第三章酸碱反应和沉淀反应

1、2007-5-27 第一节第一节水的解离反应水的解离反应和溶液的酸碱性和溶液的酸碱性 无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第三章第三章 酸碱反应和沉淀反应酸碱反应和沉淀反应第一节第一节 水的解离反应水的解离反应 和溶液的酸碱性和溶液的酸碱性2007-5-27 3-1-1酸碱的电离理论酸碱的电离理论 3-1-1 酸碱的电离理论酸碱的电离理论酸碱理论酸碱理论 阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯(Arrhenius)电离理论电离理论富兰克林富兰克林(Franklin)溶剂理论溶剂理论 布朗斯泰德布朗斯泰德(Bronsted)质子理论质子理论 路易斯路易斯(Lewis)电子理论电子理论 皮尔逊皮尔逊(Pea

2、rson)软硬酸碱理论软硬酸碱理论 2007-5-27 3-1-1酸碱的电离理论酸碱的电离理论 3-1-1 酸碱的电离理论酸碱的电离理论阿仑尼乌斯酸碱电离理论阿仑尼乌斯酸碱电离理论 酸酸：在水溶液中解离产生的阳离子全部在水溶液中解离产生的阳离子全部是是H+的化合物的化合物 碱碱：在水溶液中解离产生的阴离子全部：在水溶液中解离产生的阴离子全部是是OH-的化合物的化合物酸酸碱碱中和反应的实质：中和反应的实质： H+和和OH-结合生成结合生成H2O酸碱的相对强弱可根据在水溶液中解离酸碱的相对强弱可根据在水溶液中解离出来的出来的H+和和OH- -程度来衡量程度来衡量2007-5-27 3-1-2 水的

3、解离反应和溶液的酸水的解离反应和溶液的酸碱性碱性3-1-2 水的解离反应和溶液的酸碱性水的解离反应和溶液的酸碱性水的解离反应水的解离反应纯水或稀溶液中纯水或稀溶液中 H2O(l) H+(aq) + OH- -(aq)c(H+)/c c(OH- -)/c =Kw Kw水的离子积水的离子积 Kw(298.15K)=1.010-14Kw与温度有关与温度有关2007-5-27 溶液的酸碱性和溶液的酸碱性和pH pH=-lg c(H+)/c 溶液的酸碱性溶液的酸碱性1.010-71.010-71.010-7c(OH- -)/molL-11.010-7c(H+)/molL-1碱性碱性中性中性酸性酸性溶液酸

4、碱性溶液酸碱性 c(H+)/c c(OH-)/c = 1.010-14 = Kw pH=pKw-pOH=14-pOHpOH=-lg c(OH- -)/c 碱性碱性中性中性酸性酸性溶液酸碱性溶液酸碱性7=77pHpH越小，溶液酸性越强越小，溶液酸性越强 pH越大，溶液碱性越强越大，溶液碱性越强2007-5-27 例例0.10 molL-1HOAc溶液中溶液中, c(H+)=1.3410-3 molL-1, pH=?例例 20.10 molL-1NH3H2O溶液中溶液中, c(OH- -) = 1.3210-3 molL-1, pH=?pH=-lgc(H+)/c=-lg1.3410-3=2.87p

5、H=14-pOH=14-(-lgc(OH-)/c) =14+lg(1.3210-3)=11.122007-5-27 c(H+)/(molL-1)1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-510-6 10-7 10-810-910-1010-1110-1210-1310-14 pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14酸性增强酸性增强中性中性碱性增强碱性增强溶液的酸碱性和溶液的酸碱性和pHpH能否能否 14 ?2007-5-27 酸碱指示剂酸碱指示剂能在一定能在一定pH范围内保持一定颜色的某些范围内保持一定颜色的某些 有机弱酸或弱碱有机弱酸或弱碱甲基橙甲基

6、橙 红红 橙橙 黄黄3.1 4.4 酚酞酚酞 无色无色 粉红粉红 红红8.0 10.0pH试纸在不同的试纸在不同的pH溶液中显不同的颜色溶液中显不同的颜色 石蕊石蕊 红红 紫紫 蓝蓝5.0 8.0 第一节第一节 结束结束第三章第三章 酸碱反应和沉淀反应酸碱反应和沉淀反应 2007-5-27 第二节第二节弱电解质的解离反应弱电解质的解离反应无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第三章第三章 酸碱反应和沉淀反应酸碱反应和沉淀反应第二节第二节 弱电解质的弱电解质的 解离反应解离反应2007-5-27 3-2-1 解离平衡和解离常数解离平衡和解离常数3-2-1 解离平衡和解离常数解离平衡和解离常

