常用酸碱溶液的质子条件式课件

1、常用酸碱溶液的质子条件式,1,PPT学习交流,2,PPT学习交流,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：,3,PPT学习交流,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:,4,PPT学习交流,5,PPT学习交流,6,PPT

2、学习交流,例2 计算0.20 molL-1 Cl2CHCOOH溶液的pH.,解: pKa(Cl2CHCOOH)=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%,7,PPT学习交流,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-

3、12.7),忽略Kw(水的碱性) 近似式: 若 0.05, (即Kb/cb 2.510-3) 则 cb-OH-cb, (即A-cb) 最简式:,8,PPT学习交流,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:,9,PPT学习交流,10,PPT学习交流,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:,11,PPT学习交流,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:,12,

4、PPT学习交流,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),13,PPT学习交流,14,PPT学习交流,15,PPT学习交流,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

5、.32 molL-1 pH = 8.32,16,PPT学习交流,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 = 10-13.80 Kw c/Ka2 = 0.033/10-7.21 = 105.73 20 故:,(若用最简式, pH = 9.77, Er = 22%),pH = 9.66,17,PPT学习交流,氨基乙酸 (甘氨酸) NH2CH2COOH NH3+CH2COOH NH3+CH2COO- NH2CH2COO- pKa1=2.35 pKa2=9.78 H2A+

6、 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?,18,PPT学习交流,19,PPT学习交流,蛋白质基本结构单位氨基酸,20,PPT学习交流,氨基酸,21,PPT学习交流,蛋白质的等电点(pI),22,PPT学习交流,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),23,PPT学习交流,例5 计算0

7、.10molL-1 Ac- + 0.20molL-1 H3BO3 溶液的pH .,解： Ka(HAc)=10-4.76, Ka(H3BO3)=10-9.24,pH=6.85,24,PPT学习交流,25,PPT学习交流,26,PPT学习交流,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 ： 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.,27,PPT学习交流,28,PPT学习交流,6. 强酸(HCl)、 强碱(NaOH)溶液的pH计

8、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.,29,PPT学习交流,30,PPT学习交流,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(NaOH),31,PPT学习交流,例 6 计算20.00 ml 0.1000molL-1 HA (pKa=7.00) +20

9、.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，,32,PPT学习交流,33,PPT学习交流,34,PPT学习交流,35,PPT学习交流,36,PPT学习交流,37,PPT学习交流,38,PPT学习交流,39,PPT学习交流,40,PPT学习交流,41,PPT学习交流,42,PPT学习交流,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？,43,PPT学习交流,计算方法： (1) 先按最简式计算

10、OH-或H+. (2) 再计算HA或A-,看其是否可以忽 略.如果不能忽略,再按近似式计算.,44,PPT学习交流,9. 两弱酸(HA+HB)溶液,H+=,两弱碱溶液类似处理.,45,PPT学习交流,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,46,PPT学习交流,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：,47

11、,PPT学习交流,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：,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.,48,PPT学习交流,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 = 4.94,49,PPT学习交流,(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

12、： H+=10-1.65 molL-1 , pH=1.65,50,PPT学习交流,例8 在20.00mL 0.1000molL-1 HA(Ka=10-7.00) 溶液中, 加入0.1000molL-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 = 9.56,51,PPT学习交流,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

13、. 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.,52,PPT学习交流,复杂酸碱体系溶液中酸碱形态的计算,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, 4.29,53,PPT学习交流,解 (方法一) 混和后发生了酸碱中和反应, 可忽略Na2C2O4 消耗

14、的H+. c(HCOOH) = 0.10 molL-1, c(HCOO-) = 0.15 molL-1 C2O42- = c(C2O42-) x(C2O42-) = 3.210-5 (molL-1),54,PPT学习交流,(方法二) 混和后不考虑发生反应 Zero 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-

15、5molL-1,55,PPT学习交流,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,56,PPT学习交流,质子条件:,H+b = A-+OH-,HA-A- 体系： HA(c) +OH-(b),根据 和 换算得:,57,PPT学习交流,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

16、 pKa+ 1,共轭体系缓冲容量的特点：,58,PPT学习交流,0.1molL- 1HAc 溶液的 - pH曲线,59,PPT学习交流,60,PPT学习交流,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 (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.,61,PPT学习

17、交流,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.,62,PPT学习交流,配制缓冲溶液的计量方法,缓冲容量法: (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

18、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？,63,PPT学习交流,解：,又,m(NH4Cl) = cx(NH4+) V M,V(NH3) = c x(NH3) V /c(NH3),64,PPT学习交流,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.,65,PPT学习交流,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 (引入碱的量c(NaOH)= x(A)c总) 求出c总 3.pH0时 ca=c总 x(HA)0 cb=c总 x(A)0,66,PPT学习交流,常用缓冲物质,表中打* 者最为常用.,67,PPT学习交流,pKa: