酸碱平衡和酸ppt课件

1、 第六章 酸碱平衡与酸 碱滴定法 制造：理学院化学系第一节第一节 酸碱质子理论酸碱质子理论 发展历程：发展历程： 酸碱的早期定义： 酸：有酸味，能使蓝色石蕊变红 碱：有涩味，使红色石蕊变蓝 Arrhenius酸碱电离理论1887） Brnsted-Lowry酸碱质子理论1923） Lewis酸碱电子理论1923） Pearson软硬酸碱理论1963） Arrhenius酸碱电离理论：酸碱电离理论： 局限：局限： 把酸和碱仅把酸和碱仅限于水溶液限于水溶液 不能适应对不能适应对许多非水溶液许多非水溶液中酸碱反应的中酸碱反应的解释。解释。一、酸碱质子理论一、酸碱质子理论 酸碱的定义：酸碱的定义：酸酸

2、 碱碱 + + 质子质子HCl Cl- HCl Cl- + H+ H+HAc Ac- HAc Ac- + H+ H+H2O OH- H2O OH- + H+ H+H3PO4 H2PO-4 H3PO4 H2PO-4 + H+ H+H2PO-4 H2PO-4 HPO42- + H+HPO42- + H+Al(H2O)63+ Al(H2O)5OH2+ Al(H2O)63+ Al(H2O)5OH2+ + H+ H+酸碱半反应酸碱半反应分子酸分子酸两性物质两性物质离子酸离子酸 共轭酸碱对：共轭酸碱对：4NH 酸碱反应的实质：酸碱反应的实质：两个酸碱半反应也称共轭酸碱对间的质子传递过程两个酸碱半反应也称共

3、轭酸碱对间的质子传递过程共轭酸碱对的半反应不能单独存在，完整的反应应写成：共轭酸碱对的半反应不能单独存在，完整的反应应写成：酸酸(1) 碱碱(2) 酸酸(2) 碱碱(1)HCl酸酸(1)H2O碱碱(2)酸碱中和反应酸碱中和反应酸的电离反应酸的电离反应酸酸(2)碱碱(1) 酸碱的强度：酸碱的强度： 容易给出质子的酸是容易给出质子的酸是 强酸，反之为弱酸强酸，反之为弱酸 酸越强，其共轭碱越酸越强，其共轭碱越 弱；碱越强，其共轭弱；碱越强，其共轭 酸越弱酸越弱例如：酸性：例如：酸性：HCl HAc；碱性：；碱性：Cl-Ac- 反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的酸和碱反应总是由相对较强的酸和碱

4、向生成相对较弱的酸和碱 的方向进行的方向进行例如：例如： 反响反响 对同一种酸在不同的溶剂中由于溶剂接受质子能力不同对同一种酸在不同的溶剂中由于溶剂接受质子能力不同而显示出不同的酸性。而显示出不同的酸性。例如：例如： HAc在水中表现为弱酸，而在液氨中表现为强酸在水中表现为弱酸，而在液氨中表现为强酸+-34HCl NHNHCl二、水的质子自递反应和溶液的酸碱性二、水的质子自递反应和溶液的酸碱性水合氢离子水合氢离子 水的质子自递反应水的质子自递反应+-2H OHOH+23H O HH O+-223H O H OH OOH（H3O +常简写为常简写为H+）w(H )(OH )ccKcc7171w1

5、1141.0 10 mol L1.0 10 mol L1mol L1mol L1.0 10K 溶液的酸碱性溶液的酸碱性 溶液酸碱度的表示法溶液酸碱度的表示法pH = -lgc(H+) pOH = -lgc(OH-) pH + pOH = pKw = 14 pH 7，碱性，碱性pH计测定计测定pH值值三、共轭酸碱对的三、共轭酸碱对的 和和 关系关系aKbK(1) NH4+ + H2O NH3 + H3+O 3a4 (NH )/ (H )/(NH )/ccccKcc(2) NH3 + H2O NH4+ + OH-4b3 (NH )/ (OH )/(NH )/ccccKcc(1) + (2):+22

6、3H O+H OH O +OHab14w (H )/ (OH )/10KKccccK 多元弱酸：多元弱酸：342243(1)H PO +H OH POHO124a34 (H PO )/ (H )/(H PO )/ccccKcc224243(2)H PO +H OHPOH O224a24 (HPO)/ (H )/(H PO )/ccccKcc234243(3)HPO +H OPOH O334a24 (PO)/ (H )/(HPO)/ccccKcc32424(4)POH OHPOOH124b34 (HPO )/ (OH )/(PO )/ccccKcc24224(5)HPOH OH POOH224b

