酸碱溶液中氢离子浓度的计算ppt课件.ppt

第四节 酸碱溶液中H 浓度的计算 p184 1 一 一元强酸 碱 溶液中H 浓度的计算 2 一 强酸 碱 溶液的定义 1 强酸 一般指解离常数大于10的酸 2 强碱 一般指解离常数大于10的碱 HA H A B H2O HB OH 3 现以c mol L 1 HCl溶液为例讨论在HCl溶液中存在以下解离作用 HCl H C1 H2OH OH 该溶液体系的PBE式为 H Cl OH c Kw H H 2 c H Kw 0 二 一元强酸溶液中H 浓度的计算 当HCl溶液的浓度c 10 6mol L 1 水的解离可忽略 可近似求解 1 精确式 H OH Cl Cl cpH lgc 2 最简式 4 例题 求0 050mol L 1和1 0 10 7mol L 1HCl溶液的pH 5 解 1 因c1 0 050mol L 1 10 6mol L 1故采用最简式进行计算 H 0 050mol L 1pH 1 30 2 当c2 1 0 10 7mol L 1 10 6mol L 1 须用精确式进行计算 6 同样对于NaOH溶液也按上述方法处理 即c 10 6mol L 1 OH cpOH lgc 2 最简式c 10 6mol L 1 1 精确式 三 一元强碱溶液pH的计算 7 二 一元弱酸 碱 溶液pH的计算 8 设 一元弱酸HA的浓度为c 其PBE为 一 一元弱酸溶液pH的计算 1 式为计算一元弱酸溶液pH的精确式但 HA 未知 9 由PBE A H OH H KW H 2 由MBE c HA A HA c A c H KW H 3 又 Ka HA H A 2 3 代入上式并整理得到一个含 H 的一元三次方程式 4 式为计算一元弱酸溶液pH的精确式 此式为考虑水的离解时 计算一元弱酸HA的精确公式 解这种方程较麻烦 在分析化学中为了计算的方便 根据酸碱平衡的具体情况常对此公式作近似处理 10 1 当Ka和c不是很小 即一元弱酸溶液的浓度不是很稀时 在这种情况下 弱酸的解离是溶液中H 的主要来源 水解离的影响较小 Kw H 0 即判据为 cKa 20KW c Ka 500时 5 式为计算一元弱酸溶液pH的近似式 讨论1 精确式 11 2 当Ka和c不是很小 且c Ka时 不仅水的解离可以忽略 而且弱酸的解离对其总浓度的影响可以忽略 Kw H 0 c H c 即判据为 cKa 20KW c Ka 500时 6 式为计算一元弱酸溶液pH的最简式 讨论2 12 3 当酸极弱且溶液极稀时 水的解离不能忽略 cKa KW c H OH c 即判据为 cKa500时 7 式为计算一元弱酸溶液pH的近似式 讨论3 OH 13 例题1 计算0 10mol L 1HF溶液的pH 已知Ka 7 2 10 4 14 解 因cKa 0 10 7 2 10 4 20KW c Ka 0 1 7 2 10 4 500 故根据近似式计算 15 例题2 计算 1 0 10 4mol L 1NH4Cl溶液的pH 已知 NH3的Kb 1 8 10 5 16 解 NH4 的Ka Kw Kb 1 0 10 14 1 8 10 5 5 6 10 10由于cKa 1 0 10 4 5 6 10 10500 应按近似式 2 计算 pH 6 59 17 总结 1 caKa20KW ca Ka500 4 caKa 20KW ca Ka 500 18 二 一元弱碱溶液pH的计算 PBE为 HB H OH 同理 按一元弱酸类似的方法处理 得一元弱减溶液pH的一系列计算公式 19 1 cbKb20KW cb Kb500 4 cbKb 20KW cb Kb 500 总结 20 三 两种弱酸混合溶液 H 的计算 21 设 两种弱酸为HA和HB 浓度为cHA mol L 1 和cHB mol L 1 离解常数为KHA KHB 都是一元酸 其PBE为 H A B OH 由于溶液呈酸性 故忽略水的解离 OH 0将上式简化为 H A B 根据平衡关系 22 近似处理 1 如果两种酸都较弱 可忽略其解离的影响 既 HA cHA HB cHB 2 如果两种酸都不太弱 不能忽略其解离的影响 按逐步逼近法计算 先按最简式计算出 H 1 再由 H 1求出 HA 和 HB 代入近似式求 H 2 如此反复 