无机及分析化学酸碱平衡学习教案

1、会计学1无机无机(wj)及分析化学及分析化学 酸碱平衡酸碱平衡第一页，共70页。2 1.掌握酸碱质子理论中酸、碱、共轭酸碱对以及酸碱反应(fnyng)的实质等基本概念；了解酸碱电子理论的基本概念； 2.掌握水的离子积、弱酸、弱碱(ru jin)的解离平衡常数的表示方法及相关计算； 3.了解一元酸，多元酸中各种( zhn)型体的分布规律及分布系数的计算方法； 4.掌握质子条件式，一元弱酸碱，多元弱酸碱以及两性物质的pH计算的原理与方法； 5.掌握缓冲溶液的缓冲原理，缓冲容量，缓冲范围以及缓冲溶液的配置方法。第1页/共69页第二页，共70页。33.1 酸碱理论(lln)3.3 弱酸（碱）溶液中各种

2、( zhn)型体的分布3.2 酸（碱）的解离(ji l)平衡3.4 酸（碱）度计算3.5 缓冲溶液第2页/共69页第三页，共70页。43.1 3.1 酸碱理论酸碱理论(lln)(lln)3.1.1 3.1.1 酸碱质子酸碱质子(zhz)(zhz)理论理论 酸碱质子理论酸碱质子理论1923年由布朗斯年由布朗斯特特(Brnsted)和劳和劳莱莱(Lowry)各自独各自独立地立地(ld)提出。提出。第3页/共69页第四页，共70页。51. 1. 酸碱的定义酸碱的定义(dngy)(dngy)酸 能给出质子(zhz)（H+）的物质，例如：HCl，NH4+，HSO4-碱能接受(jishu)质子（H+）的物

3、质，例如：Cl-，NH3，SO42-两性物质既能给出质子（H+），又能接受质子（H+）的物质，例如：H2O，HPO42-，HCO3-酸碱质子理论中没有盐的概念酸碱质子理论中没有盐的概念注意注意第4页/共69页第五页，共70页。62. 2. 酸碱的共轭关系酸碱的共轭关系(gun x)(gun x) 酸失去一个质子酸失去一个质子(zhz)变为其共轭碱，变为其共轭碱， 碱得到一个质子碱得到一个质子(zhz)变成其共轭酸。变成其共轭酸。酸碱之间这种相互联系，相互依存的关系(gun x)称为共轭关系(gun x)。 第5页/共69页第六页，共70页。7酸强度碱强度第6页/共69页第七页，共70页。83.

4、 3. 酸碱反应酸碱反应(fnyng)(fnyng)的实质及酸碱半反应的实质及酸碱半反应(fnyng)(fnyng)酸碱反应的实质就是酸和碱之间通过相互作用，发生酸碱反应的实质就是酸和碱之间通过相互作用，发生(fshng)(fshng)质子转移，分别转化为其共轭碱和共轭酸的反质子转移，分别转化为其共轭碱和共轭酸的反应，每一个酸碱反应都包括两个酸碱半反应。应，每一个酸碱反应都包括两个酸碱半反应。 HA(酸) + B(碱)HB+(酸) + A(碱)半反应(fnyng)1 半反应2总反应HA(酸1)A(碱2) + H+B(碱1) + H+HB+(酸2)HA(酸1) + B(碱1)HB(酸2) + A

5、(碱2)共轭共轭共轭共轭第7页/共69页第八页，共70页。9醋酸在水溶液中的解离醋酸在水溶液中的解离(ji l)过程过程 Ac OH HAc2 OH 3H Ac+Ac+OHHH+OHH半反应(fnyng)1半反应(fnyng)2HAcAc H H OH2 OH 3第8页/共69页第九页，共70页。10氨在水中的解离氨在水中的解离(ji l)过程过程 NHHH+oHHHO+NHHHH+OH NH2 34NHOH 半反应(fnyng)1半反应(fnyng)2OH2OH H H NH34NH第9页/共69页第十页，共70页。11氨气和氯化氢气体氨气和氯化氢气体(qt)(qt)反应反应ClH+NHHH

