高二化学酸碱平衡

高二化学课件酸碱平衡第1页，共48页，2023年，2月20日，星期四（一）酸碱的定义电离理论电子理论质子理论酸——能电离出H+的物质碱——电离出OH-的物质酸——凡能接受电子的物质碱——凡能给出电子的物质酸——凡能给出质子的物质碱——凡能接受质子的物质一、酸碱质子理论第2页，共48页，2023年，2月20日，星期四例：以下哪些物种是酸碱质子理论的酸，哪些是碱，哪些具有酸碱两性？请分别写出它们的共轭碱和酸。

SO42-,S2-,H2PO4-,NH3,HSO4-,[Al(H2O)5OH]2+,CO32-,NH4+,H2S,H2O,OH-,H3O+,HS-,HPO42-第3页，共48页，2023年，2月20日，星期四酸碱质子理论酸——溶液中凡能给出质子的物质碱——溶液中凡能接受质子的物质例子特点：1）具有共轭性

2）具有相对性

3）具有广泛性A－+H+HA如：HCO3－既为酸，也为碱（两性）如：H2O中性分子，既可为酸，也可为碱如：继续第4页，共48页，2023年，2月20日，星期四举例返回共轭酸共轭碱+H+

conjugateacid

conjugatebaseproton第5页，共48页，2023年，2月20日，星期四（二）质子酸碱反应的实质酸碱半反应:酸给出质子或碱接受质子的反应

醋酸在水中的离解：半反应1HAc（酸1）Ac-（碱1）+H+半反应2H++H2O（碱2）

H3O+（酸2）HAc（酸1）+H2O（碱2）

H3O+（酸2）

+Ac-（碱1）

氨在水中的离解：半反应1NH3（碱1）+H+

NH4+（酸1）

半反应2H2O（酸2）OH-（碱2）+H+

NH3（碱1）+H2O（酸2）

OH-（碱2）

+NH4+（酸1）

共轭酸碱对共轭酸碱对第6页，共48页，2023年，2月20日，星期四酸碱反应的实质——质子的转移（或得失）酸的离解：碱的离解：水的自递：中和反应：H+H+H+H+H+H+H+半径小，电荷密度高，不能单独存在或只能瞬间存在水的质子自递常数KW=c（H+）c（OH-）=10-14（25℃）即pKW=14（25℃）第7页，共48页，2023年，2月20日，星期四小结!!!

酸碱半反应不可能单独发生酸碱反应是两对共轭酸碱对共同作用的结果酸碱反应的实质是质子的转移

质子的转移是通过溶剂合质子来实现的第8页，共48页，2023年，2月20日，星期四（三）水溶液的酸碱反应及其平衡常数1．水溶液中质子自递反应*非水溶液中

H2O+H2OH3O++OH–

SH+SHSH2++S-

溶剂合质子溶剂阴离子水的离子积第9页，共48页，2023年，2月20日，星期四酸的离解：碱的离解：AciddissociationBasedissociation水的自递：对共轭酸碱对HA—A-2、酸碱解离平衡及酸碱的强度第10页，共48页，2023年，2月20日，星期四讨论：Ka↑，给质子能力↑强，酸的强度↑

Kb↑，得质子能力↑强，碱的强度↑

共轭酸碱对HA和A-有如下关系第11页，共48页，2023年，2月20日，星期四多元酸碱的解离反应pKb1+pKa3=14.00pKb2+pKa2=14.00pKb3+pKa1=14.00H3PO4

H2PO4-HPO42-PO43-Kb2Kb1Kb3Ka1Ka2Ka3Kbi=KwKa(n-i+1)第12页，共48页，2023年，2月20日，星期四例1：计算HS-的pKb值。已知pKa1=7.02pKb2=pKw

－pKa1=14.00－7.02=6.98解：HS-

+H20H2S+OH-第13页，共48页，2023年，2月20日，星期四练习例2：已知H3PO4水溶液的Ka1θ=7.6×10－3，Ka2θ=6.3×10－8，计算PO43-的Kb3θ和Kb2θ。pKb3=pKw

－pKa1=14.00－2.12=11.88pKb2=pKw

－pKa2=14.00－7.20=6.80解：第14页，共48页，2023年，2月20日，星期四1.分析浓度与平衡浓度分析浓度(Analyticalconcentration)：一定体积溶液中含某种物质的量，包括已离解和未离解两部分,也称总浓度。平衡浓度（Equilibriumconcentration）：溶解到平衡时溶液中存在的各组分的物质的量浓度。2.酸（碱）的浓度与酸度（碱度）酸的浓度指单位体积溶液中所含某种酸的物质的量（mol），包括未解离的和已解离的酸的浓度。酸度是指溶液中H+的浓度或活度，常用pH表示。二、 酸碱平衡体系中各组分浓度的计算第15页，共48页，2023年，2月20日，星期四各型体的的平衡浓度在总浓度中占有的分数叫做那个型体的分布系数(distribution

coefficient，符号为δ)，显然系统中各型体分配系数之和应为1：δ(HAc)+δ(Ac-)=13.分布系数δ（Distributioncoefficient)（1）一元酸溶液如HAc：HAc，Ac-第16页，共48页，2023年，2月20日，星期四δHA＋δA-＝1分布分数的一些特征δ

