常用酸碱溶液的质子条件式

1、1,常用酸碱溶液的质子条件式,2,3,1.一元弱酸(ha)的h+的计算,质子条件式: h+ = a- + oh-,若将 代入精确表达式 展开得一元三次方程 h+3 + kah+2- (kaca+kw)h+ - kakw= 0,代入平衡关系式 精确表达式：,4,若: ka c 20kw(10-12.7), 忽略kw(即忽略水的酸性) ha= ca-a-= ca- (h+-oh-) ca-h+ 得近似式: 展开: h+2+kah+- ca ka= 0,若 0.05, 即 , 则ca-h+ca 得最简式:,5,6,7,例2 计算0.20 moll-1 cl2chcooh溶液的ph.,解: pka(c

2、l2chcooh)=1.26 kac = 10-1.260.20 = 10-1.96 20kw ka/c = 10-1.26/0.20 = 10-0.56 2.510-3 故应用近似式: 解一元二次方程: h+ = 10-1.09 ,则ph = 1.09,如不考虑酸的离解(用最简式:ph = 0.98), 则 er = 29%,8,2. 一元弱碱(a-)溶液的oh- 计算,质子条件: h+ + ha = oh- 引入平衡关系: oh- = 精确表达式: 若: kb cb 20kw(10-12.7),忽略kw(水的碱性) 近似式: 若 0.05, (即kb/cb 2.510-3) 则 cb-oh

3、-cb, (即a-cb) 最简式:,9,思路二,质子条件: h+ + ha = oh- 引入平衡关系: 精确表达式: 近似式: 最简式:,10,11,3. 两性物(ha-)溶液h+的计算,质子条件: h2a + h+ = a2- + oh-,平衡关系: 精确表达式:,12,若: ka1 ka2, ha-c(ha) (若 pka 3.2, 则 5 % ) 又: ka2 c(ha-) 20kw, 得 近似式:,精确表达式:,13,近似式:,如果 c(ha-)/ka120, 则“1”可略, 得 最简式:,(若c/ka120, ka2c20kw,即使ka1与ka2相近, 也可使用最简式计算),14,1

4、5,16,例3 计算0.050moll-1 nahco3溶液的ph.,解: pka1 = 6.38, pka2 = 10.25 pka = 3.87 3.2, ha- c(ha-) ka2 c = 10-10.25 0.050 = 10-11.55 20kw c/ka1 = 0.050/10-6.38 = 105.08 20 故可用最简式: h+ = = 10-8.32 moll-1 ph = 8.32,17,例4 计算0.033moll-1 na2hpo4溶液的ph.,pka1 pka3: 2.16, 7.21, 12.32 解: ka3 c = 10-12.32 0.033 = 10-13

5、.80 kw c/ka2 = 0.033/10-7.21 = 105.73 20 故:,(若用最简式, ph = 9.77, er = 22%),ph = 9.66,18,氨基乙酸 (甘氨酸) nh2ch2cooh nh3+ch2cooh nh3+ch2coo- nh2ch2coo- pka1=2.35 pka2=9.78 h2a+ h+a- a- 氨基乙酸 氨基乙酸 氨基乙酸 阳离子 双极离子 阴离子 等电点时: h2a+ = a-,-h+,-h+,+h+,+h+,甘氨酸溶液的ph与其等电点时的ph(即pi)是否相等?,19,20,蛋白质基本结构单位氨基酸,21,氨基酸,22,蛋白质的等电点

6、(pi),23,4. 弱碱(a-)+弱酸(hb) 溶液的ph(ka(ha) ka(hb),质子条件: h+ + ha = b- + oh- 精确表达式: 近似式: 最简式: 若c(hb)=c(a-), (与两性物相同),24,例5 计算0.10moll-1 ac- + 0.20moll-1 h3bo3 溶液的ph .,解： ka(hac)=10-4.76, ka(h3bo3)=10-9.24,ph=6.85,25,26,27,5. 多元弱酸(碱)溶液的ph计算,以二元酸(h2a)为例 质子条件: h+ = ha- + 2a2- + oh- 精确式： 若 /h+ 0.05, 则该项可略. 近似式

7、 ： 以下与一元酸的计算方法相同.大部分多元酸均可按一元酸处理,忽略第二步及以后各步的离解.,28,29,6. 强酸(hcl)、 强碱(naoh)溶液的ph计算,强酸(hcl) 质子条件: h+ = c(hcl) + oh- 一般情况: h+ = c(hcl),强碱(naoh) 质子条件: h+ + c(naoh) = oh- 一般情况: oh- = c(naoh),c(naoh)10-6moll-1 则可以忽略水的碱性.,30,31,7. 强碱(naoh) +弱碱(a-) 的ph计算 质子条件: h+ + ha + c(naoh) = oh- 近似式: 忽略弱碱的离解: 最简式： oh- c

8、(naoh),32,例 6 计算20.00 ml 0.1000moll-1 ha (pka=7.00) +20.04 ml 0.1000moll-1 naoh的ph.,解方程得,解：,先按简化式，,弱碱a解离的oh不能忽略，,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,8. 强酸(hcl) +弱酸(ha)的ph计算: 质子条件: h+ = c(hcl) + a- + oh- 近似式: 忽略弱酸的离解: 最简式：h+ c(hcl),h2so4为何体系？,44,计算方法： (1) 先按最简式计算oh-或h+. (2) 再计算ha或a-,看其是否可以忽 略.如果不能忽略,再按近

