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1、高二化学课件酸碱平衡本讲稿第一页，共四十八页（一）酸碱的定义（一）酸碱的定义电离理论电离理论电子理论电子理论质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酸凡能给出质子的物质凡能给出质子的物质碱碱凡能接受质子的物质凡能接受质子的物质一、酸碱质子理论一、酸碱质子理论本讲稿第二页，共四十八页例：以下哪些物种是酸碱质子理论的酸，哪些是碱，哪些具例：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。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)5OH2
2、+,CO32-,NH4+,H2S,H2O,OH-,H3O+,HS-,HPO42-本讲稿第三页，共四十八页酸碱质子理论酸碱质子理论酸酸溶液中凡能给出质子的物质溶液中凡能给出质子的物质碱碱溶液中凡能接受质子的物质溶液中凡能接受质子的物质例子例子特点：特点：1）具有共轭性）具有共轭性 2）具有相对性）具有相对性 3）具有广泛性）具有广泛性A A +H+H+HAHA如：如：HCOHCO3 3既为酸，也为碱既为酸，也为碱 （两性）（两性）如：如：H H2 2O O 中性分子，既可为酸，也可为碱中性分子，既可为酸，也可为碱如：如：继续继续本讲稿第四页，共四十八页举例举例返回返回共轭酸 共轭碱 +H+con
3、jugate acid conjugate base proton本讲稿第五页，共四十八页（二）质子（二）质子酸碱反应的实质酸碱反应的实质酸碱半反应酸碱半反应:酸给出质子或碱接受质子的反应酸给出质子或碱接受质子的反应 醋酸在水中的离解：醋酸在水中的离解：半反应半反应半反应半反应1 1 1 1HAcHAc（酸（酸（酸（酸1 1 1 1）AcAc-（碱（碱（碱（碱1 1 1 1）+H+H+半反应半反应半反应半反应2 2 2 2HH+H+H2 2OO（碱（碱（碱（碱2 2 2 2）HH3 3OO+（酸（酸（酸（酸2 2 2 2）HAcHAc（酸（酸（酸（酸1 1 1 1）+H+H2 2O O（碱（碱
4、（碱（碱2 2 2 2）HH3 3OO+（酸（酸（酸（酸2 2 2 2）+Ac+Ac-（碱（碱（碱（碱1 1 1 1）氨在水中的离解：氨在水中的离解：氨在水中的离解：氨在水中的离解：半反应半反应半反应半反应1 1 1 1NHNH3 3（碱（碱（碱（碱1 1）+H+H+NHNH4 4+（酸（酸（酸（酸1 1 1 1）半反应半反应半反应半反应2 2 2 2HH2 2OO（酸（酸（酸（酸2 2 2 2）OHOH-（碱（碱（碱（碱2 2 2 2）+H+H+NHNH3 3（碱（碱（碱（碱1 1 1 1）+H+H2 2O O（酸（酸（酸（酸2 2 2 2）OHOH-（碱（碱（碱（碱2 2 2 2）+NH+
5、NH4 4+（酸（酸（酸（酸1 1 1 1）共轭酸碱对共轭酸碱对共轭酸碱对共轭酸碱对共轭酸碱对共轭酸碱对本讲稿第六页，共四十八页酸碱反应的实质酸碱反应的实质质子的转移（或得失）质子的转移（或得失）酸的离解：酸的离解：碱的离解：碱的离解：水的自递：水的自递：中和反应：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）本讲稿第七页，共四十八页小结小结 !酸碱半反应不可能单独发生酸碱半反应不可能单独发生酸碱反应是两对酸碱反应是两对共轭酸碱对共轭酸碱对共同作用的结果共同作用的结果
6、酸碱反应的实质是酸碱反应的实质是质子的转移质子的转移 质子的转移是通过质子的转移是通过溶剂合质子溶剂合质子来实现的来实现的 本讲稿第八页，共四十八页（三）水（三）水溶液的酸碱反应及其平衡常数溶液的酸碱反应及其平衡常数1 1水溶液中质子自递反应水溶液中质子自递反应 *非水溶液中非水溶液中 H2O+H2O H3O+OH SH+SH SH2+S-溶剂合质子溶剂合质子溶剂合质子溶剂合质子溶剂阴离子溶剂阴离子溶剂阴离子溶剂阴离子水的离子积水的离子积本讲稿第九页，共四十八页酸的离解：酸的离解：碱的离解：碱的离解：Acid dissociationBase dissociation水的自递：水的自递：对共轭
