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1、113.2 酸碱平衡理论酸碱平衡理论23.2.2.4 物料平衡、电荷平衡、质子平衡物料平衡、电荷平衡、质子平衡物料平衡（物料平衡（MBE）-质量守恒质量守恒在一个化学平衡体系中，某一给定物质的总浓度（即在一个化学平衡体系中，某一给定物质的总浓度（即分析浓度），等于各有关组分平衡浓度之和。分析浓度），等于各有关组分平衡浓度之和。电荷平衡（电荷平衡（CBE）-电荷守恒电荷守恒根据电中性原则，单位体积溶液中阳离子所带正电荷根据电中性原则，单位体积溶液中阳离子所带正电荷的量（的量（moL）应等于阴离子所带负电荷的量（）应等于阴离子所带负电荷的量（moL）。）。质子条件（质子条件（PBE）-H+守恒守恒
2、按照酸碱质子理论，所有酸给出的质子数和所有碱得按照酸碱质子理论，所有酸给出的质子数和所有碱得到的质子数相等。到的质子数相等。33.2.2.4 物料平衡、电荷平衡、质子平衡物料平衡、电荷平衡、质子平衡书写质子条件的步骤：书写质子条件的步骤：?选择参考标准选择参考标准零水准（大量存在的并参加零水准（大量存在的并参加质子转移的物质）质子转移的物质）?写出得质子产物和失质子产物写出得质子产物和失质子产物?建立得质子数和失质子数的恒等建立得质子数和失质子数的恒等式式43.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算一一元弱元弱酸（碱）酸（碱）5一一元强元强酸（碱）酸（碱）以以HCl（分析浓度（分析浓度为
3、为C）为例为例，PBE：d当当C 10-6mol/L时时，水的离，水的离解忽略解忽略，H+=C。d当当C 20Kw，2 H+，即，即 2/H+0.05，且，且C/400,则：则：H2A C-H+（近似公式）（近似公式）d上述公式上述公式和一和一元元酸的酸的计算公式计算公式相相同同，说明可用说明可用一一元元酸的酸的方方式进行近似处式进行近似处理理；d但但在在计算结束后计算结束后，必须对上述假必须对上述假定定进行验证进行验证，即：，即：2/H+0.05 是否成是否成立。立。2aK2aK2aKW2)H21(AHH21KKKaa+=+)H(H1+=CKa1aK1aK1aK3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱
4、溶液酸度的计算计算83.2.3.3 两两性物质性物质既能接受既能接受质子，质子，又能提供又能提供质子的物质，质子的物质，称作两称作两性性物质。物质。?多元多元酸的酸酸的酸式盐式盐如如NaHCO3、Na2HPO4?弱弱酸酸弱弱碱碱盐盐如如NH4Ac、(NH4)2CO3?氨基氨基酸酸如如+NH3CH2COO-等等3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算9n多元多元酸的酸酸的酸式盐式盐f以以分析浓度分析浓度为为C 的的NaHA 溶液溶液为例为例，PBE：H+H2A=A2-+OH-代入代入PBE中，得：中，得：f因因HA-的酸的酸式式离离解解和碱和碱式式离离解解的的倾向都很小倾向都很小，所，所
5、以以溶液中溶液中HA-C，即：，即：HOHW+=KHHAA2-2+=aK1HAHAH2aK+=HA)HA(H121W+=aaaKKKKCKKCKKaaa+=+121)(HW3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算10精确式精确式当当时时，可可得：得：近似式近似式（1）当当时时，可可得：得：近似式近似式（2）当当时时，可可得：得：最简式最简式CKKCKKaaa+=+121)(HW122020WaaKCKCK，122020WaaKCKCK，且CKCKKaaa+=+121HCKCKKaa)(HW21+=+21HaaKK=+3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算11例例18、计算计算
6、 0.050 mol/L NaHCO3溶液的溶液的pH值值。（已知已知）-7104.2 1=aK-11105.6 2=aK3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算例例19、计算计算 0.0010 mol/L NaHCO3溶液的溶液的pH值值。-7104.2 1=aK-11105.6 2=aK（已知已知）例例20、计算计算 0.0010 mol/L Na2HPO4溶液的溶液的pH值值。-8106.2 2=aK-13104.8 3=aK（已知已知）12例例18、计算计算 0.050 mol/L NaHCO3溶液的溶液的pH值值。解解：已知已知故可用最简式计算故可用最简式计算:pH=8.31
