酸碱平衡基础知识概述(ppt 50页)

1、8.1 酸碱平衡理论酸碱平衡理论第八章第八章 酸碱平衡酸碱平衡8.2 酸碱溶液酸碱溶液pH值的计算值的计算1 8.1 酸碱平衡的理论基础酸碱平衡的理论基础1. 阿仑尼乌斯的电离理论阿仑尼乌斯的电离理论2 2. 酸碱质子理论酸碱质子理论3. 酸碱离解平衡酸碱离解平衡4. 路易斯酸碱理论路易斯酸碱理论(自学自学)8.1.1. 阿仑尼乌斯的电离理论阿仑尼乌斯的电离理论 (1887年年)1)酸：酸：凡在水溶液能电离产生凡在水溶液能电离产生H+的物质；的物质； HCl， H2SO4, HAc等等2)碱：碱：能电离产生能电离产生OH-的物质的物质: NaOH, KOH等等 中和反应中和反应: 酸和碱反应；

2、产物为水和盐。酸和碱反应；产物为水和盐。3) 如何衡量酸碱强度？如何衡量酸碱强度？ 电离度电离度( ) 酸碱电离平衡常数酸碱电离平衡常数 (Ka): 温度一定时，温度一定时，不随不随HA的浓度变化而变化的浓度变化而变化3 %100HAHAKcHAcaHAHA在在cHA一定的条件下，一定的条件下， 值越大值越大，说明弱，说明弱酸电离程度越大，说明该酸酸性愈强；酸电离程度越大，说明该酸酸性愈强；一元酸一元酸: HA H+ + A-多元酸多元酸: 电离步骤多，复杂电离步骤多，复杂4 注意注意: 在阿仑尼乌斯理论中，讨论的酸碱在阿仑尼乌斯理论中，讨论的酸碱强度仅代表酸碱在水中的电离出强度仅代表酸碱在水

3、中的电离出H+和和OH-离子的能力；不适于非水溶液。离子的能力；不适于非水溶液。溶液酸度的衡量方法溶液酸度的衡量方法: pH值值 pH= lgH+ pOH= -lgOH-5 14.00ppOHpH KW同一溶液：同一溶液：水溶液的酸碱性：水溶液的酸碱性：由于水呈中性，且水中：由于水呈中性，且水中： H+ = OH = 1.010 7 mol L 1所以：所以： H+ = OH = 1.010 7 mol L 1 溶液呈中性，溶液呈中性， pH=7 H+ OH , H+ 1.010 7 mol L 1 溶液呈酸性，溶液呈酸性， pH7 H+OH , H+ 76 8.1.2. 酸碱质子理论酸碱质子

4、理论 在在1923年由年由Brnsted提出提出 1)酸：酸：凡能给出质子的物质都是酸；凡能给出质子的物质都是酸； 2)碱碱：凡能接受质子的物质都是碱；凡能接受质子的物质都是碱； 质子质子酸和质子碱可以是分子或离子，酸和质子碱可以是分子或离子，质子酸碱理论中不存在盐的概念质子酸碱理论中不存在盐的概念。 HAc、NH4+、HSO4-是酸；是酸； Cl-、NH3、HSO4-是碱是碱7 酸碱存在着对应的相互依存的关系；物酸碱存在着对应的相互依存的关系；物质的酸性或碱性要通过给出质子或接受质的酸性或碱性要通过给出质子或接受质子来体现。质子来体现。 酸酸 H+ + 碱碱 HAc H+ + Ac- 共轭关

5、系共轭关系共轭酸共轭酸共轭碱共轭碱3). 酸碱共轭关系酸碱共轭关系8 HAc的共轭碱是的共轭碱是Ac- ，Ac-的共轭的共轭酸酸HAc，HAc和和Ac-为一对共轭酸碱，为一对共轭酸碱，称为称为共轭酸碱对共轭酸碱对。 两性物质：两性物质：既能给出质子，又能接受既能给出质子，又能接受质子的物质。质子的物质。等。如：HS,OH,HCO,)OFe(OH)(H ,HSO232524HAc H+ + Ac-9 酸酸 H+ +碱碱 AcHHAc 10 OHH3O+H2O H2O +3OHOHKwKw：水的离子积，：水的离子积，25时为时为10-14，pKw = 14. 实质是实质是两个共轭酸碱对之间的质子传

