无机化学第二章-酸碱平衡ppt课件.ppt

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1、第二章第二章 酸碱平衡酸碱平衡一、酸碱理论二、弱酸和弱碱的解离平衡四、缓冲溶液三、酸碱溶液中离子浓度的计算一、酸碱理论1.酸碱理论的演变过程 几种理论的相互关系1887 Arrhenius (阿仑尼乌斯)1905 Franklin ( 富兰克林 )1923 Bronsted (布郎斯特和劳莱)同年Lewis(路易斯)1939(乌萨诺维奇)1963 (皮尔森等人)正正负负理理论论电子论电子论电离电离溶溶剂剂论论质质子子论论酸碱电离理论酸碱溶剂论酸碱质子理论酸碱电子理论酸碱正负理论软硬酸碱理论凡是能接受质子的分子或离子是碱1） 酸、碱定义凡是能给出质子的分子或离子是酸如：NH4+ 、 HAc 、H

2、3O+ 、H2PO4- 、HPO42-酸是质子的给予体如：NH3 、HPO42- 、CO32- 、OH-碱是质子的接受体2.酸碱质子理论HB(酸) H+(质子) + B-(碱)HCl H+ + Cl-HAc H+ + Ac-NH4+ H+ + NH3Al(H2O)63+ H+ + Al(H2O)5(OH)2+ H2PO4- H+ + HPO42- HPO42- H+ + PO43-H3O+ H+ + H2O酸碱的关系HB / B-： 共轭酸碱对相差一个质子H2O H+ + OH-（1）酸分子酸阳离子酸碱分子碱阳离子碱在共轭酸碱对中（2）既给出质子又接受质子两性物质或两性离子HPO42-、H2O

3、（3）无盐概念NH4AcNH4+共轭酸碱的强度互成反比（4）共轭酸碱的转化是可逆的（5） wbaKKKwabKKK是酸、碱半反应，不能单独进行。离子酸Ac-离子碱阴离子酸阴离子碱酸中有碱碱可变酸知酸便知碱知碱便知酸相互依存相互转化辨证关系HAcAc-H3PO4NH3Cu2+、Zn2+非酸非碱酸的强度：全部给出质子部分给出质子水溶液中最强的酸是H3O+碱的强度：全部接受质子部分接受质子水溶液中最强的碱是OH-2） 酸、碱的强度酸给出质子能力的量度 强酸 弱酸碱接受质子能力的量度 强碱 弱碱（强酸）溶剂的拉平效应水作溶剂：给出H+能力无差异 （水起拉平作用）不同强度的酸、碱被溶剂调整到同一酸、碱强

4、度水平的作用。HClO4 H2SO4 HNO3 HCl冰醋酸（17molL-1)作溶剂：HClO4H2SO4HNO3HCl冰醋酸可把这些酸区分开来这种溶剂叫做区分溶剂酸强度产生如下顺序：溶剂的这种作用称区分效应比较酸碱以同一溶剂作为标准，不指明溶剂，视为以H2O作为溶剂。 HClO4 H2SO4 HCl HNO3H2CO3、H3PO4、HAc部分给出质子弱酸相对强弱： 用解离常数大小衡量酸： H2CO3 H3PO4 HAc酸的强弱：H3PO4 HAc H2CO3注意：注意：最强的酸 H3O+ 最强的碱 OH-NH3(液)NH4+NH2-HAc(冰)H2Ac+Ac-溶剂溶剂合质子溶剂的负离子溶剂

5、 H2O解离常数： 4.310-7 7.510-3 1.7610-53）酸碱反应实质：质子转移方向：较强酸1 1 + 较强碱2 2 较弱酸2 2 + 较弱碱1 1共轭酸碱对共轭酸碱对HCl + NH3 = NH4ClCu2+ + 4NH3 = Cu(NH3)42+酸碱反应不是酸碱反应练习练习：画出下列反应中H+的转移方向、比较酸碱 强度、指出反应进行的方向 HAc + H2O H3O+ + Ac- H2O + NH3 NH4+ + OH- HAc + NH3 NH4+ + Ac- H2O + Ac- HAc + OH- NH4+ + H2O H3O+ + NH3 H3O+ + OH- H2O

