酸碱与酸碱平衡学习教案

1、会计学1酸碱与酸碱平衡酸碱与酸碱平衡(pnghng)第一页，共59页。酸 H+ +碱-+ AcHHAc -+-+2442HPOHPOH-+-+3424POHHPO+34NHHNH+2333NHCHHNHCH +252362O)Fe(OH)(HHO)Fe(H+422252O)(HFe(OH)HO)Fe(OH)(H第2页/共59页第二页，共59页。共轭酸 共轭碱 + H+ -23-3COHHCO+-332HCOHCOH+ NHHNH34+（乙二胺盐）（乙二胺盐）（）（+-H NHHCNHNHHCNH24233423氨基酸）氨基酸盐）(H COOCHNHCOOHCHNH-2323+第3页/共59页第

2、三页，共59页。H2O第4页/共59页第四页，共59页。H+H2O = H3O+H+CH3CH2OH = CH3CH2OH2+酸的离解：-+-+-+AcHHAcAcOHOHHAcOHOHHAcHHAc3232简化：碱的离解：-+-+OHNHOHNHOHHOHNHHNH423243水是两性(lingxng)物质第5页/共59页第五页，共59页。-+AcNHNHHAc43酸1 碱2 酸2 碱1H+ 酸碱反应实质是质子(zhz)在两共轭酸碱对之间的转移第6页/共59页第六页，共59页。水的质子自递：-+-+-+OHHOHOHOHOHOHOHHOHOHHOH2322232简化：都为酸碱反应(fnyng

3、)，消除了盐水解的概念+-+OHAgOHOHAgOHHAcOHAcOHOHH32222酸碱反应(fnyng)水的质子自递常数 =H+OH- =10-14（25）即pKW=14（25）KW第7页/共59页第七页，共59页。酸的解离(ji l)：碱的解离(ji l)：水的自递：共轭酸碱对 HAA-wwOHHAOHHAHAAHpppKKKKKKbaba+-+-+数碱度常数，碱的离解常bbKAHAOHKHAOHOHAAOHHA-2-+-数酸度常数，酸的离解常aaKHAAHKAHHAHAAH-+-+-+水的自递常数wo14OHHw2)C25(1000. 1OHHOHKK-+-+第8页/共59页第八页，共

4、59页。w13w22w31pppppppppKKKKKKKKKbababa+多元多元酸酸AH3-2AH-2HA-3ApKa1pKa2pKa3pKb3pKb2pKb1例： 求HS-的pKb 。SHHHS2+-95.605.700.14p-pp1w2-abKKK 解：第9页/共59页第九页，共59页。第10页/共59页第十页，共59页。解： H2O + H2PO4-3bKH3PO4 +OH-1aK溶液(rngy)显酸性12103 . 1/1-awbKKKH2PO4- 作为酸，其Ka2 =6.2310-8Kb3第11页/共59页第十一页，共59页。溶剂(rngj)的性质-3232ClOHOHHClA

5、cOHOHHAc+-+-+-+AcAcHHAcHAc3ClNHNHHAc2AcOHOHHAc12-4332）（）（）（酸性：HAcHCl 溶剂碱性：HAcOHNH23HAc的酸性：）（）（）（312溶剂(rngj)的碱性相同相同溶剂下，酸或碱的强度可通过比较离解常数加以判断)()(HAcaHClaKK第12页/共59页第十二页，共59页。wwOHHAOHHAHAAHpppKKKKKKbaba+-+-+l 可见，若某种弱酸的Ka较大，它给出质子的能力较强，那么其共轭碱的Kb就会较小，该共轭碱接受质子的能力相对就较弱，碱性相对也就较弱。第13页/共59页第十三页，共59页。第14页/共59页第十四

6、页，共59页。解： HAc H+ + Ac- 平衡(pnghng)浓度 0.20（1-） 0.20 0.20 Ka（HAc）=H+Ac- / HAc 1.7410-5=(0.20)2/ 0.20（1-） =0.93% 有关化学平衡(pnghng)的计算中，可以根据允许计算误差5%的要求进行近似处理，简化计算，此时， 1- 1第15页/共59页第十五页，共59页。度拉平的作用，称为溶剂的“拉平效应”。第16页/共59页第十六页，共59页。-3323-32243242NOOHOHHNOClOHOHHClSOOHOHSOH+-+酸性： 均为强酸342HNOHCl,SOH-2242342ClAcHHA