6、递。两个共轭酸碱对之间的质子传递。4). 酸碱反应实质酸碱反应实质11 (1) 酸在水溶液中给出质子酸在水溶液中给出质子 酸碱反应酸碱反应 AcHHAc H3O+H2O H+ + AcH3O+HAc H2O + 碱碱2 酸酸1 酸酸2 碱碱1 (2) 碱在水溶液中接受质子碱在水溶液中接受质子 酸碱反应酸碱反应 OHHH2O NH4+NH3 H+ + OHNH4+NH3 H2O +12 (3) 盐类水解反应也是离子酸碱间盐类水解反应也是离子酸碱间的质子转移过程。的质子转移过程。H+NH4Cl水解：水解：H+Ac+H2O OH + HAcNaAc水解：水解： + H2O H3O+ + NH34NH

7、13 8.1.3. 酸碱离解平衡酸碱离解平衡酸碱强弱取决于酸碱强弱取决于物质给出质子或接受质子物质给出质子或接受质子能力的强弱能力的强弱； 依据依据: : 电离度和电离平衡常数电离度和电离平衡常数(Ka, Kb) 对于：对于：HAc H+Ac-HAcAcHKa34NHOHNHKbNH3+H2O NH4+OH-14 共轭酸碱常数的关系：共轭酸碱常数的关系：A + H2O OH + HA)(A-AHAOHKb)(HAcaWKKHHAHAOH Ka Kb = KW = 10-1415 2. 强酸强酸(碱碱)溶液溶液8.2 酸碱溶液酸碱溶液pH值的计算值的计算3. 一元弱酸一元弱酸(碱碱)溶液溶液 1

8、6 4. 缓冲溶液缓冲溶液5. 多元酸多元酸(碱碱)溶液溶液 1. 质子条件质子条件8.2.1. 质子条件质子条件质子平衡质子平衡(条件条件)式式: 在酸碱反应达到平衡后，酸失去的质在酸碱反应达到平衡后，酸失去的质子和碱得到的质子的物质的量必然相等。子和碱得到的质子的物质的量必然相等。推导时，应注意推导时，应注意 (1) 选取质子参考水平：选取质子参考水平： (2) 确定得失质子的组分：确定得失质子的组分： (3) 根据质子得失守恒写出质子等衡式根据质子得失守恒写出质子等衡式 (4) 考虑多级离解物质得失质子情况考虑多级离解物质得失质子情况17 18 Na2CO3的水溶液中存在离解平衡的水溶液

9、中存在离解平衡: CO32- + H2O HCO3- + OH- CO32- + 2H2O H2CO3 + 2OH- H2O H+ + OH-质子条件式质子条件式: H+ + HCO3- + 2H2CO3 = OH-19 或根据或根据物料平衡和电荷平衡来写质子条件物料平衡和电荷平衡来写质子条件物料平衡物料平衡: 假设初始假设初始Na2CO3浓度为浓度为c， CO32-+HCO3- +H2CO3 = c Na+ = 2c H+ +Na+ = HCO3-+ 2CO32-+ OH-综上，仍可得到质子条件式综上，仍可得到质子条件式: H+ + HCO3- + 2H2CO3 = OH-8.2.2. 强酸

10、强酸(碱碱)溶液溶液 HA H+ + A- 2 H2O H3O+ + OH-20 在溶液中，在溶液中，H+ = 强酸完全电离强酸完全电离 (cHA) + H2O的自电离产生的自电离产生awcHKH(1)强酸和碱溶液的浓度强酸和碱溶液的浓度 10-6 mol dm-3时，时，按最简式计算按最简式计算: H+ = ca;(2) 处于较低浓度时，按处于较低浓度时，按教材教材p238公式计算公式计算21 8.2.3 一元弱酸一元弱酸(碱碱)溶液溶液一元弱酸一元弱酸 HA(aq) H+(aq) + A(aq) 初始浓度初始浓度 c 0 0平衡浓度平衡浓度 c-H+ H+ A-或或平衡浓度平衡浓度 c c