6、+ H2O HCl + NH3 NH4+ + Cl- HAc + H2O H3O+ + Ac-H+H+酸的强度：碱的强度：逆反应趋势大， HAc不易解离 H2O + NH3 NH4+ + OH-H+H+酸的强度：碱的强度：逆反应趋势大， NH3不易解离H3O+HAc，Ac-H2ONH4+H2O，OH-NH3 HAc + NH3 NH4+ + Ac-H+H+酸的强度：碱的强度：反应向右 H2O + Ac- HAc + OH-H+H+酸的强度：碱的强度：反应向左HAc NH4+ ，NH3 Ac-HAc H2O ，OH- Ac- NH4+ + H2O H3O+ + NH3H+H+H3O+ NH4+

7、NH3 H2O反应向左 H3O+ + OH- H2O + H2OH+H+H3O+ H2O OH- H2O反应向右 HCl + NH3 NH4+ + Cl-H+H+HCl NH4+ NH3 Cl-反应向右lewis 酸：lewis 碱：lewis酸 + lewis碱3.酸碱电子理论可以接受电子对的分子、离子或原子如：Fe3+ 、 S 、 Ag+、 BF3可以给出电子对的离子或分子如： :X、 :NH3、 :CO、 H2O:酸碱加合物配位键配位键 电子对的接受体电子对的给予体ClHHNH H NH HCl3 FFBF F BF3 + F23333NH NH CuNH NH Cu2+ + 4 NH3

8、二、弱酸和弱碱的解离平衡1. 解离度（ ）2.解离平衡和解离常数3.和 的关系 稀释定律iK4. 同离子效应和盐效应1解离度（ ）cxc、T相同，电解质 弱解离度() =解离部分的弱电解质浓度(x)解离前弱电解质浓度(c)100%小， 大小本性浓度、温度其它电解质有关H AH+ + A-解 离结 合一元弱酸HA的解离：是T的函数，icccK)HA/()/A)(/H(HAAHKiiK解离常数iK2. .解离平衡和解离常数时时当当结结解解与浓度无关实验测定热力学数据酸性： 小，iKiK 弱酸的解离常数，aKbK如25, HAc = 1.7510-5 aKiK10-4 (弱电解质) ；iK=10-2

9、10-3 (中强电解质)OHHAc 弱碱的解离常数OHaK= 1.310-10电解质弱 ；H2S的解离：H2SH+ + HS-HS-H+ + S2-821109.5SHHSHKa1322101.3HSSHKa 1Ka2Ka1Ka 多元弱酸的强度决定于区别区别：联系联系： 不受浓度的影响，iKHAAHKi： HA H+ + A - 初 始c 0 0 平衡 c x= c(1) c c cx3.和 的关系 稀释定律iKiK是是常数；)1 (cccT一定，c， 。xx稀释定律1K2ciiK当c / 400时，icK2ciK适用条件：很小，iKc / 4001-1物理意义物理意义：同一弱电解质，c1c相

10、同的不同电解质，iKaK 不同浓度HAc溶液的、H+和 （25） 浓度(%)HaK1.7510-51.2410-412.40.0011.7510-54.210-44.20.011.7510-51.3210-31.320.1结果结果：c 大，(%)小，H大，aK不变。4. 同离子效应和盐效应acKcaK计算0.10molL-1HAc溶液的H+和 Ka = 1.7510-5HAc H+ + Ac -cH51075. 110. 0568040010. 01075. 15%32. 11032. 1210. 0%32. 1=1.3210-3(molL-1) 在弱电解质溶液中加入与弱电解质含有相同离子的、

11、易溶的强电解质，使弱电解质解离度降低的现象同离子效应。HAc H+ + Ac-NaAcNa+ + Ac-平衡左移H+、降低.100100().x0.10100 x.解出 x = 1.7510-5 (molL-1) 例1：向1升0.10molL-1HAc溶液中加0.10mol固体NaAc，求HAc的H+和各为多少？解：0.10- x平衡HAcAcHKaHAc H+ + Ac-xxx10. 0)10. 0(-5 1075. 1设平衡时H+ = x molL-1初始0.10 0 0.10 xx+ 0.1acK51075. 110. 05680400%100)HAc(Hc%10010. 01075.