7、数一元弱酸一元弱酸 HA(aq) H+(aq) + A- -(aq)弱电解质在水中部分解离弱电解质在水中部分解离, 存在解离平衡存在解离平衡c(H+)/c c(A- -)/c c(HA)/c Ki (HA)= c(H+)c(A- -) c(HA)简化为简化为Ki (HA)= 解离平衡解离平衡Ki 标准解离常数标准解离常数Ka 、Kb分别表示弱酸、弱碱标准解分别表示弱酸、弱碱标准解 离常数离常数2007-5-27 Ki 越小越小,弱电解质解离越困难弱电解质解离越困难,电解质越弱电解质越弱弱电解质：一般弱电解质：一般Ki 10-4 中强电解质：中强电解质：Ki =10-210-3解离常数解离常数K

8、i 表示表示弱电解质解离限度大小的特性常数弱电解质解离限度大小的特性常数Ki 与与浓度无关浓度无关，与，与温度有关温度有关 由于温度对由于温度对Ki 影响不大影响不大, 室温下一般可不室温下一般可不考虑其影响考虑其影响 2007-5-27 例例试计算试计算298.15K、标准态下、标准态下Ka(HOAc)值值解：解：HOAc H+ + OAc- -fGm/(kJmol-1) -396.46 0 -369.31rGm=(-369.31)-(-396.46)kJmol-1 =27.15 kJmol-1 -rGm -27.151000 RT 8.314298.15ln K = = = - -10.9

9、5Ka (HOAc)=1.810-5提示：根据热力学性质计算。提示：根据热力学性质计算。2007-5-27 稀释定律稀释定律一元弱酸一元弱酸 HA(aq) H+(aq) + A- -(aq)起始浓度起始浓度 c 平衡浓度平衡浓度 c-c c c c(H+)/c c(A- -)/c c(HA)/c Ka (HA)= =( ) 2 c 1- c Ki ( )2 cc Ki c/c若若(c/c )/Ki 500, 1-1 与与 c 有关，有关，Ki 与与 c 无关无关 3-2-3 弱酸或弱碱溶液中离子浓度弱酸或弱碱溶液中离子浓度计算计算 3-2-3 弱酸或弱碱溶液中离子浓度计算弱酸或弱碱溶液中离子浓

10、度计算 若若Ki Kw , 浓度不很小浓度不很小, 可忽略水的解离可忽略水的解离 一元弱酸溶液中一元弱酸溶液中c(H+)的计算的计算 一元弱电解质溶液中离子浓度的计算一元弱电解质溶液中离子浓度的计算 若若(c/c )/Ka 500, x 500 0.100-xx 则则 x=1.3410-3 c(NH4 )/c c(OH- -)/c xx c(NH3H2O)/c 0.100-xKb= = =1.810-5+2007-5-27 例例 c(OH- -)=1.3410-3 molL-1pH = 14-2.87 = 11.13 计算计算0.100molL-1氨水溶液中的氨水溶液中的c(OH- -)、pH

11、和氨水的解离度和氨水的解离度 c(OH-) 1.3410-3 c 0.100 = 100%= 100%=1.34% 所以所以pOH = -lg(1.3410-3/c) = 2.872007-5-27 3-2-4多元弱酸的分步解多元弱酸的分步解 3-2-4 多元弱酸的分步解离多元弱酸的分步解离多元弱酸在水溶液中多元弱酸在水溶液中分步解离分步解离 如如 H2S H+ + HS- - HS- - H+ + S2-2-Ka(1)= =1.110-7c(H+)/c c(HS- -)/c c(H2S)/c Ka(2)= =1.310-13c(H+)/c c(S2-2-)/c c(HS- -)/c 分级解离

