第四章酸碱平衡ppt课件

1、第四章: : 酸碱平衡酸碱质子实际水溶液的酸碱性弱酸弱碱的电离平衡4-1 酸碱实际一、S.Arrhenius 酸碱实际经典酸碱实际 瑞典科学家S.Arrhenius于1887年提出 二、酸、碱质子实际Proton Theory of Acid and Base 1923年丹麦化学家Brnsred布朗斯特和英国化学家Lowry劳莱提出。 三、酸碱电子实际 1923年,由美国物理化学家Lewis提出,又称Lewis酸碱实际。一.经典酸碱实际 (一) 酸碱定义 电离时产生的阳离子全部是H+的化合物称为“酸；电离时产生的阴离子全部是OH-的化合物称为“碱 。(二) 经典酸碱实际的优点从组成上提示了酸碱

2、的本质，指出H+是酸的特征OH-是碱的特征。 解释了“中和热的值 找出了衡量酸、碱强度的标度Ka、Kb、pH(三) 经典酸碱实际的局限性酸碱被限于水溶液,非水体系不适用 例1：液氨中，KNH2(氨基化钾)使酚酞变红碱？ 液氨中，Ca与NH4Cl反响，放出H2例2：水溶液 HSO4- 酸？碱？ Na2CO3 碱？ 碱被限制为氢氧化物 过去以为：NH4+半径143pm， K+半径pm，NH4OH应为强碱，但实践上氨水是弱碱，而且从未分别出NH4OH。二. 酸、碱质子实际 一酸碱定义 凡能给出H+质子的分子或离子均是酸,凡能得到H+质子的分子或离子均是碱。 酸 - - - H+ 给予体Proton

3、donor 碱 - - - H+ 接受体Proton acceptor 两性电解质 - - - 既能给出质子，又能接受质子的分子或 离子，称为“两性电解质ampholyte简称“两性物。 酸 分子 HCl, H2SO4, H3PO4, H2O, NH3离子 NH4+, HSO4-, H2PO4-, HPO42-碱 分子 H2O, NH3离子 OH-, HSO4-, H2PO4-, HPO42-两性物 分子 H2O, NH3离子 OH-, HSO4-, H2PO4-, HPO42- NH3 + H+ = NH4+ NH3 (l) = NH2-(l) + H+ (l)二酸碱共轭关系 酸强度越强，其

4、共轭碱conjugate base强度越弱。 在水溶液中，共轭酸碱对的强度还可以定量表示质子酸1 + 质子碱2 = 质子碱1 + 质子酸2电离 HAc + H2O = H3O+ +Ac NH3 + H2O = NH4+ + OH-中和反响 HAc + OH- = H2O + Ac- (弱酸强碱 H3O+ + NH3 = NH4+ + H2O 强酸弱碱 H3O+ + OH- = H2O + H2O 强酸强碱盐水解 Ac- + H2O = HAc+ OH-复分解 NH4+ + OH- NH3+H2O 酸1 + 碱2 碱1 + 酸2 电离，中和 ,盐水解,复分解反响都称酸碱反响。酸碱反响的方向： 强

5、酸1 + 强碱2 弱酸2 + 弱碱1不受水溶液，水，非水溶液，气固相的限制 三共轭酸碱 强电解质的电离 HCl + H2O = H3O+ + Cl- 强酸1 强碱2 弱酸2 弱碱1 酸性：HCl H3O+ 碱性：H2O Cl-强酸和强碱作用生成弱酸弱碱的过程，是不可逆过程。弱酸的电离 HAc + H2O = H3O+ + Ac- 弱酸1 弱碱2 强酸2 强碱1 NH3 + H2O = NH4+ + OH- 弱碱1 弱酸2 强酸2 强碱1酸性：HAc H3O+ 碱性：H2O Ac-酸性：H2O NH4+ 碱性：NH3 110-7 溶液酸性 H+ r = 110-7 溶液中性 H+ r 110-7

6、 溶液碱性pH标度： 为了方便指示水溶液的酸碱性，丹麦科学家S.P.L.Srensen在1909年提出pH标度。 定义： pH = -lg H+rSI规定：物理量的符号用斜体字书写，但pH 和pOH 例外，用正体字母书写 例：某水溶液中H+=3.010-10moldm-3,求其pH值 由于水溶液中：两边取负对数：pOH = -lg OH-同样，定义一些“溶液的pH值 人血液人血液 pH 超出超出0.4将有生命危险。将有生命危险。pH 标标度适用范围度适用范围: 1 H+r 1 10-14三、酸碱指示剂借助颜色变化指示溶液酸碱性的物质，称为“酸碱指示剂。 例：甲基橙HIn是一种弱酸，在水溶液中存