12、15%0175. 0caKAcHNaClHAc H+ + Ac-Na+ + Cl-离子数体 积增多相反离子的牵制作用增强离子活动性降低H+ + Ac-HAc机会减小(HAc）增大 在弱电解质溶液中加入与弱电解质无关的强电解质盐类，而使弱电解质的电离度增大的效应盐效应。0.1molNaCl 1L 0.1molL-1 HAcH+: 1.3210-3 1.8210-3: 1.32% 1.82%发生同离子效应的同时，注意注意：存在盐效应，两种效应相反。二者相比：同离子效应主要，盐效应很小；不特殊指明，不考虑盐效应1. 水的解离和溶液的酸碱性 三、酸碱溶液中离子浓度的计算2. 酸碱指示剂和pH试纸3.

13、溶液中离子浓度的计算1. 水的解离和溶液的酸碱性 平衡时水的离子积2H2O(l) H3O+ (aq) + OH-(aq) H2O H+ + OH-iKOHOHH2OHKOHH2iwK纯水中H+和OH-的乘积为一常数，是T的函数。OH10.01H-7OH100 . 1H7OH101.0H7酸性:中性:碱性:室温下(25)OHHKw77100 . 1100 . 114100 . 1HlgpHOH-lgpOH-14pKpOHpHwpH 小， H+ 大， 酸度高pH 大， H+ 小， 酸度低室温下：酸性：pH7中性：pH = 7碱性：pH7注意：-1L1.0molH140pH 水溶液： pH适用于 H

14、+、OH-1.0molL-1的溶液0pH14pHOH1.0molL-1 纯水：pH = 7酸碱指示剂有机弱酸（HIn）有机弱碱（InOH）两性物质特点：酸式、碱式颜色不同2. 酸碱指示剂和pH试纸红色兰色H+OH-OHH当HInInH)K(HInInHIn)K(HInHHInInlgpK(HIn)pH1HInIn当)HIn(pKpH 指示剂理论变色点HIn H+ + In-左移红色（酸性）右移兰色中性红、兰 混合色 （紫色）（碱性）110HInIn1)HIn(pKpH101HInIn1-)HIn(pKpH 110HInIn1011pK(HIn)pH混合色指示剂的变色范围（变色域）碱色酸色指 示

15、 剂 理论变色点石蕊 7.0甲基橙 3.7酚酞 9.1甲基红 5.08.09.68.110.19.14.46.24.06.05.03.14.42.74.73.7pK(HIn)指示剂甲基橙甲基红酚 酞变色范围理论实测酸 色碱 色红 色红 色红 色黄 色黄 色无 色注意：指示剂变色范围越窄，颜色变化越明显。混合指示剂： 由两种或两种以上的指示剂混合而成。优点： 颜色变化敏锐， 容易观察。指示剂的变色范围1）强酸(碱)溶液pH的计算特点： 全部解离c molL-1HCl（NaOH）H3O+ = OH-+Cl-精确公式(HCl)OHKOH33cwH3O+2 - c H3O+ - Kw = 02K4OH

16、23wcc3. 溶液中离子浓度的计算HCl：精确公式OH- = c(NaOH)近似公式2K4OH2wcc忽略水的解离H3O+ = c(HCl)近似公式 NaOH：当c10-6时，忽略水的解离当c10-6时，2）一元弱酸(弱碱)溶液pH的计算一元弱酸(HA)：OHOHK3wH2O + H2O H3O+ + OH-HA + H2O A- + H3O+HAAOHK3a溶液中的H3O+： H3O+ = A- + OH-OHKOHHAKOH333wa整理：wacKKOH3精确公式0KHKH2caa近似公式当cKa 20Kw时当5%2K4)K(KHa2aaccaKH最简公式注意：注意： 公式的适用条件ac

17、K 400忽略H2O的解离HAAHKaHH2c一元弱碱(BOH)：精确公式：wbcKKOH近似公式：cbKOH最简公式：注意：注意：公式的适用条件24K)(KKOH2cbbb当cKb 20Kw时当5%bcK 400以H2S为例：3）多元弱酸、弱碱溶液pH的计算H2S H+ + HS-HHSHS- H+ S2-ca1KH22KSa12KK2aac0.05 当cKa1 20Kw时忽略二级解离忽略水的解离1Kac 400例2：计算1.010-8molL-1HCl溶液的pH值。解：c=1.010-810-62K4OH23wcc2104)100 . 1 (100 . 114288= 1.0510-7(m