9、似式计算.,45,9. 两弱酸(ha+hb)溶液,h+=,两弱碱溶液类似处理.,46,以ha、a-、h2o为零水准 h+haa=oh-+a-ha ca=haha+a-ha 即 a-ha = ca -haha，代入上式 ca=haa+haha+h+-oh-=ha +h+-oh- 可得 ha= ca h+oh-,10. 共轭酸碱体系(ha+a-)的ph计算,47,类似地，将cb=a-a+haa代入质子条件式，可得 a-=cb+h+-oh-代入平衡关系 ,得精确式：,48,酸性,略去oh- (近似式) 碱性,略去h+: (近似式) 若：ca oh- - h+ ，cb h+ - oh- 则得最简式：,

10、计算方法: (1) 先按最简式计算h+. (2) 再将oh-或h+与ca、cb比较, 看忽略是否合理.,49,例7 计算以下溶液的ph (a) 0.040 moll-1 hac 0.060 moll-1 naac 解(a) 先按最简式: cah+, cbh+ 结果合理 , ph = 4.94,50,(b) 0.080moll-1二氯乙酸 0.12moll-1二氯乙酸钠 解(b) 先用最简式,应用近似式: 解一元二次方程： h+=10-1.65 moll-1 , ph=1.65,51,例8 在20.00ml 0.1000moll-1 ha(ka=10-7.00) 溶液中, 加入0.1000mol

11、l-1 naoh溶液 19.96ml, 计算ph.,解: ca = 10-4.00 moll-1 cb = 10-1.30moll-1 先按最简式, oh- = 10-4.30 moll-1 应用近似式: 解一元二次方程: oh- = 10-4.44 moll-1 ph = 9.56,52,酸碱溶液h+计算小结,一. 一元弱酸(碱): ha(a-) 多元弱酸(碱): hna(an-) 二. 两性物质: ha- 类两性物质: a-+hb 三. 混合酸碱: 强+弱、弱+弱 四. 共轭酸碱: ha+a-,判断条件, 确定用近似式或最简式.,先用最简式计算,再看是否合理.,53,复杂酸碱体系溶液中酸碱

12、形态的计算,例9 10ml 0.20moll-1 hcl 溶液,与10ml0.50moll-1 hcoona和2.010-4 moll-1 na2c2o4 溶液混和,计算溶液中的c2o42-. 已知: pka(hcooh) = 3.77; h2c2o4 的 为1.25, 4.29,54,解 (方法一) 混和后发生了酸碱中和反应, 可忽略na2c2o4 消耗的h+. c(hcooh) = 0.10 moll-1, c(hcoo-) = 0.15 moll-1 c2o42- = c(c2o42-) x(c2o42-) = 3.210-5 (moll-1),55,(方法二) 混和后不考虑发生反应 z

13、ero level: hcl ，hcoo-， c2o42-，h2o pce: h+ + hcooh + hc2o4- + 2h2c2o4 =oh- + c(hcl) 混和后, c(hcl) = 0.10 moll-1 c(hcoo-) = 0.25 moll-1 解得: h+ = 10-3.95 moll-1 c2o42- = 3.210-5moll-1,56,3.4 酸碱缓冲溶液,3.4.1 缓冲容量,使1l溶液的ph增加dph单位时所需强碱db mol 使1l溶液的ph减少dph单位时所需强酸da mol,或是,57,质子条件:,h+b = a-+oh-,ha-a- 体系： ha(c) +

14、oh-(b),根据 和 换算得:,58,强酸: h+= 2.3h+=2.3c(hcl) ( ph11) ha a- : ha a- = 2.3c x1x0,1. c, c增大则 增大 2. h+ = ka，即 ph = pka时 max = 0. 575 c 3. 缓冲范围: pka-1 ph pka+ 1,共轭体系缓冲容量的特点：,59,0.1moll- 1hac 溶液的 - ph曲线,60,61,3.4.2 缓冲溶液的选择,1. 有较大的缓冲能力: c 较大(0.011moll-1); phpka, 即ca : cb1 : 1,4.5 6,810,hac naac : pka= 4.76

15、(ph 45.5) nh4cl nh3: pkb= 4.75 ( ph ) (ch2)6n4 (ch2)6n4h+: pkb= 8.87 ( ph ),2. 不干扰测定: 例如edta滴定pb2+时,不用hac-ac-控制ph.,62,3.4.3 缓冲溶液的配制方法,1. 按比例加入ha和a (naac+hac, nh4cl+nh3); 2. 溶液中h+大, 加过量a-, 溶液中oh-大, 加过量ha; 3. 溶液中有ha,可加naoh中和一部分, 溶液中有a-,可加hcl中和一部分.,缓冲溶液浓度的计算方法有:缓冲容量法、缓冲溶液ph计算式法、及摩尔分数法.,63,配制缓冲溶液的计量方法,缓

16、冲容量法: (引入酸碱均适用) 1.根据引入的酸(碱)量求 2.根据所需ph求总浓度c ： =2.3c x0 x1 3.按x0与x1的比值配成总浓度为c 的缓冲溶液.,例10 欲制备200 ml ph=9.35 的nh3-nh4cl 缓冲溶液，且使该溶液在加入1.0 mmol 的hcl或naoh时，ph的改变不大于0.12单位，需用多少克nh4cl 和多少毫升1.0 moll-1 氨水？,64,解：,又,m(nh4cl) = cx(nh4+) v m,v(nh3) = c x(nh3) v /c(nh3),65,缓冲溶液ph计算式法(确定引入酸或碱时): 1.按所需ph求ca/cb: 2.按引入的酸(碱)量 ca( cb)及ph变化限度计算ca和cb: 3.据ca、cb及所需溶液体积配制溶液.,66,摩尔分数法 (确定引入酸或碱时)： 1.分别计算ph0和ph1时的x(ha)、x(a) 2.引入酸的量c(hcl)= x(ha)c总