7、-7104.2 1=aK-11105.6 2=aK120 aKC W1220108.22KCKa=计算)pK(pK21pH或由21aa+=）（L/mol108.4106.5102.4H911721+=aaKK3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算313例例19、计算计算 0.0010 mol/L NaHCO3溶液的溶液的pH值值。解解：已知已知故故:pH=8.28-7104.2 1=aK-11105.6 2=aK120 aKC W1420106.52KCKa316W14.81020aCKK=）（L/mol109.7H10W2+=CKKa（注注：如用最简式如用最简式，pH=9.77，误
8、差很误差很大。）大。）3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算15氨基乙氨基乙酸（酸（甘甘氨氨酸）酸）NH2CH2COOH NH3+CH2COOH +NH3CH2COO-NH2CH2COO-pKa1=2.35 pKa2=9.78H2A+H+A-A-氨基乙氨基乙酸酸氨基乙氨基乙酸酸氨基乙氨基乙酸酸阳离子阳离子双极双极离子离子阴离子阴离子等电等电点点时时：H2A+=A-H+H+-H+H+3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算双极双极离子离子16阴阴极极阳阳极极pH=pIpHpI带正电荷带正电荷带负电荷带负电荷净净电荷电荷为为零零导导电电率率溶溶解解度度渗透压渗透压粘粘度度达达到到
9、最最低低蛋白蛋白质在等电质在等电点点时时的的特殊特殊性质性质原原因因：在等电在等电点点时时，蛋白蛋白质分子质分子以以双极双极离子存在，总离子存在，总净净电电荷荷为为零，零，颗粒无颗粒无电荷电荷间间的的排斥排斥作用作用，易凝集易凝集成成大大颗粒颗粒，因因而而最不最不稳稳定，溶定，溶解解度度最小最小，易沉淀易沉淀析出。析出。电电泳泳分离分离沉淀沉淀分离分离3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算17pH=pI溶溶解解度度最小最小等电等电点沉淀与点沉淀与分离分离大大部或全部沉淀下来部或全部沉淀下来pHpI仍留仍留在溶液中在溶液中蛋白蛋白质的分离质的分离沉淀沉淀出出来来的的蛋白蛋白质质可可保持
10、天然构象保持天然构象，能能再再溶溶解解于水于水并并具具有有生生物物活活性。性。3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算18例例21、计算计算 0.025 mol/L 氨基乙氨基乙酸溶液的酸溶液的pH值值（已知已知，）。）。解解：已知已知故故:pH=6.01-3105.41=aK-10101.7 2=aK120aKC 1217H 9.8 10mol/LaaaK K CKC+=+（）3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算-3105.41=aK-10101.7 2=aK419弱弱酸酸弱弱碱碱盐盐g以以浓度浓度为为 C 的的NH4Ac水溶液水溶液为例为例，其其中中NH4+可可失失去去
11、质子质子为为酸酸；Ac-可可得到质子得到质子为为碱。碱。PBE：H+=NH3+OH-HAcNH3=NH4+/H+HAc=H+Ac-/KHAcOH=Kw/H+代入代入PBE中，中，可可得：得：Ac)NH(HHAcW4NHHAc4+=+KKKK+4NHK3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算20弱弱酸酸弱弱碱碱盐盐g由由于于作为作为酸的酸的NH4+的酸离的酸离解作用解作用，作为作为碱的碱的Ac-的碱的碱离离解作用都较弱解作用都较弱，故故：NH4+，Ac-，则：则：g例例题及题及注注意事项见意事项见书书 p78例例题题18-19。+4NHCAcC+=+AcHAcWNHNHHAc)(H44C
12、KKCKKKa：溶液中酸的酸离：溶液中酸的酸离解常解常数数Ka：溶液中碱的：溶液中碱的共轭共轭酸的酸离酸的酸离解常解常数数Ca：酸的分析浓度：酸的分析浓度Cb：碱的分析浓度：碱的分析浓度3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算W()H aaaabKK CKKC+=+213.2.3.4 其他其他酸（碱）溶液酸（碱）溶液1.弱弱酸和酸和强强酸的酸的混合混合溶液溶液f以弱以弱酸酸HA（浓度（浓度为为CHA）和）和HCl（浓度（浓度为为CHCl）的的混合混合溶液溶液为例为例，H+的的近似计算公式为近似计算公式为：f若若CHCl 20A-，可可得到得到最简式最简式：f例例题见题见书书 p81 例
13、例21、22。24HHAHCl2HClHCl）（）（）（CCKKCKCaaa+=+HClHC=+3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算22弱弱酸酸混合混合溶液（溶液（HA+HB)f以弱以弱酸酸HA（浓度（浓度为为CHA，离，离解常解常数数为为KHA）和）和 HB（浓度（浓度为为CHB，离，离解常解常数数为为KHB）的）的混合混合溶液溶液为例为例。f若若CHA/KHA 400,CHB/KHB 400，CHAKHA或或CHBKHB之一大于之一大于20 Kw，则，则Kw可忽略可忽略：f又又若若CHAKHA与与CHBKHB两两项项中的一中的一项项比比另另一一项项大大20倍倍以上以上，则，则可