7、酸碱对对共轭酸碱对 HAA-2、酸碱解离平衡及酸碱的强度、酸碱解离平衡及酸碱的强度本讲稿第十页，共四十八页讨论：讨论：K Ka a，给质子能力，给质子能力强，酸的强度强，酸的强度 K Kb b，得质子能力，得质子能力强，碱的强度强，碱的强度 共轭酸碱对共轭酸碱对HAHA和和A A-有如下关系有如下关系本讲稿第十一页，共四十八页多元酸碱的解离反应多元酸碱的解离反应pKb1+pKa3=14.00pKb2+pKa2=14.00pKb3 +pKa1=14.00 H3PO4 H2PO4-HPO42-PO43-Kb2Kb1Kb3Ka1Ka2Ka3Kbi=KwKa(n-i+1)本讲稿第十二页，共四十八页例例
8、1：计算计算HS-的的pKb值值。已知。已知pKa1=7.02pKb2=pKwpKa1=14.007.02=6.98解：解：HS-+H20 H2S+OH-本讲稿第十三页，共四十八页练习练习例例2：已知已知H3PO4水溶液的水溶液的Ka1=7.6103，Ka2=6.3108，计算，计算PO43-的的Kb3和和Kb2。pKb3=pKw pKa1=14.002.12=11.88pKb2=pKw pKa2=14.007.20=6.80解：本讲稿第十四页，共四十八页1.1.分析浓度与平衡浓度分析浓度与平衡浓度分析浓度分析浓度(Analytical concentration)：一定体积溶液中含一定体积溶
9、液中含 某种物质的量，包括已离解和未离解两部分某种物质的量，包括已离解和未离解两部分,也称也称 总浓度。总浓度。平衡浓度（平衡浓度（Equilibrium concentration）：）：溶解到平衡时溶解到平衡时 溶液中存在的各组分的物质的量浓度。溶液中存在的各组分的物质的量浓度。2.2.酸（碱）的浓度与酸度（碱度）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），包括未解离的和已解离的酸的浓度。酸度是 指溶液中指溶液中H+的浓度或活度，常用的浓度或活度，常用pH表示。表示
10、。二、二、二、二、酸碱平衡体系中各组分浓度的计算酸碱平衡体系中各组分浓度的计算酸碱平衡体系中各组分浓度的计算酸碱平衡体系中各组分浓度的计算本讲稿第十五页，共四十八页 各各型型体体的的的的平平衡衡浓浓度度在在总总浓浓度度中中占占有有的的分分数数叫叫做做那那个个型型体体的的分分布布系系数数(distribution coefficient，符符号号为为)，显显然然系系统统中中各各型型体体分配系数之和应为分配系数之和应为1：(HAc)+(Ac-)=13.分布系数分布系数（Distribution coefficient)（1 1）一元酸溶液一元酸溶液 如如HAc：HAc，Ac-本讲稿第十六页，共四十
11、八页HA A-1分布分数的一些特征分布分数的一些特征 仅是仅是pH和和pKa 的函数，与酸的分析浓度的函数，与酸的分析浓度c无关无关 对于给定弱酸，对于给定弱酸，仅与仅与pH有关有关H+=H+Ka HAH+Ka Ka=A-本讲稿第十七页，共四十八页例例 3 计计 算算 pH=5.0时时,HAc和和Ac-的分布分数的分布分数 解解:本讲稿第十八页，共四十八页（2）二元酸溶液二元酸溶液 如草酸：如草酸：H2C2O4，本讲稿第十九页，共四十八页（3 3）多元酸溶液多元酸溶液 例如例如 磷酸：磷酸：本讲稿第二十页，共四十八页例例4 计算计算pH4.5时，时，0.10molL-1草酸溶液草酸溶液中中C2
12、O42浓度。浓度。Ka1=5.910-2，Ka2=6.410-5解解:本讲稿第二十一页，共四十八页例例5计计 算算pH=5.0时时0.1molL-1草草 酸酸 溶溶 液液 中中C2O42-的的浓浓度度。已已知知草草酸酸的的Ka1=5.6010-2，Ka2=5.4210-5。解：解：返回本讲稿第二十二页，共四十八页化学平衡中，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）物料平衡式（质量平衡式）MBEMBE电荷平衡式电荷平衡式 CBECBE质子平衡式（质子条件式）质子平衡式（质子
13、条件式）PBEPBE（一）三大守恒（一）三大守恒三、三、水溶液中酸碱平衡的处理方法水溶液中酸碱平衡的处理方法本讲稿第二十三页，共四十八页MBE练习练习例例6：c mol/mL的的HAC的物料平衡式的物料平衡式 c=c(HAC)+c(AC-)例：例：c mol/mL的的H3PO4的物料平衡式的物料平衡式 c=c(H3PO4)+c(H2PO4-)+c(HPO42-)+c(PO43-)例：例：c mol/mL的的Na2HPO4的物料平衡式的物料平衡式 c(Na+)=2c c=c(H3PO4)+c(H2PO4-)+c(HPO42-)+c(PO43-)例：例：c mol/mL的的NaHCO3的物料平衡式