7、cHClSOAcHHAcSOH+-+酸性： HClSOH42区分(qfn)效应拉平(l png)效应第17页/共59页第十七页，共59页。第18页/共59页第十八页，共59页。第19页/共59页第十九页，共59页。第20页/共59页第二十页，共59页。第21页/共59页第二十一页，共59页。实例(shl)： 理论上H+浓度为0.1mol/L 实际上H+浓度为0.083mol/L 理论上Al3+浓度为0.05mol/L Cl-浓度为0.15mol/L 实际上Al3+浓度为0.005mol/L Cl-浓度为0.099mol/L0.1mol/LHCl溶液(rngy)0.05mol/L的AlCl3溶液

8、(rngy)活度与浓度活度与浓度activity and concentration理论离解度与实际离解度存在偏差第22页/共59页第二十二页，共59页。离子(lz)互吸理论:(1) 强电解质在水溶液中完全(wnqun)解离(2) 强电解质溶液理论离解度与实际存在偏差主要由于离子间静电引力引起的-+-+离子(lz)氛示意图由于离子氛作用,强电解质溶液表现出的导电性比理论值低.由此测得的离解度反映反映了溶液中离子间相互牵制的强弱,为表观离解度第23页/共59页第二十三页，共59页。离子(lz)的活度 与浓度c 通过活度系数 联系起来：c理论浓度c：溶液(rngy)中某种离子的总浓度。第24页/共

9、59页第二十四页，共59页。第25页/共59页第二十五页，共59页。-+AHHA平衡浓度 equilibrium concentration ：平衡状态时，溶液中各型体的浓度。HA、A- mol/L，显然，溶质各型体平衡浓度之和必等于其分析浓度，这种等衡关系称为物料平衡，其数学(shxu)表达式称物料平衡等衡式，简写为MBE（Mass Balance Equation）。本书以c表示某物质的初始浓度，表示某物质的平衡浓度AHA-+cHAAH-+aK分析浓度 ：溶液中溶质的总浓度或标签浓度，C：mol/L。第26页/共59页第二十六页，共59页。第27页/共59页第二十七页，共59页。一元(y

10、yun)弱酸：cHAHA1cA-A0-110+多元(du yun)弱酸：-+AHHAH1nn0 , 1,.1,AHAH-nniciii1i-+AHHA第28页/共59页第二十八页，共59页。-+AHHAHAAH-+aKHHAHAHAHA-HA1+aKcHAHAAA-A0+-+aaKKc),(pHKfai00.20.40.60.81234567pH分布分数HAc的分布(fnb)分数图 分布(fnb)曲线一元(y yun)弱酸：HAcAc第29页/共59页第二十九页，共59页。一元弱酸的分布一元弱酸的分布(fnb)分数图分分数图分析析，),(pHKfaiaKppH1）（，5 . 0AHAAHA-1

11、ppH2-aK）（AHA-，1HAcHA1ppH3+aK）（，1AAHA-cA-, 1ppH1p4+-aaKK）（HAA-+c作图，可得分布分数图pHipHi作图，即分布系数图ipH0.51.0pKaHAA-第30页/共59页第三十页，共59页。一元弱碱(ru jin)的分布系数对于一元弱碱，可以(ky)转化成其共轭酸处理。例：已知NH3的pKb = 4.75, 求pH = 2.00 时NH3 和共轭酸的分布(fnb)分数。 NH3 + H3O+ NH4+ + H2O 解：25. 975. 400.14ppp-bwaKKK00. 2pH 0 . 1101010HH00. 225. 900. 2

12、NH4+-+aK824. 700. 224. 924. 9NH106 . 510101010H3-+aaKK先思考：什么为主要存在型体？第31页/共59页第三十一页，共59页。2.3 多元酸（碱）的分布多元酸（碱）的分布(fnb)分分数数- 2p-p2AHAAH21aaKK21212-2-222AHHHHAHAAHAHAH2+aaaKKKc21211-HAHHHHA+aaaaKKKKc212121-2AHHA+aaaaaKKKKKcAHHAHKa21-+-+HAAHKa22第32页/共59页第三十二页，共59页。二元酸的分布二元酸的分布(fnb)分分数图数图iH2AHA-A2-1ppH1aK）

13、（，5 . 0HAAH2HAAH-22ppH2aK）（，5 . 0AHAAHA-2-10p5p21aaKK，1ppH31-aK）（，1AH2AHAAH2cAH21ppH1p421-+aaKK?，5 . 0HA1p52+aKpH）（，1AAHAAH2cA1p61aK）（c+HAAH21p72aK）（c+AHA(6)(7)(3)(4)(5)(1)(2)pKa1pKa2* 注意(zh y)pKa的大小。第33页/共59页第三十三页，共59页。解离解离(ji l)常数对分布分数图的影常数对分布分数图的影响响0.00.20.40.60.81.00.05.010.0pH分布系数0.00.10.20.30.