12、常数逐级减小分级解离常数逐级减小 多元弱酸的强弱主要取决于多元弱酸的强弱主要取决于Ka(1) 2007-5-27 例例已知常温、常压下已知常温、常压下H2S的溶解度为的溶解度为 0.10molL-1，计算，计算H2S饱和溶液中饱和溶液中c(H+)、 c(S2-)和和H2S的解离度的解离度解：解： H2S H+ + HS- -平衡浓度平衡浓度/(molL-1) 0.10-x x xKa(1)= = =1.110-7c(H+)/c c(HS- -)/c xx c(H2S)/c 0.10-x(c/c )/Ka(1)=0.10/(1.1 10-7)500, 0.10-x0.1 x= 1.110-4 c

13、(H+)= 1.110-4 molL-12007-5-27 例例已知常温、常压下已知常温、常压下H2S的溶解度为的溶解度为 0.10molL-1，计算，计算H2S饱和溶液中饱和溶液中c(H+)、 c(S2-)和和H2S的解离度的解离度解：解： HS- - H+ + S2-2-Ka(2)= =1.310-13c(H+)/c c(S2-2-)/c c(HS- -)/c 因为因为 Ka(2)500 所以所以 0.10-x0.10, 0.10+x0.10 解：解： NH3H2O NH4 + OH- -平衡浓度平衡浓度/(molL-1) 0.10-x 0.10+x x+2007-5-27 例例在在0.1

14、0molL-1NH3H2O溶液中溶液中, 加入加入 固体固体NH4Cl,使其浓度为使其浓度为0.10molL-1, 计算计算 溶液中溶液中c(H+)、NH3H2O的解离度。的解离度。解：解： NH3H2O NH4 + OH- -平衡浓度平衡浓度/(molL-1) 0.10-x 0.10+x x+c(OH- -)=1.810-5 molL-11.010-14 1.810-5 c(H+) = molL-1 =5.610-10 molL-11.810-5 0.10= 100%=0.018%未加未加NH4Cl的的0.10molL-1NH3H2O溶液溶液 1.34%,即即由于同离子效应，使由于同离子效应

15、，使降低降低 利用同离子效应利用同离子效应, 调节溶液的酸碱性调节溶液的酸碱性, 可控制弱电解质溶液中有关离子的浓度，可控制弱电解质溶液中有关离子的浓度， 进行金属离子的分离和提纯。进行金属离子的分离和提纯。2007-5-27 3-2-6 缓冲溶液缓冲溶液 3-2-6 缓冲溶液缓冲溶液演示实验演示实验：HOAc NaOAc混合溶液混合溶液缓冲作用原理：如缓冲作用原理：如 HOAc+NaOAc混合液混合液 HOAc H+ + OAc- - 大量大量 极小量极小量 大量大量 外加适量酸外加适量酸(H)，平衡向左移动，平衡向左移动外加适量碱外加适量碱(OH- -)，平衡向右移动，平衡向右移动NaOA

16、c 抵消抵消H+; HOAc 抵消抵消OH- - 缓冲作用：使溶液缓冲作用：使溶液pH值基本保持不变的作值基本保持不变的作用。具有缓冲作用的溶液，称为缓冲溶液用。具有缓冲作用的溶液，称为缓冲溶液 2007-5-27 3-2-6 缓冲溶液缓冲溶液演示实验演示实验：HOAc NaOAc混合溶液混合溶液缓冲作用原理：如缓冲作用原理：如 HOAc+NaOAc混合液混合液 HOAc H+ + OAc- - 大量大量 极小量极小量 大量大量 外加适量酸外加适量酸(H)，平衡向左移动，平衡向左移动外加适量碱外加适量碱(OH- -)，平衡向右移动，平衡向右移动NaOAc 抵消抵消H+; HOAc 抵消抵消OH

17、- - 缓冲作用：使溶液缓冲作用：使溶液pH值基本保持不变的作值基本保持不变的作用。具有缓冲作用的溶液，称为缓冲溶液用。具有缓冲作用的溶液，称为缓冲溶液 HOAc+NaOAc混合溶液能抵抗少量外混合溶液能抵抗少量外 来酸、碱及少量水的稀释作用，而保来酸、碱及少量水的稀释作用，而保 持溶液持溶液pH值基本不变，为缓冲溶液。值基本不变，为缓冲溶液。2007-5-27 常见的缓冲溶液常见的缓冲溶液 如弱酸与弱酸盐、弱碱与弱碱盐等混合液，如弱酸与弱酸盐、弱碱与弱碱盐等混合液， 多元弱酸组成的两种不同酸度的盐混合液多元弱酸组成的两种不同酸度的盐混合液缓冲溶液缓冲溶液pKipH值范围值范围HOAc-NaO