14、的物料平衡式 c(Na+)=c c=c(H2CO3)+c(HCO3-)+c(CO32-)本讲稿第二十四页，共四十八页CBE练习练习例：例：c mol/mL的的HAC的电荷平衡式的电荷平衡式 c(H+)=c(AC-)+c(OH-)例：例：c mol/mL的的H3PO4的电荷平衡式的电荷平衡式 c(H+)=c(H2PO4-)+2c(HPO42-)+3c(PO43-)+c(OH-)例：例：c mol/mL的的Na2HPO4的电荷平衡式的电荷平衡式c(Na+)+c(H+)=c(H2PO4-)+2c(HPO42-)+3c(PO43-)+c(OH-)例：例：c mol/mL的的NaCN的电荷平衡式的电荷平
15、衡式 c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(OH-)本讲稿第二十五页，共四十八页关于关于PBE1 1零水准法（质子参考水准）零水准法（质子参考水准）零水准物质的选择零水准物质的选择 a溶液中大量存在的溶液中大量存在的 b参与质子转移反应参与质子转移反应质子条件式书写方法质子条件式书写方法 等式左边等式左边得质子后产物得质子后产物 等式右边等式右边失质子后产物失质子后产物 根据根据质子得失相等原则质子得失相等原则列出质子条件式列出质子条件式本讲稿第二十六页，共四十八页续续PBEPBE例例7：c mol/mL的的NH4 H2PO4的质子条件式的质子条件式 零水准NH4+，H2PO4-，H2O
16、 c(H3PO4)+c(H+)=c(NH3)+c(HPO42-)+2c(PO43-)+c(OH-)例例8：c mol/ml的的Na2HPO4的质子条件式的质子条件式 零水准HPO42-，H2O c(H2PO4-)+2c(H3PO4)+c(H+)=c(PO43-)+c(OH-)本讲稿第二十七页，共四十八页续续PBEPBE2 2依据物料平衡和电荷平衡写质子条件式依据物料平衡和电荷平衡写质子条件式例例9：c mol/mL的的NaCN的质子条件式的质子条件式 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）
17、式带入（2）式 质子条件式 c(H+)+c(HCN)=c(OH-)本讲稿第二十八页，共四十八页 例例写出写出NaNH4HPO4溶液的溶液的PBE。得质子得质子基准态基准态失质子失质子PBE：H+HS-+2H2S=OH-Na2S本讲稿第二十九页，共四十八页（二）（二）酸碱溶液酸碱溶液pHpH值的计算值的计算强酸强碱溶液强酸强碱溶液pHpH值的计算值的计算弱酸弱碱溶液弱酸弱碱溶液pHpH值的计算值的计算本讲稿第三十页，共四十八页 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、强酸（碱）溶液本讲稿第三十一页，共四十八页q强酸溶液的pH值可从提供质子的两个来
18、源考虑：酸的解离和水的解离。H2O+HA+本讲稿第三十二页，共四十八页（1）若ca10-6mol 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ca10-6mol/l,所以所以H+=0.025mol/lpH=(2)NaOH为强碱，且为强碱，且cA=c(NaOH)10-6mol/l，所以，所以OH-=7.010-4mol/lpOH=3.15pH=14.00-3.15=10.85(3)因因10-8mol/lcB20Kw，ca/Ka 400:Kaca 20Kw,ca/Ka
19、 400:水的解离忽略，酸的解离对其分析浓度的影响忽略水的解离忽略，酸的解离对其分析浓度的影响忽略H+KaHA+Kw精确表达式：精确表达式：H+Ka(ca-H+)H+Kaca+Kw(最简式最简式)H+Kaca本讲稿第三十八页，共四十八页例例 11 计算计算0.20molL-1 Cl2CHCOOH 的的pH.(pKa=1.26)如不考虑酸的离解如不考虑酸的离解(用最简式用最简式:pH=0.98),则则 Er=29%解解:Kac=10-1.260.20=10-1.9620Kw c/Ka =0.20/10-1.26=100.56 500故近似式故近似式:解一元二次方程解一元二次方程:H+=10-1.