11、 c c 按按酸碱电离平衡酸碱电离平衡的方法来计算的方法来计算: 24,%5 500 )2( , %5 500 ) 1 ( 2a2a2cKKKHKccKHcHKcHcKcHcHHAAHKaaaaaa应按下式计算：时时，当时，当22 11 , %5 500 1 aa2a22cKKccHcKccccccHcHHAAHKKaa，时时，当的关系：与电离度 稀释定律：稀释定律：在一定温度下在一定温度下( Ka为定值为定值)，某弱电解质的解离度随着其溶液的稀释某弱电解质的解离度随着其溶液的稀释而增大。而增大。23 例题例题1： 计算计算0.10 moldm-3 HAc溶液的溶液的pH、pOH 和电离度。和

12、电离度。135151033. 11076. 1,10. 0500)1076. 1/(10. 0/LmolcKHKLmolcKcaaa用近似公式计算：先进行近似条件判断：解：解：24 88. 2lgHpH%33. 1%10010. 01033. 13醋酸的解离度12.11pH-14pOH25 26 例题例题2：(p239) 计算计算1 10-4 moldm-3 H3BO3溶液的溶液的pH值。值。 (pKa = 9.24)62. 6dm104 . 210105001010/10/3724. 9424. 524. 94pHmolcKHKcaa按最简式计算，先进行近似条件判断：解：解：一元弱碱一元弱碱

13、: 与一元弱酸相似与一元弱酸相似 B-+H2O HB + OH-HBOHBKb24%5 500 %5 500 2abcKKKOHKccKOHKcbbbb时：时，当时：时，当27 c0 0.200 0 0在在25时，时， 0.200moldm-3氨水的解离度为氨水的解离度为 0.95%，求，求OH, pH值和氨的离解常数。值和氨的离解常数。)aq(OH (aq)NH O(l)H (aq)NH423ceq 0.200(1 0.95%) 0.2000.95% 0.2000.95%OH-=0.2000.95%=1.910-3 (mol.dm-3)pH=14-pOH=14-(-lg1.910-3)=11

14、.2728 532334108 . 1109 . 1200. 0)109 . 1 (NHOHNHKb8.2.4 两性物质溶液两性物质溶液针对针对NaHCO3、K2HPO4、NaH2PO4即可即可给出质子又可接受质子的物质，酸碱平给出质子又可接受质子的物质，酸碱平衡复杂，需要简化处理。衡复杂，需要简化处理。NaHA: HA- H+ + A2- HA- + H2O H2A + OH- H2O OH- + H+质子条件质子条件: H2A+H+ = A2- + OH-29 2111212a12120K/c20cK,)(aaaaaaawaaKKHcKKcKHKwcHAHAKKHAKKH进一步近似若且近似

15、30 例题例题8-5(p242): 邻苯二甲酸氢钾邻苯二甲酸氢钾 0.1mol L-1。pKa1= 2.89； pKa2 = 5.54. 求求pH值。值。cKa2 = 0.10 10-5.54 20 Kwc/Ka1= 0.10 /10-2.89 2022. 410101022. 454. 589. 221pHKKHaa32 8.2.5 缓冲溶液缓冲溶液平衡移动方向平衡移动方向1.同离子效应：同离子效应： NaAc(aq) Na+(aq) + Ac-(aq)HAc(aq) H+(aq) + Ac-(aq)同离子效应同离子效应：在弱电解质溶液中，加入与其：在弱电解质溶液中，加入与其含有相同离子的易

16、溶强电解质，使弱电解质含有相同离子的易溶强电解质，使弱电解质的电离平衡向左移动，的电离平衡向左移动，使弱电解质的电离使弱电解质的电离度度降低的现象。降低的现象。33 平衡移动方向平衡移动方向 NaCl Cl-(aq) + Na+(aq)HAc(aq) H+(aq) + Ac-(aq)2.盐效应盐效应 盐效应：盐效应：在弱电解质溶液中，加在弱电解质溶液中，加入没有共同离子的易溶强电解质而使入没有共同离子的易溶强电解质而使弱电解质的电离度增大的作用。弱电解质的电离度增大的作用。3. 缓冲溶液的定义：缓冲溶液的定义： 能抵抗少量外加强酸、强碱和能抵抗少量外加强酸、强碱和水的稀释而保持体系的水的稀释而