7、在电离平衡： 电离常数酸常数： 在一定温度下，Ka为常数 指示剂变色范围指肉眼能察看到的指示剂变色的范围。由由 H+ =( Ka HIn )/ In-两边取负对数两边取负对数,得指示剂变色范围为：得指示剂变色范围为： pH = pKi 1 用指示剂指示变色范围是粗略的，还可以运用用指示剂指示变色范围是粗略的，还可以运用pH广广泛泛试纸试纸pH114或精细或精细pH试纸；精细丈量水溶液试纸；精细丈量水溶液的的pH值，值，可运用各种可运用各种pH计。计。 常见指示剂的变色范围4-3 弱酸弱碱的电离平衡 一、一元弱酸弱碱的电离平衡 电离平衡常数 电离度a 有关电离的计算 影响电离平衡的要素 二、多元

8、弱酸的电离平衡 电离平衡常数:例： HAc + H2O = H3O+ + Ac- 简为： HAc = H+ + Ac- Ka 10 -2 强酸强酸 Kb 10-2 强碱强碱 =10-2 - 10-5 中强酸中强酸 = 10-2 - 10-5 中强碱中强碱 10-5 弱酸弱酸 10-5 弱碱弱碱对于指定的酸碱，对于指定的酸碱，Ki 只与温度有关，而与酸碱溶液只与温度有关，而与酸碱溶液的起始浓度无关。的起始浓度无关。 电离度 a 定义：即电离平衡时电解质已电离部分占总量 的百分比。 表示电解质在指定条件下电离的程度类似于表示电解质在指定条件下电离的程度类似于 “化学平衡化学平衡讨论中的讨论中的“转

9、化率，它不但与转化率，它不但与Ki 有关，而且与电解质的有关，而且与电解质的起始浓度有关。起始浓度有关。 电离度与电离平衡常数的关系 例： HAc = H+ + Ac- 起始相对浓度 c 0 0 平衡相对浓度 c - ca ca ca当 a 400 Ka = X2 / 0.10与准确解与准确解(1.34 10-3)相对误差相对误差0吸热 T K i lnKi2 /Ki1= (H/R) (T 2 -T 1)/ (T 2T 1)在在R.T.范围，范围，Ki 随随T 的变化小，可忽略。的变化小，可忽略。 HAc+NaAc溶液溶液 强电解质强电解质 AcNaNaAc强电解质强电解质 弱电解质弱电解质A

10、cHHAc浓度改动使平衡挪动浓度改动使平衡挪动, Ac- 浓度增大将使平衡浓度增大将使平衡向左挪动，使电离度减小，但向左挪动，使电离度减小，但Kb不变因不变因T 不变。不变。 HAcdmmol310. 0例：把例：把 NaAc(s) 加到加到 30 . 1dmmolAc忽略溶液体积的变化，求H+和a 知298K，HAc Ka = 1.76 10-5) 溶液中，使 解： HAc + H2O = H3O+ + Ac- 简为： HAc = H+ + Ac- 起始相对浓度 0.10 0 0 平衡相对浓度 0.10-x x 1.0 H+ (Kac酸)/c共轭碱 Ka = (H+c共轭碱)/c酸 = 1.

11、76 10-5 X = H+ = 1.76 10-6 (H+ (Kac酸)/c共轭碱) a= X / c酸 100% =1.7610-6/ 0.10 100% = 0.00176%对比未外加NaAc: H+ = 1.3 10-3 a= 1.3%可见，NaAc的参与使 a ，但K b不变。 同离子效应在一定温度下，向弱电解质溶液中参与含有一样离子的强电解质，使弱电解质的电离平衡向电离度减小的方向挪动，称为“同离子效应 “同离子效应运用配制“缓冲溶液 Buffer solutions 例： HAc NaAc 弱酸与其共轭碱 NH3 NH4Cl 弱碱与其共轭酸可见，参与少量强酸或强碱溶液后，对可见，