6、Cl+NHHHH+ HCl NH3ClNH4半反应(fnyng)1半反应(fnyng)2 H NH34NHHClCl H 第10页/共69页第十一页，共70页。124.4.酸碱质子酸碱质子(zhz)(zhz)理论的优理论的优缺点缺点扩大了酸、碱的范围，不仅水溶液扩大了酸、碱的范围，不仅水溶液(rngy)中，非水中，非水溶液溶液(rngy)、气相，固相中都存在酸碱及酸碱反应。、气相，固相中都存在酸碱及酸碱反应。把酸碱电离理论中的电离、中和、盐的水解把酸碱电离理论中的电离、中和、盐的水解统一为统一为“质子质子(zhz)传递反应传递反应”。仅适用于有仅适用于有H+的体系，无的体系，无H+体系不适用。

7、体系不适用。许许多明显的酸碱反应不能通过酸碱质子理论来多明显的酸碱反应不能通过酸碱质子理论来解释，如解释，如SO3和和CaO之间的反应，之间的反应，H3BO3的酸的酸性等。性等。优优点点缺缺点点第11页/共69页第十二页，共70页。133 . 1 . 23 . 1 . 2 * * 酸 碱 电 子酸 碱 电 子(dinz)(dinz)理论理论酸电子对的接受体，是任何可以接受外来电子对的分子或离子，通常称为(chn wi)路易斯酸。例如：HAc，Ni，Fe3+，H3BO3等碱电子对的给予体，是可以给出电子对的分子或离子(lz)，通常称为路易斯碱。例如：NH3，CO，CN，H2O等1923年美国化学

8、家路易斯（年美国化学家路易斯（Lewis G N）提出了酸碱电子理论提出了酸碱电子理论 第12页/共69页第十三页，共70页。142. 2. 酸碱反应酸碱反应(fnyng)(fnyng)的实质的实质3NH HAcAcNH44CONi4Ni(CO)CaOSO34CaSO6CN Fe336Fe(CN)OHBOH233 H B(OH)4 路易斯酸+路易斯碱酸碱加和物 酸碱反应(fnyng)的实质是酸提供空轨道，碱提供电子对，酸碱之间通过共价配键相结合，生成酸碱加和物反应(fnyng)过程中不发生电子转移。第13页/共69页第十四页，共70页。15 酸碱电子理论太笼统，酸碱特征不明显；没有统一(tng

9、y)的酸碱强弱的定量标度。 3.3.酸碱电子酸碱电子(dinz)(dinz)理论的优理论的优缺点缺点优优点点缺缺点点 酸碱电子理论将酸碱的概念与物质的电子结构相联系(linx)，范围无所不包，既不局限于某元素，也不受溶剂,物相限制。第14页/共69页第十五页，共70页。163.2 3.2 酸（碱）的解离酸（碱）的解离(ji l)(ji l)平衡平衡3.2.1 3.2.1 水的离子水的离子(lz)(lz)积常数积常数OH + H3O+H2O + H2O)OH()H(ccKw水作为最重要的溶剂，既可以作为酸给出质子，又可以作为碱接受质子，因此在纯水中存在(cnzi)水分子之间的质子转移反应wK 该

10、反应称为水的质子自递反应，该反应的的标准平衡 常数 称为水的质子自递常数，也称为水的离子积， 其表达式为第15页/共69页第十六页，共70页。17wK 作为水的质子自递反应的平衡常数，与浓度、压力无关，而与温度有关，温度一定时，水的离子积是一个常数。注意注意t 0C01020253040506014.9614.53 14.16 14.00 13.83 13.53 13.26 13.02不同温度时水的wKpwKp中性水的中性水的pH = 7.00，中性水的，中性水的pH=pOH？第16页/共69页第十七页，共70页。181. 1. 弱酸（碱）的解离弱酸（碱）的解离(ji l)(ji l)常数定义

11、常数定义酸给出一个质子转化成其共轭碱，水得到该质子转化成其共轭酸，酸与水的质子传递反应达到平衡状态时的平衡常数称为该弱酸的解离常数，简称酸常数，通常以 表示。aK水失去一个质子变成其共轭碱，碱接受该质子变成其共轭酸。碱与水的质子传递反应达到平衡状态时的平衡常数称为该弱碱的解离常数，简称碱常数，通常以 来表示。 bK3.2.2 3.2.2 弱酸（碱）的解离弱酸（碱）的解离(ji (ji l)l)常数及其相对强度常数及其相对强度第17页/共69页第十八页，共70页。19一元弱酸一元弱酸HA的解离常数的解离常数(HA)(A)(H(HA)cccKa2. 2. 一元弱酸（碱）的解离一元弱酸（碱）的解离(