14、40.50.60.70.80.91.00.02.04.06.08.010.012.014.0pH分布系数0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.02.04.06.08.010.012.014.0pH分布系数0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.02.04.06.08.010.012.014.0pH分布系数00.10p00. 5p21aaKK，00. 9p00. 5p21aaKK，50. 6p00. 5p21aaKK，00. 6p00. 5p21aaKK，- 2-2AHAAH21 aaKK第34页/共59页第三十四页，共59页。萃取率

15、pH0 2 4 6 8答：不可靠(kko)。因为在pH 27区间，主要存在的型体是H2A ，在pH7时，HA-的浓度增大(zn d)，由于试验误差，难以看出变化趋势。实验未达到A2-的存在区域，不能说明A2-在微波萃取中的行为。第35页/共59页第三十五页，共59页。第36页/共59页第三十六页，共59页。一、物料一、物料(w lio)平衡式平衡式 mass balance equation在平衡状态，某组分的分析(fnx)浓度等于其各型体的平衡浓度之和的数学表达式。例：3NaHCOcc+-+COHCOCOH,NaMBE23332：解：在平衡(pnghng)状态，溶液中正离子所带电荷总数与负离

16、子所带电荷总数相等的数学表达式。例：4BaSO解：SO2HSOOHH2BaCBE-24-4-2+：通式：电解质MmAn水溶液CBE：H+nMn+=OH-+mAm-第37页/共59页第三十七页，共59页。三、质子三、质子(zhz)平衡式平衡式 proton balance equation在平衡状态，体系(tx)中物质得失质子的量相等的数学表达式。得到(d do)质子平衡式（PBE)的方法：MBE, CBE质子转移关系式PBE（1）找出参考水准, 或零水准 。参考水准一般选择参与质子转移且大量存在的物质。（2）写出质子转移式：得质子后的产物写在等号左边，失质子产物写在右边。 （3）根据物质得失质

17、子总量相等的原则，写出PBE。由质子转移关系列出PBE（零水准法）：第38页/共59页第三十八页，共59页。参考(cnko)水准：（2） HAc 水溶液H2O, HAc-+-+OHOHOHOHAcHHAc322质子转移反应式：PBE：AcOHH-+（1） 纯H2O参考(cnko)水准： H2O质子转移反应式：-+OHHOHOHHOH232OHHOHOH3-+-+ 简化PBE：第39页/共59页第三十九页，共59页。参考(cnko)水准：（3） H3PO4水溶液H2O, H3PO4-+-+-+-+OHOHOHOHPO3HPOHHPO2HPOHPOHHPOH322344324434243质子转移反

18、应式：PBE：PO 3HPO2POHOHH342442-+第40页/共59页第四十页，共59页。（4） NH4AcNHOHHAcH3+-+PBE：（5）Na2HPO4POOHPOHPOH2H344243-+第41页/共59页第四十一页，共59页。第42页/共59页第四十二页，共59页。MBE+CBE PBE例：c mol/L HCl溶液(rngy) MBE Cl-=c CBE H+=Cl-+OH- 例： c mol/L NaCN溶液(rngy) MBE Na+=c HCN +CN- =c CBE H+Na+=CN-+OH- PBE H+=c+OH-PBE H+HCN=OH-第43页/共59页第

19、四十三页，共59页。第44页/共59页第四十四页，共59页。PBE：c+-+OHHcc+Hmol/L101-6时，）（OHHmol/L102-8-+时，）（ccKccw+-+HOHHmol/L101036-8-时，）（整理(zhngl)得：0HH2-+wKc若允许(ynx)误差不5%，有：近似思想：浓度计算时，当要求相对误差5%（or 2.5%）时，主要成分大于次要成分的20(or25)倍以上时，次要成分可忽略。 同样的思路(sl)可处理强碱体系。一、一、 强酸（强碱）溶液强酸（强碱）溶液简化式24cH2Wkc +精确式严格的利用质子条件式和相关平衡常数表达式推导出计算酸度的精确式，然后根据具