12、参与少量强酸或强碱溶液后，对No.1溶液的溶液的pH影响很小。影响很小。No.1溶液是溶液是“缓冲溶液。缓冲溶液。 缓冲溶液缓冲溶液可以抵抗外加的少量强酸、强碱或稀释的可以抵抗外加的少量强酸、强碱或稀释的影响，本身的影响，本身的pH不显著变化的溶液。不显著变化的溶液。缓冲作用原理缓冲作用原理定性解释定性解释c HAc c NaAc较大，而H+较小。HAc的电离平衡左移， a ，重新平衡时H+添加不多。 AcNaNaAc例：例：HAcNaAc 缓冲溶液缓冲溶液 OHOHH2外加少外加少NaOH(aq) ：外加少量外加少量HCl(aq)：HAc电离平衡右移，电离平衡右移，a- ，重新平衡时，重新平

13、衡时H+减少不多。减少不多。 加少量水稀释：加少量水稀释： c HAc，据稀释定律：，据稀释定律： a-，使到达新平衡时，使到达新平衡时H+减少不多减少不多缓冲作用原理缓冲作用原理定量计算定量计算HAcNaAc缓冲溶液缓冲溶液: NaAc Na+ + Ac- HAc = H+ + Ac- Ka = (H+ Ac-) / HAc Ka = (H+ c共轭碱共轭碱) / (c酸酸 - H+ ) c酸酸 - H+ c酸酸 H+ Ka c酸酸/ c共轭碱共轭碱HAcCKa/对碱共轭酸组成的碱性缓冲液： 共轭酸碱CCKOHb 可见，缓冲液pH 或pOH 值取决于共轭酸碱对的浓度比。假设C酸/C共轭碱或C

14、碱/C共轭酸=1：1，此时“缓冲才干最大。 通常 c酸c共轭碱或c碱c共轭酸浓度各为0.1 - 1 mol.dm-3, 而c酸/c共轭碱或c碱/c共轭酸=1/10- 10/1时： pH = pKa 1 pOH = pKb 1 共轭酸碱对作缓冲溶液时，它们不应与在该缓冲溶液 中的反响物或产物发生化学反响。 缓冲溶液运用：工业、农业、生物、医学、化学4 . 04 . 04 . 7pHpH例例1：人血：人血 人生命有危险。 人血中含缓冲对： 332HCOCOHbbKH）HH血红蛋白(2442HPOPOH例2：分析化学 32)(OHAlOHAlNH3 NH4Cl pH = 9.0 缓冲液中: 完全，而

15、 2Mg不沉淀。 例3：土壤中，硅酸，磷酸，腐植酸与其盐组成“缓冲对，pH=5.08.0的土壤适宜农作物生长。 盐效应Salt Effect 例1：把NaCl(s) 参与到 HAc溶液中 盐效应盐效应在弱电解溶液中，参与不含有共同离子的在弱电解溶液中，参与不含有共同离子的强电解质溶液，使其电离度稍有添加的景象。发生盐强电解质溶液，使其电离度稍有添加的景象。发生盐效应缘由效应缘由: 离子强度离子强度，导致正、负离子的平均活度系，导致正、负离子的平均活度系数数g，而离子活度，而离子活度a ，不易重新结合成为弱酸，不易重新结合成为弱酸弱碱分子。弱碱分子。 lg g = -0.509 Z+Z- I (

16、298 K)ai = g (ci / ci ) 显然，前述显然，前述“同离子效应发生的同时，也有同离子效应发生的同时，也有“盐效应，盐效应，但前者影响大得多。但前者影响大得多。 “盐效应不要求定量计算盐效应不要求定量计算 二、多元弱酸的电离平衡 例：H3PO4 + H2O = H3O+ + H2PO4- Ka1 = 7.5 10-3 H2PO4- + H2O = H3O+ + HPO42- Ka2 = 6.23 10-8 HPO42- + H2O = H3O+ + PO43- Ka3 = 2.2 10-13特点： 分步电离 Ka1 Ka2 Ka3缘由：从负离子H2PO4- 和HPO42-电离出

17、H+比从H3PO4电离出H+困难得多; 第一步电离生成的 H+抑制第二步电离和第三步电离.例1. 求 0.10mol.dm-3 H2S 水溶液中H3O+、 HS-、H2S和H2S的电离度。 知，H2Saq的Ka1=1.310-7, Ka2=7.110-15 分析 Ka1Ka2，H3O+只需按第一步电离计算解：HSOHOHSH322平衡浓度 0.10-x c H2S / Ka1 400, 可用近似公式 S2-由第二步电离计算15232105 . 7HSSOHKa平衡时：平衡时： x-y=x x-y=x 31522105 . 7dmmolKSa可见，二元弱酸水溶液中，可见，二元弱酸水溶液中，二元弱