18、Ac4.763.65.6NH3H2O-NH4Cl4.768.310.3NaHCO3-Na2CO3 10.339.211.0KH2PO4-K2HPO4 7.205.98.0H3BO3-Na2B4O7 9.27.29.22007-5-27 缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算值的计算例例(1)试计算含试计算含0.10molL-1HOAc、0.10molL-1 NaOAc溶液的溶液的pH值。值。解：解： HOAc H+ + OAc- - 平衡浓度平衡浓度/(molL-1) 0.10-x x 0.10+xKa= =1.810-5x(0.10+x) 0.10-x因为因为 (c/c )/Ka=0.10/(1.81

19、0-5)500 所以所以 0.10-x0.10, 0.10+x0.10 pH=4.74x=1.810-5 c(H+ +)=1.810-5 molL-1=1.810-5 0.10 x 0.102007-5-27 例例(2) 在含在含0.100molL-1HOAc、0.100molL-1 NaOAc溶液中加入溶液中加入HCl, 使使c(Cl- -) = 0.001 molL-1，计算溶液的，计算溶液的pH值。值。 HOAc H+ + OAc- - Ka= =1.810-5x(0.099+x) 0. 101-x平衡浓度平衡浓度/(molL-1) 0.101-x x 0.099+xx=1.810-5

20、c(H+ +)=1.810-5 molL-1pH=4.74=1.810-5 0.099x 0. 101解解: 反应反应 H+ + OAc- - HOAc0.001 0.001 0.001HOAc+NaOAc混合溶液能抵抗少量外混合溶液能抵抗少量外来酸的作用，而保持溶液来酸的作用，而保持溶液pH值不变。值不变。2007-5-27 例例(3) 在含在含0.100molL-1HOAc、0.100 molL-1NaOAc溶液中加入溶液中加入KOH, 使使 c(K+ +)=0.001molL-1，计算溶液的，计算溶液的pH值。值。 HOAc H+ + OAc- - Ka= =1.810-5x(0.101

21、+x) 0. 099-x平衡浓度平衡浓度/(molL-1) 0.099-x x 0.101+xx=1.810-5 c(H+ +)=1.810-5 molL-1pH=4.74=1.810-5 0.101x 0. 099解解: 反应反应 OH- - + HOAc OAc- - + H2O 0.001 0.001 0.001HOAc+NaOAc混合溶液能抵抗少量外混合溶液能抵抗少量外来碱的作用，而保持溶液来碱的作用，而保持溶液pH值不变。值不变。2007-5-27 例例(4) 在含在含0.10molL-1HOAc、0.10molL-1 NaOAc溶液中加入溶液中加入H2O, 使溶液稀释使溶液稀释10

22、倍倍, 计算溶液的计算溶液的pH值。值。解：解： HOAc H+ + OAc- - 平衡浓度平衡浓度/(molL-1) 0.010-x x 0.010+xKa= =1.810-5x(0.010+x) 0. 010-xc(H+ +)=1.810-5 molL-1pH=4.74x=1.810-5 =1.810-5 0.010 x 0. 010HOAc+NaOAc混合溶液能抵抗少量水混合溶液能抵抗少量水的稀释作用，而保持溶液的稀释作用，而保持溶液pH值不变。值不变。2007-5-27 例例(5)欲配制欲配制250ml, pH=5.00的缓冲溶液，的缓冲溶液， 问在问在12.0mL 6.00molL-

23、1HOAc溶液中溶液中, 应加入固体应加入固体NaOAc3H2O 多少克多少克?解：解：c(HOAc)=(12.06.00)/250 molL-1 =0.288 molL-1 pH=5.00 c(H+)=10-5 molL-1 HOAc H+ + OAc- - 平衡浓度平衡浓度/(molL-1) 0.288-10-5 10-5 x+10-5Ka = =1.810-510-5 (x+10-5) 0. 288-10-5x=0.518 molL-1应加入应加入NaOAc3H2O (250/1000)0.518136=17.6 (g) 第三章第三章 酸碱反应和沉淀反应酸碱反应和沉淀反应 2007-5-