20、体情况作简化处理。第45页/共59页第四十五页，共59页。浓度(nngd)为ca mol/L 的 HA溶液PBE：AOHH-+-+HHHAH+waKKwaKK+HAHaaaCKC+HHHAHA其中(qzhng)：精确式简化简化(jinhu)讨论：讨论：HAAHKa-+201-OHA）、若（水解离的贡献可忽略)H(HAH+-aaaCKK24K-H2aaaCkK +05. 0/ 202-cAOHA且）、若（可忽略解离对酸浓度的影响aaCK+H)p(p21pHaaCK+第46页/共59页第四十六页，共59页。WaKKHAOHHAHOHA202020-+-+-24K-H2aaaCkK +-+-19/

21、:,;19,20,05. 0/ AKKAHPBEAHAAccAaa表达式得代入有由简化则令WaKcK20400/aKc（1）（2）400/aKc即：WaKcK20aaCK+H近似(jn s)式最简式最简式第47页/共59页第四十七页，共59页。WaaKCKKC20,400/)3(但aaCC-AHAwaaKCK+H近似式可忽略酸解离对酸浓度的影响(yngxing)，水解离对酸度的贡献不可忽略第48页/共59页第四十八页，共59页。WbKKBOH+-精确式：公式(gngsh)使用(shyng)条件400/20bWbKcKcK400/20bWbKcKcK400/20bWbKcKcK400/20bWb

22、KcKcK242bbbcKKKOH+-近似式：WbKcKOH+-近似式：bcKOH-最简式：第49页/共59页第四十九页，共59页。例2：求0.1 mol/L 一氯乙酸 溶液(rngy)的pH。 已知 Ka = 1.410-3。,40071/aaKC,20waaKCK)H(HAH+-aaaCKK解：例3：求1.010-4 mol/L HCN 溶液(rngy)的pH。 已知 Ka = 6.210-10。解：,400/aaKC,20waaKCKwaaKCK+HpH=1.96例1：求0.10 mol/L HAc 溶液(rngy)的pH。 已知 pKa = 4.76解：,20waaKCK,400/aa

23、KC88. 2)00. 176. 42/1)p(p21pH+（aaCK24K-H2aaaCkK+第50页/共59页第五十页，共59页。两性物质：在溶液中既可以(ky)接受质子显碱的性质，又可以(ky)提供质子显 酸的性质的物质。分类(fn li)酸式盐弱酸(ru sun)弱碱盐氨基酸HCO3-, HS-, H PO42-, H2PO4-NH4AcNH2CH2COOH 氨基乙酸三、两性物质三、两性物质酸式盐：HB-BHBBH222abKK氨基酸：-+COOCHNHCOOCHNHCOOHCHNH22232322baKK第51页/共59页第五十一页，共59页。a 、一般(ybn)pK 较大，即Ka2

24、、Kb2均较小，HB CHB，忽略水的酸离解和、满足条件,20HB2waKCKabHB1HB21HCKCKKaaa+aKCca和、,201HB）和（）、（满足（、cbad21HaaKK+)p(p21pH21aaKK+最简式0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.02.04.06.08.010.012.014.0pH分布系数HBHBH121+aawaKKKK）（精确精确(jngqu)式式酸式盐：酸式盐：HB-BOHBHH2+-+HHBHHB HH21+awaKKKPBE：其中(qzhng)：HBHBHBcHBHB21HCCKKKawa）（+近似式第52页/共59页第

25、五十二页，共59页。例：例：0.10 mol/L NaHCO3, pKa1 = 6.38, pKa2 = 10.25。 32. 8)25.1038. 621)p(p21pH21+（aaKK解：弱酸弱碱盐：以弱酸弱碱盐：以NH4Ac为例进行为例进行(jnxng)讨论。讨论。)pp21H4NHHAc+aaKK（例题例题(lt)：求：求0.10 mol/L NH4Ac 溶液的溶液的pH。00. 7)76. 424. 92/ 1)pp21H4NHHAc+（aaKKHB-作为碱Ka1作为酸Ka2对应NH4Ac作为碱Ka(HAc)作为酸Ka(NH4+)对应第53页/共59页第五十三页，共59页。（3）氨基酸：）氨基酸：-+COOCHNHCOOCHNHCOOHCHNH22232322baKK解: 因为(yn wi)cKa2=0.102.510-1020KW, c20Ka1 故可用最简式计算:1610321.101 . 1105 . 2105 . 4H-+LmolKKaa96. 5pH 例：求例：求0.10 mol/L 氨基乙酸氨基乙酸(y sun)溶液的溶液的pH。Ka1 = 4.510-3 , Ka2 = 2.510-10 。第54页/共59页第五十四页，共59页。浓度(nngd)为Ca mol/L 的 H2A溶液PBE：A2HAOHH+-+221221HAH2HAHH