7、24 (H PO )/ (OH )/(HPO )/ccccKcc24234(6)H POH OH POOH334b24 (H PO )/ (OH )/(H PO )/ccccKcc132231abababwKKKKKKK例例1 1：已知已知298K时时,H2S水溶液的水溶液的 = 1.310-7 =7.110-15，求：求：S2-的的 和和 。1aK2aK1bK2bK解：解：122a2bw(H S)(S)KKK211428wb7a21.0 10(S )7.7 10(H S)1.3 10KKK同理可得：同理可得：12142wb15a21.0 10(S )1.4(H S)7.1 10KKK第二节第

8、二节 酸度对弱酸碱溶液中酸度对弱酸碱溶液中各型体分布的影响各型体分布的影响一、酸度对一元弱酸碱水溶液中各型体分布的影响一、酸度对一元弱酸碱水溶液中各型体分布的影响设一元弱酸设一元弱酸HA的分析浓度为的分析浓度为c, 解离后溶液中的型体为解离后溶液中的型体为HA, A-+-23HA H OH OA-(HA)(A )ccca (H ) / (A ) /(HA) /ccccKccHA+-(HA)(HA)1(HA)(A )1(H )(H )(H )aacccKcKcccc-A+-(A )(A )(HA)(A )(H )aaKccccccKpH越大，越大，(HA) 越小越小pH越小，越小， (A-) 越

9、小越小什么时候什么时候(HA) (A-)？+(H )acKHAc的型体分布图的型体分布图 +HA+(H )(H )accK+A(H )aaKcKNH3分布系数计算公式：分布系数计算公式：a43a4(NH )(NH )(H )(NH )KcK4a4(H )(NH )(H )(NH )ccK二、酸度对多元弱酸碱水溶液中各种型体分布的影响二、酸度对多元弱酸碱水溶液中各种型体分布的影响 以以H2A为例：为例：2-2(H A)(HA )(A )cccc+-2H AHHA+-12(H )(HA )(H A)accKc+2-2(H )(A )(HA )accKc-+2HAHA22+2+1122H A(H )

10、(HH )(H )A)aaacccKcKcK+12+A+112H(H )(H )(H(H)A )aaaacKccKKKcc2122+1122A(H )(H()A)aaaaaKKcccKcKK1aK2aKpH pKa1， H2A为主为主pKa1 pHpKa2 HA-为主为主pH pKa2， A2-为主为主1:apHpK2(H A)(HA )2:apHpK2(HA )(A)三元弱酸三元弱酸H3A）23-32(H A)(H A )(HA)(A )ccccc22+13+2+1121232H A(H )(H )(H AH )()H )aaaaaaacKccKcKKKKccK33+3+2+1121H A2

11、33(H )(H )(H )(H A)HaaaaaacccKcKKKKccK2+123+2+112132HA2(H )(H )(H )(H()HA )aaaaaaaacKKccKcKKKccKK31233+2+112123A3(H )(H )(H )(A )aaaaaaaaaKKKccKcKKcKcKK第三节第三节 酸碱水溶液中酸度的计算酸碱水溶液中酸度的计算 一、质子条件式（一、质子条件式（ PBE）溶液中得失质子的数目相等溶液中得失质子的数目相等 根据：根据： 先选零水准先选零水准 大量存在大量存在 参与质子转移的物质参与质子转移的物质 书写质子条件式书写质子条件式 等式左边等式左边得质子

12、后产物得质子后产物 等式右边等式右边失质子后产物失质子后产物 有关浓度项前乘上得失质子数有关浓度项前乘上得失质子数 根据质子得失相等原则列出质子条件式根据质子得失相等原则列出质子条件式 步骤步骤 HAc水溶液水溶液零水准零水准HAcAc-H2OH3O+(H+)H+H+OH-H+-(H )(OH )(Ac )ccc H2C2O4水溶液水溶液零水准零水准H2C2O4H2OH3O+(H+)H+2H+OH-H+HC2O4-C2O42-H+-2-2424(H )(HC O )2 (C O )(OH )cccc共轭体系零水准只要写出一个：共轭体系零水准只要写出一个： HAc (c1), NaAc (c2)