直到满足误差要求为止 23 例题 计算 0 10mol L 1HF和0 10mol L 1HAc混合溶液的pH值 已知 KHF 6 8 10 4 KHAc 1 75 10 5 解 24 四 多元弱酸 碱 溶液pH的计算 多元酸在溶液中是逐级解离的 所以是一种复杂的酸碱平衡体系 即便是二元酸 如果严格处理 得到的计算 H 的方程也是一个四次方程 解起来十分困难 况且在实际工作中也没有实际意义 所以 多元酸碱一般都进行简化处理 25 以二元弱酸 H2A 为例 该溶液的PBE为 H HA 2 A2 OH 1 由于溶液为酸性 所以 OH 可忽略不计 H HA 2 A2 再由有关的平衡关系得 一 多元弱酸溶液pH的计算 26 2 通常二元酸Ka1 Ka2 即即第二步电离可忽略 二元酸可按一元酸近似处理 因为 HA H 所以 H2A ca HA ca H 于是上式可以写为 与一元酸体系类似 27 2 按一元弱酸处理A 当caKa1 20KW ca Ka1 500时 多元酸一般按一元酸处理 1 能否按一元弱酸处理的判据 B 当caKa1 20Kw ca Ka1 500时 可以忽略第一级离解对H2A浓度的影响 此时 H2A ca 近似式 最简式 28 计算 0 10mol L 1H3PO4溶液的中H 及各物种的浓度 已知 Ka1 7 6 10 3 Ka2 6 3 10 8 Ka3 4 4 10 13 例题 Ka2 Ka3 因此磷酸的二 三级解离可忽略 可按一元弱酸来处理 又cKa1 0 1 7 6 10 3 20KW 水的解离也可忽略 c Ka1 0 10 7 6 10 3 500 故有 解 因为 29 H2PO4 H 2 4 10 2mol L 1 H3PO4 ca H2PO4 HPO42 PO43 0 10 2 4 10 2 6 3 10 8 1 2 10 18 7 6 10 2mol L 1 30 二 多元弱碱溶液pH的计算 与多元弱酸相似判断将二元弱碱视为一元弱碱计算的条件1 当cbKb1 20KW cb Kb120KW ca Kb1 500时最简式 31 例题 计算0 10mol L 1Na2C2O4溶液中OH 及各物种的浓度 已知 Kb1 1 6 10 10 Kb2 1 7 10 13 32 解 Na2C2O4溶液的PBE为 H HC2O4 2 H2C2O4 OH 因为 HC2O4 OH 4 0 10 6mol L 1 H2C2O4 HC2O4 Kb2 OH Kb2 1 7 10 13mol L 1 C2O42 c H2C2O4 HC2O4 0 10mol L 1 可按一元弱碱来处理 33 五 两性物质溶液pH的计算 两性物质在水溶液中既可以失去质子 又可以得到质子 酸碱平衡的关系比较复杂 因此在有关计算中 常根据具体情况 忽略溶液中某些次要的平衡关系 进行近似处理 使之简化 例如 1 多元弱酸的酸式盐 NaHCO3 2 弱酸弱碱盐 NH4Ac 3 氨基酸 34 以酸式盐NaHA为例 设其溶液的浓度为c PBE为 H A2 H2A OH 由H2A HA 平衡关系 一 多元弱酸的酸式盐 精确式 35 1 对于HA 其进一步作酸式 碱式解离的趋势都比较小 即Ka2 Kb2都较小 故溶液中 HA c 即 cKa2 20Kw c 20Ka1 简化处理 2 若cKa2 20Kw c 20Ka1即水的解离可忽略 36 3 若cKa2 20Kw c 20Ka1 水的解离及H2A的第二级解离均可忽略 Ka1 c c 4 若cKa220Ka1 说明HA 的酸式解离极微 Ka1 c c 但此时水的酸性不能忽略 但可不考虑其碱性 37 总结 1 cKa2 20Kw c 20Ka1 2 cKa2 20Kw c 20Ka1 3 cKa220Ka1 4 cKa2 20Kw c 20Ka1 38 以NH4Ac为例 其PBE为 H NH3 OH HAc 根据平衡关系得 二 弱酸弱碱盐 两边同乘以 H 和Ka HAc 39 讨论处理 1 如果KNH4 KAc 都较小 可认为 NH4 Ac c 2 当cKNH4 20Kw 忽略水的解离 3 当cKNH4 20Kw c 20KHAc 40 氨基酸在水溶液中以偶极离子的形式存在 具有酸 碱两种作用 为两性物质 例如氨基乙酸 三 氨基酸 41 计算0 10mol