18、酸根二元弱酸根 Ka244. 4)106 . 3lg(5%36. 0%10010. 0106 . 3)(42SH对比：对比： 36. 0)%(2SH或：或： 记忆：室温下，记忆：室温下，H2S饱和水溶液浓度饱和水溶液浓度 0.10 mol.dm-3H2S(aq)中中S2-与与H+的关系的关系H2S(aq)= H+ + HS- Ka1 = (H+ HS-) / H2S HS- = H+ + S2- Ka2 = (H+ S2-) / HS- Ka1 Ka2 = (H+ 2 S2-) / H2S S2- = (Ka1 Ka2 H2S) / H+ 2 即即 S2-与与H+2成反比，受成反比，受H+控制

19、。控制。例2，按酸碱质子论，H2PO4-既是酸，又是碱，但NaH2PO4水溶液却显酸性(pH Kb3 NaH2PO4水溶液呈酸性水溶液呈酸性 5.根据软硬酸碱概念，以下物质属软酸的是 ( )(A) H (B) Ag (C) NH3 (D) AsH3 (B)6.根据酸碱的溶剂实际，在液态 SO2 体系中的碱是 ( )(A) SOCl2 (B) Na2SO3 (C) Na2SO4 (D) PCl3 (B) 7.氢硫酸电离常数 K1 =1107 ，K2 =11013 ，在 0.1 moldm3 H2S 水溶液中溶液的pH值是 ( )(A) 102 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (D)8.以下离

20、子中，碱性最强的是 ( )(A) NH4 (B) CN (C) Ac (D) NO2 (B)9.0.2 moldm3 甲酸溶液中有 3.2% 的甲酸电离，它的电离常数是 ( )(A) 9.6103 (B) 4.8105 (C) 1.25106 (D) 2.1104 (D) 10.在常压下的饱和二氧化碳水溶液中，含碳化合物的浓度最高的是 ( )(A) H2CO3 (B) CO2 (C) HCO3 (D) CO32 (B)11.1.0 dm3 0.10 moldm3 H2CO3溶液用等体积水稀释后，溶液中 CO32 浓度为(H2CO3 :Ka 1 = 4.3107 ，Ka 2 = 5.61011

21、)- ( )(A) 2.8102 moldm3 (B) 5.61011 moldm3 (C) 4.3107 moldm3 (D) 7.6106 moldm3 (B)12.在水溶液中以下物质酸性强度的演化顺序是- ( )(A) NH3 PH3 C2H5OH H4SiO4 H3O HClO4(B) NH3 C2H5OH PH3 H4SiO4 H3O HClO4(C) NH3 PH3 C2H5OH H4SiO4 HClO4 H3O(D) PH3 NH3 C2H5OH H4SiO4 H3O HClO4 (A) 13.20 cm3 0.10 moldm3 HCl 和 20 cm3 0.20 moldm3

22、 NH3H2O混合，其pH 为(NH3: Kb = 1.76105 ) ( )(A) 11.25 (B) 4.75 (C) 9.25 (D) 4.25 (C)14.欲使 0.10 moldm3 醋酸溶液的 pH 值添加，应参与的物质是 ( )(A) NaHSO4 (B) HClO4 (C) NH4NO3 (D) K2 CO3 (D)15.在 HAc 水溶液中参与 NaAc 使 HAc 电离度降低，在 BaSO4饱和溶液中参与Na2SO4 使 BaSO4 沉淀定量添加，这是由于 ( )(A) 前者叫同离子效应，后者叫盐析 (B) 前者叫同离子效应，后者叫盐效应(C) 两者均属同离子效应 (D)

23、两者均属盐效应 (C)16.人体中血液的 pH 值总是维持在 7.357.45 范围内，这是由于- ( )(A) 人体内有大量的水分 (水约占体重 70 % ) (B) 新陈代谢的 CO2 部分溶解在血液中(C) 新陈代谢的酸碱物质等量地溶在血液中(D) 血液中的 HCO3 和 H2CO3只允许在一定的比例范围中 (D)17.知: Kb (NH3)= 1.8105 ，Ka (HAc)= 1.8105 ，以下各对酸碱混合物中，能配制 pH=9 的缓冲溶液的是 ( )(A) HAc和NaAc (B) NH4Cl和HAc (C) HAc 和 NH3 (D) NH4Cl和NH3 (D)18.以下各组混