18、olL-1)pH = -lgH+ = -lg1.0510-7 = 6.98近似计算会出现酸溶液的pH7例3：分别计算0.10molL-1HAc和NH3H2O溶液的pH值和 。)1075. 1KK(5ba解：)Lmol(1032. 113HlgpH51075. 1100. 0KaccaKHHAc：%100)HAc(Hc31068. 5100. 01075. 1587. 21032. 1lg3%32. 1%100100. 01032. 13400)Lmol(1032. 11387. 21032. 1lgOHlgpOH351075. 1100. 0KbccbKOHNH3H2O：%100O)H(NHO

19、H23c13.1187. 214pOH14pH100. 01075. 1531068. 5%100100. 01032. 13%32. 1400例4：计算25时0.04molL-1H2CO3溶液中H+、HCO3-和CO32-各为多少？ 71103 . 4Ka112106 . 5Ka解：71112103 . 404. 0106 . 52K2Kaac71103 . 404. 0Kacca1KH)Lmol(103 . 1HHCO143223KCOa(molL-1)47103 . 104. 0103 . 4= 8.5410-70.05cKa1 =0.044.310-7 20Kw= 1.710-8 41

20、03 . 9400解：HSO4- H+ + SO42-H2SO4 H+ + HSO4-0.0010-x 0.0010+x xxxx0.00100.0010)(= 1.0210-2x2 + 0.011x 10-5 = 02104)011. 0(011. 052x= 0.0008(molL-1)HSOHSOK4242a、HOH24221002. 1)SOH(Ka例5：计算0.0010molL-1H2SO4溶液中的 和pH值( )。)L0.0018(mol0.00080.0010H1)L(mol105.60.0018101.0HKOH11214w72. 2018lg0.0HlgpH例6.计算0.10

21、0molL-1 NH4Cl溶液中的H+及pH值NH4+ + H2O NH3(aq) + H3O+解：NH4+ NH3 + H+)Lmol(105 . 716HlgpH)NH(K4a10105.650.100KaccaKH81077. 1400100. 01065. 5106105 . 7lg12. 5)OHNH(KK23bw5.6510-10四、缓冲溶液1. 缓冲溶液的组成及作用原理2. 缓冲溶液pH值的计算3. 缓冲容量（）4. 缓冲溶液的选择和配制等体积的 H2OHAc-NaAc少滴HClHCl结果表明：HAc-NaAc具有抗酸能力，多滴HCl黄 红溶 液H2O无抗酸能力。等体积的 H2O

22、HAc-NaAcNaOH多滴NaOH少滴NaOH无 红溶 液结果表明：HAc-NaAc具有抗碱能力， H2O无抗碱能力。甲基橙2d 酚酞2d等体积的NaOH（稀） HCl（稀）HAc-NaAc测pH加水 稀释测pHpH（大） pH（大）结果表明结果表明： HAc-NaAc具有抗稀释能力，稀NaOH、HCl无抗稀释能力； pH（小）具有抗酸、抗碱、抗稀释能力的溶液。稳定溶液的pH值缓冲溶液：作用：浓酸、浓碱具有缓冲能力1. 缓冲溶液的组成及作用原理构成缓冲溶液的必要条件：溶液中同时含有缓冲对、抗酸成分抗碱成分组成：（质子论中的共轭酸碱对）H2CO3-HCO3-COOHCOOHCOOKCOOH 共

23、轭酸 共轭碱 HCO3- -CO32-NH3-NH4+H2PO4-HPO42-缓冲偶、缓冲系缓冲混合物作用原理：HAc H+ + Ac-特点大量存在加强酸( HCl )Ac-抗酸成分抗酸成分H+ + Ac- HAcNaAc Na+ + Ac-H+ 小Ac- 大HAc 大H+平衡左移H+未pH未( 同离子效应 )( 来自NaAc )加强碱(NaOH)H+ + OH-H2OH+减少HAc抗碱成分抗碱成分补充H+的减少平衡右移HAc H+ + Ac-NaAc Na+ + Ac-HAc H+ + Ac-H+未pH未缓冲系NH3H2O NH4+抗酸、抗碱成分？OH-2. 缓冲溶液pH值的计算HHAc c