仅是pH和pKa的函数，与酸的分析浓度c无关对于给定弱酸，

δ

仅与pH有关[H+]=[H+]

+Ka

δHA[H+]

+Ka

Ka

=δA-

第17页，共48页，2023年，2月20日，星期四例3计算pH=5.0时,HAc和Ac-的分布分数解:第18页，共48页，2023年，2月20日，星期四（2）二元酸溶液如草酸：H2C2O4，第19页，共48页，2023年，2月20日，星期四（3）多元酸溶液例如磷酸：第20页，共48页，2023年，2月20日，星期四例4计算pH＝4.5时，0.10mol·L-1草酸溶液中C2O42浓度。Ka1=5.9×10-2，Ka2=6.4×10-5解:第21页，共48页，2023年，2月20日，星期四例5计算pH=5.0时0.1mol·L-1草酸溶液中C2O42-的浓度。已知草酸的Ka1=5.60×10-2，Ka2=5.42×10-5。

解：返回第22页，共48页，2023年，2月20日，星期四化学平衡中，每一给定的分析浓度等于各存在型体平衡浓度之和溶液呈电中性，荷正电的质点数应等于荷负电的质点数酸碱反应达平衡时酸失去的质子数等于碱得到的质子数物料平衡式（质量平衡式）MBE电荷平衡式

CBE质子平衡式（质子条件式）PBE（一）三大守恒三、水溶液中酸碱平衡的处理方法第23页，共48页，2023年，2月20日，星期四MBE练习例6：cmol/mL的HAC的物料平衡式

c=c(HAC)+c(AC-)例：cmol/mL的H3PO4的物料平衡式

c=c(H3PO4)+c(H2PO4-)+c(HPO42-)+c(PO43-)例：cmol/mL的Na2HPO4的物料平衡式

c(Na+)=2c

c=c(H3PO4)+c(H2PO4-)+c(HPO42-)+c(PO43-)例：cmol/mL的NaHCO3的物料平衡式

c(Na+)=c

c=c(H2CO3)+c(HCO3-)+c(CO32-)第24页，共48页，2023年，2月20日，星期四CBE练习例：cmol/mL的HAC的电荷平衡式

c(H+)=c(AC-)+c(OH-)例：cmol/mL的H3PO4的电荷平衡式

c(H+)=c(H2PO4-)+2c(HPO42-)+3c(PO43-)+c(OH-)例：cmol/mL的Na2HPO4的电荷平衡式c(Na+)+c(H+)=c(H2PO4-)+2c(HPO42-)+3c(PO43-)+c(OH-)例：cmol/mL的NaCN的电荷平衡式

c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(OH-)第25页，共48页，2023年，2月20日，星期四关于PBE1．零水准法（质子参考水准）零水准物质的选择

a．溶液中大量存在的

b．参与质子转移反应质子条件式书写方法

等式左边——得质子后产物等式右边——失质子后产物

根据质子得失相等原则列出质子条件式第26页，共48页，2023年，2月20日，星期四续PBE例7：cmol/mL的NH4H2PO4的质子条件式

零水准——NH4+，H2PO4-，H2O

c(H3PO4)+c(H+)=c(NH3)+c(HPO42-)+2c(PO43-)+c(OH-)例8：cmol/ml的Na2HPO4的质子条件式

零水准——HPO42-，H2O

c(H2PO4-)+2c(H3PO4)+c(H+)=c(PO43-)+c(OH-)第27页，共48页，2023年，2月20日，星期四续PBE2．依据物料平衡和电荷平衡写质子条件式例9：cmol/mL的NaCN的质子条件式

物料平衡式：c(Na+)=c

c=c(HCN)+c(CN

-)（1）电荷平衡式：c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(OH-)（2）将（1）式带入（2）式质子条件式c(H+)+c(HCN)=c(OH-)第28页，共48页，2023年，2月20日，星期四

例写出NaNH4HPO4溶液的PBE。

得质子基准态失质子PBE：

[H+]+[HS-]+2[H2S]=[OH-]Na2S第29页，共48页，2023年，2月20日，星期四（二）酸碱溶液pH值的计算强酸强碱溶液pH值的计算弱酸弱碱溶液pH值的计算第30页，共48页，2023年，2月20日，星期四强酸按一般惯例将强酸定义为解离常数大于10的酸。强碱的定义与强酸类似。1、强酸（碱）溶液第31页，共48页，2023年，2月20日，星期四强酸溶液的pH值可从提供质子的两个来源考虑：酸的解离和水的解离。H2O

+HA+第32页，共48页，2023年，2月20日，星期四（1）若ca>10-6mol·L-1时，可忽略水的解离。因水所提供的[H+]必定小于10-8mol/l,即（2）若10-8mol·L-1<ca

<10-6mol·L-1时，两项不可忽略，需解一元二次方程。（3）若ca<10-8mol·L-1时，pH≈7，这时H+主要来自水解离。[OH-]=CB+[H+]CB强碱的浓度

第33页，共48页，2023年，2月20日，星期四例10.计算下列溶液的pH值：(1)0.025mol/lHCl(2)7.0×10-4mol/lNaOH(3)1.0×10-7mol/lNaOH(4)10-12mol/lHNO3解：(1)HCl为强酸，且cA=c(HCl)>10-6mol/l,所以

[H+]=0.025mol/lpH=(2)NaOH为强碱，且cA=c(NaOH)>10-6mol/l，所以

[OH-]=7.0×10-4mol/lpOH=3.15pH=14.00-3.15=10.85(3)因10-8mol/l<cB<10-6mol/l,需用精确式

[OH-]2–1.0×10-7[OH-]–10-14=0[OH-]=

mol/l=1.62×10-7mol/l pOH=6.79pH=7.21(4)由酸提供的H+

可忽略不记，故pH=7。

返回第34页，共48页，2023年，2月20日，星期四2.一元弱酸（碱）水溶液：弱酸：HA分析浓度：c①质子条件式：

c(H+)=c(OH-)+c(A-)②转换成c(H+)和零水准物质(HA)的平衡浓度第35页，共48页，2023年，2月20日，星期四③转换成一元弱酸的分析浓度:④近似处理:忽略水的解离c(HA)=c–c(A-)≈c–c(H+)第36页，共48页，2023年，2月20日，星期四忽略酸的解离，c(HA)=c–c(A-)≈c一元弱碱溶液：第37页，共48页，2023年，2月20日，星期四Kaca>20Kw，ca/Ka<400水的解离忽略，酸的解离对其分析浓度的影响不能忽略(2)ca/Ka

>400:Kaca<20Kw酸极弱，且浓度极小，水的解离是溶液中H+的重要来源不能忽略，但由于酸极弱，因此酸解离对分析浓度的影响忽略(3)Kaca>

20Kw,ca/Ka

>400:水的解离忽略，酸的解离对其分析浓度的影响忽略[H+]＝Ka[HA]+Kw精确表达式：[H+]＝Ka(ca-[H+])[H+]＝Kaca+Kw(最简式)[H+]＝Kaca第38页，共48页，2023年，2月20日，星期四例11计算0.20mol·L-1Cl2CHCOOH的pH.(pKa=1.26)如不考虑酸的离解(用最简式:pH=0.98),则Er=29%解:

Kac=10-1.26×0.20=10-1.96>>20Kwc/Ka

=0.20/10-1.26=100.56

＜500故近似式:解一元二次方程:[H+]=10-1.09则pH=1.09[H+]＝Ka(ca-[H+])第39页，共48页，2023年，2月20日，星期四处理方式与一元弱酸类似用Kb代替Ka，[OH-]代替[H+]一元弱酸的公式可直接用于一元弱碱的计算直接求出：[OH-],再求[H+]

pH=14-pOH第40页，共48页，2023年，2月20日，星期四质子条件式:[OH-]=[H+]+[HB]

代入平衡关系式[B-]Kb[OH-][OH-][OH-]Kw=+精确表达式:[OH-]

=Kb[B-]

+

Kw(1)Kbc>20Kw:(2)c/Kb

>400:(3)Kbc>20Kw,c/Kb

>400:[OH-]=Kb(cb-[OH-])[OH-]=Kbcb+Kw[H+]=KaKwcb[OH-]=Kbcb最简式:第41页，共48页，2023年，2月20日，星期四例12：计算下列溶液的pH.(1)0.05mol/LHCl(2)0.01mol/LHCN(Ka=6.2×10-10)(3)0.10mol/LNH4+(Kb=1.77×10-5)解（1）[H+]=c0=0.05mol/LpH=-lg[H+]=-lg0.05=1.30(2)c/Ka=0.01/6.2×10-10=1.6×107>>400pH=-lg[H+]=5.60(3)Ka=Kw/1.77×10-5=5.65×10-10且c/Ka>>400pH=-lg[H+]=5.12第42页，共48页，2023年，2月20日，星期四例13：298K时，HAc的电离常数为1.76×10-5。计算0.10mol·L-1HAc溶液的H+离子浓度和解离度。电离前浓度/mol·L-10.1000电离后浓度/mol·L-10.10-[H+][H+][Ac-]=[H+]Ka=——

[H+]2[HAc][H+]=Ka×(0.10-[H+])因为Ka很小,0.10-[H+]≈0.10

[H+]=1.76×10-5×0.10=1.33×10-3mol·L-1α=——×100%=————=×100%=1.33%[H+]CHAc1.33×10-30.1解：

HAcH++Ac-

第43页，共48页，2023年，2月20日，星期四例14：计算0.10mol/LKCN溶液(Ka=4.93×10-10)溶液的pH.解

Kb=Kw/4.93×10-10=2.01×10-5且c/Kb>>400

pOH=-lg[OH-]=2.85，pH=11.15第44页，共48页，2023年，2月20日，星期四c0 0.200 0 05108.1-×=327.11)109.1lg(14pOH14pH-=×--=-=3109.1%95.0200.0)OH(--×=×=c