24、合液中，能作为缓冲溶液的是 ( )(A) 10 cm3 0.2 moldm3 HCl 和 10 cm3 0.1 moldm3 NaCl(B) 10 cm3 0.2 moldm3 HAc 和 10 cm3 0.1 moldm3 NaOH(C) 10 cm3 0.2 moldm3 HAc 和 10 cm3 0.3 moldm3 NaOH(D) 10 cm3 0.2 moldm3 HCl 和 10 cm3 0.2 moldm3 NaOH (B)19.知:H2CO3的K1 =4.7107 ，K2 =5.61011 ;NH3的Kb =1.8105 ，HAc的Ka = 1.8105 ，现需配制pH=9的缓

25、冲溶液，应选用最好的缓冲对是 ( )(A) H2CO3 - NaHCO3 (B) NaHCO3 - Na2CO3(C) NH3 - NH4Cl (D) HAc - NaAc (C)20.H2O 和 HAc 两种溶剂，其中_溶剂对强酸具有较大的拉平效应。 H2O21.Fe3，Cl ，H，SO3 中能作路易斯酸的是 _，能作路易斯碱的是 _。 Fe3，H，SO3；Cl；22.根据酸碱电子实际判别: 在反响 SbF5 + BF3 SbF6 + BF2 及反响 KF + BF3 K+ BF4 中 BF3 所起的作用不同，在前一反响中它是_; 在后一反响中它是 _。 碱 ； 酸。1.根据酸碱质子实际，以

26、下各离子中，既可做酸，又可做碱的是 ( )( A ) H 3 O ( B ) C O 3 2 ( C ) N H 4 ( D ) Fe(H2O)4(OH)2 (D) 2.在反响 BF3 + NH3 F3 BNH3 中 ，BF3 为 ( )(A) Arrhenius碱 (B) Bronsted酸 (C) Lewis碱 (D) Lewis酸 (D) 3.不是共轭酸碱对的一组物质是 ( )(A) NH3，NH2 (B) NaOH，Na (C) OH ，O2 (D) H3O，H2O (B) 4.根据酸碱质子实际，HNO3 + H2SO4 H2NO3+ HSO4 正反响中的酸是 ( )(A) HSO4

27、(B) HNO3 (C) H2SO4 (D) H2NO3 (C) 25.在水中，盐酸的酸性强于醋酸，但在液氨中，盐酸和醋酸的酸性相近，这是由于_引起的。 液氨的拉平效应26.知 H2S 的 K1 = 1.0107 ，K2 = 1.01014 ，求: 0.15 moldm3 Na2S溶液中 Na，S2，HS，H2S，H，OH各为多少 ? Na= 0.30(moldm3) ； S2= 0.02(moldm3)；HS= OH= 0.13(moldm3)；H2S=1.0107 (moldm3 )；H= 7.71014 (moldm3)27.求 0.20moldm3 Na2CO3 溶液中Na，CO32

28、，HCO3 ，H2CO3，H，OH 各为多少? (知 H2CO3的 K1 = 4.3107 ，K2 = 5.61011 .) Na= 0.40(moldm3) HCO3=OH=0.0060 moldm3CO=0.19 moldm3 H2CO3=2.3108 moldm3H = 1.71012 (moldm3)28.某溶液中含有甲酸(HCOOH) 0.050 moldm3 和 HCN 0.10 moldm3 ，计算此溶液中H，HCOO 和 CN。 (知: KHCOOH = 1.8104 ，KHCN = 4.91010 ) H=HCOO=2.9103moldm3；CN = 1.7108 moldm329.20.0 cm3 0.10 moldm3 Na3PO4 溶液与20.0 cm3 0.10 moldm3 H3PO4相混合，溶液的 pH值是多少? (H3PO4的 Ka1 =7.5103 ，Ka2=6.2108 ，Ka3 =2.21013 ) 7.2130.甘氨酸 中有一个弱酸基 COOH 和一个弱碱基 NH2 ，且Ka 和Kb 几乎相等。试用酸碱质子实际判别在强酸性溶液中甘氨酸将变成哪种离子? 在强碱性溶液中将变成什么离子? 在纯水溶液中将存在怎样的两性离子(用化学式表示)?31.现有H3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4和Na3P