20、09 则则pH=1.09H+Ka(ca-H+)本讲稿第三十九页，共四十八页处理方式与处理方式与一元弱酸一元弱酸类似类似用用Kb 代替代替Ka，OH-代替代替H+一元弱酸的公式可直接用于一元弱碱的计算一元弱酸的公式可直接用于一元弱碱的计算直接求出直接求出：OH-,再求再求H+pH=14-pOH本讲稿第四十页，共四十八页质子条件式质子条件式:OH-=H+HB 代入代入平衡关系式平衡关系式B-KbOH-OH-OH-Kw=+精确表达式精确表达式:OH-=KbB-+Kw(1)Kbc 20Kw:(2)c/Kb 400:(3)Kbc 20Kw,c/Kb 400:OH-=Kb (cb-OH-)OH-=Kb c
21、b+KwH+=KaKwcbOH-=Kbcb最简式最简式:本讲稿第四十一页，共四十八页例例12：计算下列溶液的：计算下列溶液的pH.(1)0.05mol/LHCl(2)0.01mol/LHCN(Ka=6.210-10)(3)0.10mol/LNH4+(Kb=1.7710-5)解解（1）H+=c0=0.05mol/LpH=-lgH+=-lg0.05=1.30(2)c/Ka=0.01/6.210-10=1.6107400pH=-lgH+=5.60(3)Ka=Kw/1.7710-5=5.6510-10且且c/Ka400pH=-lgH+=5.12本讲稿第四十二页，共四十八页例例1313：298K298K
22、时时，HAcHAc的的电电离离常常数数为为1.76101.7610-5-5。计计算算0.10 0.10 molmolL L-1-1 HAc HAc溶液的溶液的H H+离子浓度和解离度。离子浓度和解离度。电离前浓度电离前浓度/molL-1 0.10 0 0电离后浓度电离后浓度/molL-1 0.10-H+H+Ac-=H+Ka=H+2HAcH+=Ka(0.10-H(0.10-H+)因为因为Ka很小很小,0.10-H+0.10 H+=1.76101.7610-5-50.100.10 =1.3310-3 molL-1=100%100%=100%100%=1.33%H+CHAc1.3310-30.1解解
23、：HAc H+Ac-本讲稿第四十三页，共四十八页例例14：计算：计算0.10mol/LKCN溶液溶液(Ka=4.9310-10)溶液溶液的的pH.解解Kb=Kw/4.9310-10=2.0110-5且且c/Kb400pOH=-lgOH-=2.85，pH=11.15本讲稿第四十四页，共四十八页c0 0.200 0 05108.1-=327.11)109.1lg(14pOH14pH-=-=-=3109.1%95.0200.0)OH(-=c例例15：已知：已知25时，时，0.200molL-1氨水的解离度为氨水的解离度为 0.95%，求，求c(OH),pH值和氨的解离常数值和氨的解离常数。解：ceq
24、 0.200(1 0.95%)0.2000.95%0.2000.95%323343109.1200.0)109.1()NH()OH()NH()NH(-+-=ccc本讲稿第四十五页，共四十八页例例16 计算0.10 molL-1 一氯乙酸溶液的PH值。解：已知Ka(C2H3O2Cl)=1.3610-3，ca=c(C2H3O2Cl)=0.10 molL-1,所以Kaca20KW,但 表明一氯乙酸不是很弱且浓度又不太稀，由酸解离的H+不能忽略不计，因此必须采用近似式计算：PH=1.96 本讲稿第四十六页，共四十八页例例17计算0.010mol L-1 甲胺（CH3NH2)溶液的pH值。(Kb=2.310-)解 甲胺在溶液中的酸碱平衡：CH3NH2+H2O CH3NH3+OH-已知ca=c（HCN)=0.010mol L-1,由于cbKb20KW,而cb/Kb500,故：返回本讲稿第四十七页，共四十八页例：例：计算计算0.10mol.L-1 NaAc溶液的溶液的 pH值。值。解解：Ac-是是 HAc的共轭碱。由的共轭碱。由 HAc的的 =1.810-5可得可得 Ac-的的 =/5.610-10。pOH=5.13 pH=14.00 5.13=8.87本讲稿第四十八页，共四十八页