24、H)NaAc(Ac cHAcAcHKaAcHAcKHaHAc H+ + Ac-NaAc Na+ + Ac-)HAc( c= c( 共轭酸 )NaAc(c= c(共轭碱 )aKHc( 共轭酸 )c( 共轭碱 )缓冲公式：注意：aK1KKaaHCO3-CO32-2KKaa)NH(KK4aalgpKpHac( 共轭酸 )c( 共轭碱 )lgpKpHac( 共轭酸 )c( 共轭碱 )共轭酸的解离常数H2CO3-HCO3-NH3-NH4+)OHNH(KK23bw适当稀释缓冲溶液比值不变pH不变c( 共轭酸 )c( 共轭碱 ) 缓冲比例7：在1升0.20molL-1HAc溶液中，加入0.10mol固体Na

25、OH，问能否配成缓冲溶液？求其溶液的pH值 。 (pKa = 4.75)解：初始0.20 0.10 0.00HAc + NaOH NaAc + H2O平衡 0.20-0.10 0.00 0.10平衡时溶液中有等量的HAc和NaAc存在能配成缓冲溶液)HAc()Ac(lgpKpHcca10. 010. 0lg75. 475. 4例8.(1)计算含有0.100molL-1HAc与0.100molL-1 NaAc的缓冲溶液的水合H+浓度、pH值和HAc的离解度。(2)若往100mL上述溶液中加入1mL 1.00molL-1HCl溶液后，则溶液的pH值变为多少？解： (1)100. 0100. 010

26、75. 15HlgpH%100Hc)Ac()HAc(KHcca)Lmol(1075. 11551075. 1lg75. 4%100100. 01075. 15%0175. 0(2)lg75. 4= 4.66pH = 4.66 4.75 = - 0.09pH值基本不变加入1mL 1.00molL-1NaOH溶液pH=4.84pH = 4.84 4.75 = 0.09)HAc()Ac(lgpKpHcca00. 11100100. 00 . 11100100. 0dpHddpHdabnn缓冲能力 强3. 缓冲容量（）一个比值大，数学表达式：总c总浓度：0.050.20molL-1c总一定时，缓冲比离

27、1:1越远，当0.01时，（缓冲比： ）101110影响的因素：缓冲比一定apKpH 1pK a与c c总有关c总大大与缓冲比有关缓冲比= 1:1大小失去缓冲能力称缓冲范围4. 缓冲溶液的选择和配制选择合适的缓冲系：缓冲液要有一定的总浓度：1Lmol2 . 005. 0:总c用缓冲公式计算出符合要求的缓冲比。用pH计校正缓冲溶液的pH值。apKpH （保证 最大）0.010.1例10： 欲配制250mL、pH=5.0的缓冲溶液，问在12.0mL、6molL-1HAc溶液中应加入固体NaAc3H2O 多少克？ )75. 4pK(a解：)HAc()Ac(lgpKpHcca2500 .120 . 6

28、)Ac(lg75. 40 . 5cc(Ac-) = 0.50(molL-1)应加入NaAc3H2O的质量为：0.50 0.25 136=17(g)答：计算下列溶液的pH(1)20mL0.1molL-1的H3PO4溶液+10mL0.1molL-1的NaOH溶液解：H3PO4 + NaOH NaH2PO4 + H2OH3PO4 NaH2PO4构成缓冲溶液1010. 02010. 01010. 0lg18. 2= 2.18)POH()POH(lgpKpH43421cca(2)20mL0.1molL-1的H3PO4溶液+20mL0.1molL-1的NaOH溶液H3PO4 + NaOH NaH2PO4

29、+ H2O解：H2PO4-为两性离子69. 4)20. 718. 2(2121KKHaa)pKpK(21pH21aa(3)20mL0.1molL-1的H3PO4溶液+30mL0.1molL-1的NaOH溶液H3PO4 + NaOH NaH2PO4 + H2O解：NaH2PO4 + NaOH Na2HPO4 + H2OH2PO4- HPO42-构成缓冲溶液1010. 02010. 02010. 03010. 0lg2 . 7= 7.2)POH()HPO(lgpKpH42242cca(4)20mL0.1molL-1的H3PO4溶液+40mL0.1molL-1的NaOH溶液H3PO4 + NaOH NaH2PO4 + H2O解：NaH2PO4 + NaOH Na2HPO4 + H2OHPO42-为两性离子78. 9)35.1220. 7(2132KKHaa)pKpK(21pH32aa