12、ji l)(ji l)常数及其表达式常数及其表达式一元一元(y yun)(y yun)弱酸弱酸HAHA的解的解离过程离过程OH HA 2A OH3注意注意一元弱碱一元弱碱A A的解离的解离(ji (ji l)l)过程过程一元弱碱一元弱碱A的解离常数的解离常数 OH A2HA OH )(A(HA)(OH)(AcccKb 和和 与浓度、压力无关，只与温度有关与浓度、压力无关，只与温度有关aKbK第18页/共69页第十九页，共70页。20OH HAc2Ac OH35108 . 1(HAc)-(Ac)(H(HAc)-cccKaOH NH2433NH OH10106 . 5)(NH)(NH)(H)(NH

13、434-cccKaOH Ac2HAc OH 10106 . 5)(Ac(HAc)(OH)(AccccKbOH NH2 34NHOH5343108 . 1)(NH)(NH)(OH)(NH-bcccK一元一元(y yun)弱酸弱酸一元一元(y yun)弱碱弱碱第19页/共69页第二十页，共70页。213. 3. 多元弱酸（碱）的解离多元弱酸（碱）的解离(ji l)(ji l)常数及其表达式常数及其表达式多元多元(du yun)弱酸弱酸OH OCH2422423OHC OHOHOHC242 2423OC OH)OC(H)O(HC)(H)OC(H422424221cccKa)O(HC)O(C)(H)O

14、C(H422424222cccKa多元多元(du yun)弱碱弱碱OH S22HS OH OH HS2SH OH2)(S)(HS)(OH)(S22cccKb)(HSS)(H)(OH)(S22cccKb多元弱酸（碱）的解离过程是分步进行的多元弱酸（碱）的解离过程是分步进行的 第20页/共69页第二十一页，共70页。224.4.共轭酸碱对共轭酸碱对 和和 之间的关系之间的关系 aKbK(HA)(A)(H(HA)cccKaHA的解离的解离(ji l)过程过程)(A(HA)(OH)(AcccKbA的解离的解离(ji l)常数常数wbaKKK)(A(HA)OH A2HA OH OH HA 2A OH3H

15、A的解离的解离(ji l)常数常数A的解离过程的解离过程第21页/共69页第二十二页，共70页。23 多元酸碱中多元酸碱中 和和 的对应关系的对应关系aKbKH3AH2AHA2A3 )(A31bK)(A32bK)(A33bKA)(H31aKA)(H32aKA)(H33aKwbaKKK)(AA)(H3331wbaKKK)(AA)(H3232wbaKKK)(AA)(H3133以H3A和A3-为例例：试求HPO42- 的 pKb2和 Kb2。解：经查表可知解：经查表可知(k zh) Ka2 = 6.310-8，即即 pKa2 = 7.20 由于由于 Ka2Kb2 = 10-14 所以所以 pKb2

16、= 14 - pKa2 = 14 - 7.20 = 6.80 即即 Kb2=1.610 -7第22页/共69页第二十三页，共70页。243.2.4. 3.2.4. 解离解离(ji l)(ji l)度和稀释定律度和稀释定律解离度是指弱酸或弱碱在水溶液中达到(d do)解离平衡时，已解离的部分的浓度占其总浓度的百分数，通常用来表示 除与其本性和温度有关以外，还与弱酸或者弱碱的浓度有关。 HA + H2O H3O+ + A对于(duy)浓度为c0的某一元弱酸HA，在水溶液中达到解离平衡时：(HA)(A)(H(HA)cccKa(HA)(HA)(HA)(A)(HaaKnKncncncQ若向此体系中加入水

17、进行稀释，使体系的总体积变为原来的n倍，这此时的反应商为 弱酸弱碱的解离度随着溶液浓度的减小而增大弱酸弱碱的解离度随着溶液浓度的减小而增大平衡向解离方向移动第23页/共69页第二十四页，共70页。25解离度与弱酸的分析浓度c0之间的定量关系，可以(ky)通过弱酸解离常数与浓度之间的关系定量求得。c)(ccccccKa11(HA)(A)(H(HA)20000起始(q sh)浓度/molL-1平衡(pnghng)浓度molL-1HA + H2O H3O+ + A)1 (0c0c0c0c00(当当5)0.034molL1饱和酒石酸氢钾3.560.025molL1邻苯二甲酸氢钾4.010.025molL1KH2PO4- 0.025molL1 Na2HPO46.860.01molL1硼砂9.18第68页/共69