17、保持体系的pH值基本值基本不变的溶液称为不变的溶液称为缓冲溶液缓冲溶液。 缓冲溶液能缓冲溶液能保持体系的保持体系的pH值基值基本不变的作用称为本不变的作用称为缓冲作用缓冲作用。34 加入加入1滴滴(0.05mL) 1molL-1 HCl加入加入1滴滴(0.05mL) 1molL-1 NaOH实验：实验：50ml纯水纯水pH = 7pH = 3pH = 11结论结论: 水不具备缓冲能力水不具备缓冲能力35 50 mL 0.10 moldm-3 HAc0.10 mol dm-3 NaAc 混合溶液：混合溶液：pH = 4.74(1)加入加入1滴滴(0.05mL) 1.0 moldm-3 HCl：

18、pH = 4.75(2) 加入加入1滴滴 (0.05ml) 1.0 moldm-3 NaOH： pH = 4.76结论结论: HAc-NaAc溶液具备缓冲能力溶液具备缓冲能力36 由弱酸及其共轭碱、弱碱及其共由弱酸及其共轭碱、弱碱及其共轭酸组成；轭酸组成； 组成缓冲溶液的弱酸及其共轭碱、组成缓冲溶液的弱酸及其共轭碱、弱碱及其共轭酸称为缓冲对。弱碱及其共轭酸称为缓冲对。 例：例： HAc-NaAc NH3-NH4Cl H2CO3-NaHCO3 NaHCO3 -Na2CO34. 缓冲溶液的组成：缓冲溶液的组成：37 5. 缓冲作用原理：缓冲作用原理：HAcNaAc溶液：溶液：大量极少量大量抗酸抗碱

19、 )(Ac H HAc )( HAcAcHaKAcHAcHa K38 加入少量加入少量强酸强酸时，溶液中存在的大量的时，溶液中存在的大量的Ac与外加的少量的与外加的少量的H+结合成结合成HAc，当达到新，当达到新平衡时平衡时HAc略有增加，略有增加，Ac略有减少，略有减少， 变化不大，溶液的变化不大，溶液的H+或或pH值基本不变。值基本不变。AcHAc 加入少量加入少量强碱强碱时，溶液中大量的时，溶液中大量的HAc与外的少量的与外的少量的OH生成生成Ac和和H2O，当达到，当达到新平衡时新平衡时c(Ac)略有增加，略有增加，c(HAc)略有减略有减少，变化不大，溶液的少，变化不大，溶液的c(H

20、+)或或pH值基值基本不变。本不变。AcHAc39 应注意的是：应注意的是： 缓冲溶液的缓冲能力是有限的，缓冲溶液的缓冲能力是有限的，当加入大量强酸、强碱，或过度稀释当加入大量强酸、强碱，或过度稀释时，会导致溶液中大量的时，会导致溶液中大量的Ac和和HAc减少，使缓冲溶液失去缓冲作用。减少，使缓冲溶液失去缓冲作用。40 6. 缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算值的计算AHAHaKAHAlg)HA(ppHa K两边取负对数，则(aq)A (aq)OH OH HA(aq)32平衡浓度平衡浓度HAcNaAc)10 ( lg ppH4b(aaKccK盐）41 弱碱和弱碱盐组成的缓冲溶液：弱碱和弱碱盐组成的缓

21、冲溶液：)a(bb)a(bblgppOH, )OH(盐盐ccKccKc）体系（如：盐43434b)a(bb)10 ( lgp14pHNHNHClNHNHKccK42 在缓冲体系除参与和在缓冲体系除参与和 H+或或 OH作作用外，不能与其它物质发生反应用外，不能与其它物质发生反应。 7. 缓冲溶液的选择和配制原则：缓冲溶液的选择和配制原则： pKa或或 14-pKb尽可能接近所需溶尽可能接近所需溶 液的液的pH值；值； 若若 pKa 或或14-pKb 与所需与所需pH不相不相等，依所需等，依所需pH调整调整 。或)BH()B()A()HA(cccc43 欲配制的欲配制的缓冲溶液缓冲溶液的的 pH 值值应选择的缓冲组分应选择的缓冲组分74. 4p NaAc - HAc 5pHaK21. 7p HPO Na -PO NaH 7pHa24242K26. 9p14 Cl NH- O H NH 9pHb423K33.10p CONa-NaHCO 10pHa2323K35.12