14、忽略可忽略其其中中较小较小的一的一项项。WHBHAHBHAHKKK+=+HBHBHAHAHKCKC+=+3.2.3 酸碱溶液酸度的酸碱溶液酸度的计算计算23酸碱溶液中酸碱溶液中H+的的计算计算全面全面考考虑虑、分、分清主次清主次、合合理理取舍取舍、近似计算近似计算物料平衡 电荷平衡物料平衡 电荷平衡*质子条件质子条件化学平衡关系化学平衡关系H+的的精确精确表达表达式式近似处近似处理理近似式近似式进进一步一步近似处近似处理理最简式最简式243.2.4 缓冲缓冲溶液溶液酸碱酸碱缓冲缓冲溶液的溶液的种类种类?弱弱酸酸与其共轭与其共轭碱碱或或弱弱碱碱与其共轭与其共轭酸的酸的混合混合溶液：溶液：如如HA
15、c-NaAc、NH3-NH4Cl?同同一一多元多元酸的酸的不同不同酸酸式盐式盐溶液：溶液：如如H2PO4-HPO42-?高高浓度的浓度的强强酸酸或或强强碱溶液：碱溶液：通通常要常要求求pH 12 或或 pH H+，CbH+结结果合果合理理 pH=4.94H+2%Ca，H+2%Cb解解一一元元二次二次方方程程，H+=10-1.68molL-1，pH=1.68HHH-AHA+=CCKa)Lmol(1010060.0040.0H194.476.4AHA-+=CCKa)Lmol(037.0101012.0080.0H144.126.1+=例例22、3.2.4 缓冲缓冲溶液溶液应应用近似式用近似式:28
16、例例23、10 mL 0.20 molL-1HCl 溶液，溶液，与与10 mL 0.50 molL-1HCOONa和和2.010-4molL-1Na2C2O4溶液溶液混混合合，计算计算混合混合后后溶液中的溶液中的C2O42-。（已知已知 pKa(HCOOH)=3.77）解解：混混和和后后HCl与部与部分分HCOONa发生发生了了酸碱中和酸碱中和反反应：应：HCl+HCOONaNaCl+HCOOH 则则混合混合后后溶液中：溶液中：C(HCOOH)=0.20/2=0.10（molL-1）C(HCOO-)=0.50/2-0.20/2=0.15（molL-1）)Lmol(100.12100.21-44
17、OC242=C3.2.4 缓冲缓冲溶液溶液29混混和和后后溶液的溶液的H+浓度浓度采采用最简式计算用最简式计算得：得：因为因为H+远远小小于于C(HCOOH)和和C(HCOO-)，所，所以近似以近似合合理。理。则则混合混合液中液中C2O42-为为：)L/mol(101.115.010.0107.1H44AHA-+=CCKa=242242OCOC242OCC)L/mol(102.3HH52OC21121242+=+=aaaaaKKKKKC3.2.4 缓冲缓冲溶液溶液30例例24、在在20.00 mL 0.1000 molL-1HA（Ka=10-7.00）溶）溶液中，加液中，加入入0.1000 m
18、olL-1NaOH溶液溶液19.96 mL，计计算算pH值值。解解：Ca=10-4.00，Cb=10-1.30。先先按按最简式最简式：解解一一元元二次二次方方程程:OH-=10-4.44(molL-1)pH=9.56应应用近似式用近似式:OH-=KW/H+=10-4.30(molL-1)Lmol(10H170.9ba+=CCKaOHOHOH-b-a-+=CCKb3.2.4 缓冲缓冲溶液溶液6313.2.4.3 缓冲缓冲容容量量与缓冲与缓冲作用作用范围范围缓冲缓冲容容量：衡量量：衡量缓冲缓冲溶液的溶液的缓冲缓冲能能力力。定定义义：设设缓冲缓冲剂剂总浓度总浓度为为C，HA、A-的原的原始始浓度分浓
19、度分别别为为CHA和和CA-，以以HA和和H2O作为作为零水准。零水准。PBE：当当加加入入b（mol/L）强强碱碱后后，b=-H+OH-+A-CA-dpHddpHdab=-AH OH A bC+=+3.2.4 缓冲缓冲溶液溶液32将将b 代入后代入后，得：，得：即：即：当当溶液中的溶液中的H+和和OH值都较小时值都较小时：HddH30.2dpHd+=bb2)H(H30.2OH30.2H30.2aaKCK+=+HAOHH+=+2HA)H(H30.2aaKCK+=+（近似式近似式）3.2.4 缓冲缓冲溶液溶液33当当，即，即HA:A-=1:1时时，HAA-体系体系的的具具有有极极大大值值，即，即
20、缓冲缓冲能能力力最最大。大。当当H+在在之之间间（），即），即HA:A-在在1:1010:1范围内范围内，缓冲缓冲容容量量较较大，大，超超出出此范围此范围，缓冲缓冲能能力将显著力将显著下下降降。）（aaKKppHH=+aaKK101011ppH=aK3.2.4 缓冲缓冲溶液溶液34缓冲缓冲溶液的选择原则：溶液的选择原则：缓冲缓冲溶液的有溶液的有效效缓冲缓冲作用作用范围范围：pH pKa1缓冲缓冲物质的总浓度物质的总浓度C应应足够足够大：大：0.01 1 mol/L缓冲缓冲物质物质不不应应干扰干扰主主反反应。应。3.2.4 缓冲缓冲溶液溶液353.2.4 缓冲缓冲溶液溶液36作作业业：p136习习题题6.（1）、（）、（3）、（）、（5）、（）、（7）、（）、（9）9、14