶液配制液配制 1.00lph=7.20 的缓冲溶液，当将的缓冲溶液，当将50.00ml的

28、该缓冲溶液与的该缓冲溶液与5.00ml 0.10moll-1 hcl混合后，其混合后，其 ph值变为值变为 6.80，问，问 缓冲溶液缓冲溶液中中nah2po4 和和 na2hpo4 的浓度是多大？的浓度是多大？如果如果该缓冲溶液是由该缓冲溶液是由0.500moll-1 h3po4和和1.0moll-1 naoh配制，应分别取多少毫升？配制，应分别取多少毫升？无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系解：解：24a24(h po )phplg(hpo)ckc22440 (h po )(hpo )ccc2424(h po )7

29、.207.20lg(hpo)cc82424(h po )7.20lg 6.310lg(hpo)cc 无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系50. 05050. 050lg20. 780. 600cc10lmol0232. 0c解得：00500.50lg0.40500.50cc2424hcl na hponah ponacl 00 /mmol 5.0 0.10 50 50ncc反应前00 /mmol 0 500.50 500.50ncc反应后无机化学无机化学第六章：酸碱理论与离解平衡第六章：酸碱理论与离解平衡湖南理工学院化学化工系湖南理工学院化学化工系 2 h2 h3 3popo4 4+3naohnah+3naohnah2 2popo4 4 +na +na2 2hpohpo4 4+h+h2 2o o 反应后反应后n n之比之比/mol : 1 1/mol : 1 1 反应前反应前n/mol: 2 3n/mol: 2 3 反应前物质的量之比有：反应前物质的量之比有： 0.50.5v(hv(h3 3popo4 4) ) 2 v(h2 v(h