24、27 第三节第三节盐类的水解反应盐类的水解反应无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第三章第三章 酸碱反应和沉淀反应酸碱反应和沉淀反应第三节第三节 盐类的水解反应盐类的水解反应caikeying2007-5-27 3-3-1 水解反应和水解常数水解反应和水解常数3-3-1 水解反应和水解常数水解反应和水解常数强碱弱酸盐的水溶液强碱弱酸盐的水溶液水解反应式：水解反应式： OAc- -H2O HOAcOH- -如如 NaOAc Na+ + OAc- - H2O OH- - + H+水的解离水的解离 +HOAc水解反应水解反应 显碱性显碱性2007-5-27 强酸弱碱盐水溶液强酸弱碱盐水溶液水

25、解反应式：水解反应式： NH4 H2O NH3H2O H+ + 显酸性显酸性+NH3H2O如如 NH4Cl Cl- - + NH4 H2O H+ + OH- - +盐的水解反应盐的水解反应:盐的组分离子与水解离出盐的组分离子与水解离出来的来的H+或或OH- -结合生成弱电解质的反应结合生成弱电解质的反应2007-5-27 弱酸弱碱盐弱酸弱碱盐水溶液的酸碱性视生成弱酸水溶液的酸碱性视生成弱酸、弱碱的弱碱的Ki 而定而定 A+ + B- - + H2O HB + AOH Ka(HB) Kb(AOH) 水溶液显水溶液显酸性酸性如如 NH4F NH4 + F- +H2O NH3H2O+HF +Ka(H

26、B) Kb(AOH) 水溶液显水溶液显中性中性如如 NH4OAc NH4 + OAc- - +H2O NH3H2O+HOAc +如如 NH4CN NH4 +CN-+H2O NH3H2O + HCN Ka(HB) Kh(2) 通常只须考虑第一步水解通常只须考虑第一步水解2007-5-27 如如FeCl3的水解反应式的水解反应式 Fe3+ + H2O Fe(OH)2+ + + H+ +由于由于Kh(1) Kh(2) Kh(3) 所以一般只考虑一级水解所以一般只考虑一级水解 3-3-2 分步水解分步水解 Fe(OH)2+ + H2O Fe(OH)2 + + H+ + Fe(OH)2 + H2O Fe

27、(OH)3 + + H+ +2007-5-27 3-3-3 盐溶液盐溶液pH的近似计算的近似计算3-3-3 盐溶液盐溶液pH的近似计算的近似计算例例计算计算0.10molL-1NaOAc溶液的溶液的pH和水解度和水解度解：解： OAc- -+H2O HOAc+ +OH- -平衡浓度平衡浓度/(molL-1) 0.10-x x x 0.10-x0.10 x=7.510-6c(OH- -)=7.510-6 molL-1 pH=14-lg(7.510-6)=8.88Kh = = = =5.610-10 Kw 1.010-14 Ka(HOAc) 1.810-5 xx 0.10-x 7.510-6 0.

28、10h= 100%=7.510-3 %2007-5-27 3-3-4影响盐类水解度的因素影响盐类水解度的因素3-3-4 影响盐类水解度的因素影响盐类水解度的因素水解离子的本性水解离子的本性水解产物水解产物弱酸或弱碱越弱，则水解弱酸或弱碱越弱，则水解 程度越大。程度越大。盐溶液盐溶液 (0.1molL-1)水解产物水解产物Kah/%pHNaOAc HOAc+OH- -1.810-5 0.0075 8.9NaCNHCN+OH- -6.210-101.411.2Na2CO3 HCO3+OH- -4.710-114.211.6-2007-5-27 3-3-4 影响盐类水解度的因素影响盐类水解度的因素水解离子的本性水解离子的本性水解产物是弱电解质，且为难溶或为易水解产物是弱电解质，且为难溶或为易 挥发气体，则水解程度很大或完全水解挥发气体，则水解程度很大或完全水解 Al2S3 +6H2O 22Al(OH)3+ 3H2SSnCl2 + H2O Sn(OH)Cl+ HClSbCl3 + H2O SbOCl+ 2HCl Bi(NO3)3 + H2O BiONO3+ 2HNO32007-5-27 3-3-4 影响盐类水解度的因素影响盐类水解度的因素盐溶液浓度、温度盐溶液浓度、温度一般来说，盐浓度越小，温度越高，一般来说，盐浓