13、 选择选择HAc和和H2O为零水准：为零水准：零水准零水准HAcH2OH+OH-Ac-H+H3O+(H+)H+-2(H )(OH )(Ac )cccc 选择选择Ac-和和H2O为零水准：为零水准：零水准零水准Ac-H2OOH-H+H3O+(H+)H+HAcH+-1(H )(HAc)(OH )cccc二、酸碱水溶液中酸度的计算二、酸碱水溶液中酸度的计算 强酸碱水溶液：强酸碱水溶液：强酸：强酸：HA 分析浓度：分析浓度：c质子条件式：质子条件式： c(H+) = c(OH-) + c+(H )(H )wKccc精确式：当当c 10-6 molL-1或或 c2(H+) 20 ：wK+(H )cc最简

14、式：强碱：强碱：BOH 分析浓度：分析浓度：c质子条件式：质子条件式： c(OH-) = c + c(H+)(OH )cc最简式： 一元弱酸碱水溶液：一元弱酸碱水溶液：弱酸：弱酸：HA 分析浓度：分析浓度：cw(H )(OH )cc-w(O H)(H)Kcca(H )(A )(HA)ccc-a(HA)(A )(H )Kcccwa(HA)(H )(H )(H )KKccccaw(H )(HA)cKcKa(H )(HA)(HA)(H )cKc ccc32awaaw(H )(H ) () (H )0cKcKcKcKK精确式：aw20:c KK忽略水的解离忽略水的解离c(HA) = c c(A-) c

15、 c(H+)a(H)(H)cKcc2aaa-4(H )2KKKcc近似式：awa20/500:c KKc K，忽略水的解离，忽略水的解离， c(HA) = c c(A-) ca(H )cKc最简式：一元弱碱溶液：一元弱碱溶液：b(OH )cKc最简式：例例3:3:计算分析浓度计算分析浓度c = 0.20 molL-1一氯乙酸一氯乙酸(CH2ClCOOH)水溶液的水溶液的pH，已知一氯乙酸的，已知一氯乙酸的 = 1.410-3。aK解：解：aKc= 0.20 molL-11.410-3 = 2.8010-4w20aKc1230.20mol L1.43 105001.4 10ac K用近似式进行计

16、算：用近似式进行计算：2aaa-4(H )2KKKcc3-3 2311.4 10(1.4 10 )4 1.4 100.20mol L2 例例4:4:计算分析浓度计算分析浓度c = 0.040molL-1的一氯乙酸钠的一氯乙酸钠(CH2ClCOONa)水溶液的水溶液的pH。解：解：1412wb3a21.0 107.1 10(CH ClCOOH)1.4 10KKK11213bW0.040mol L7.1 102.8 1020c KK19b120.040mol L/5.6 107.1 10c K-121b(OH )7.1 100.040mol LcKc 多元弱酸碱水溶液多元弱酸碱水溶液+-223H

17、A H OH OHA+-12(H )(HA )(H A)accKc-+2-23HAH OH OA+2-2(H )(A )(HA )accKc12aaKK 忽略第二级解离，按一元弱酸处理忽略第二级解离，按一元弱酸处理例例5:5:计算分析浓度为计算分析浓度为0.10molL-1H2S水溶液的水溶液的pH。解：解：172aH S :1.310K15a27.1 10K1178aw0.10mol L1.3 101.3 1020c KK115a70.10mol L7.7 105001.3 10c/K按最简式进行计算：按最简式进行计算：171a(H )1.3 100.10mol LcKc 两性物质水溶液两性

18、物质水溶液 酸式盐：酸式盐： NaHCO3，Na2HPO4，NaH2PO4，NaHC2O4 弱酸弱碱盐：弱酸弱碱盐：NH4Ac两性物质：两性物质：NaHA 分析浓度：分析浓度：c1a2(H ) (HA )(H A)ccKc22a(H )(A )(HA )ccKc21awa(HA )(H ) (HA )(H )(H )(H )KcKcccKcc211awa2a(HA )(H )(HA )KcKKcKc（）精确式：c(HA-) c 211awaa()(H)KcKKcKc近 似 式 ：12aa(H )cKK最简式：322awaa()(H )K c KKcKc近似式：23aa(H )cKK最简式：a4

19、waa(NH )(HAc)(H )(HAc)Kc KKcKc精确式：+a4a(H )(NH )(HAc)cKK最简式：+例例6:6:求求0.010 molL-1NH4Ac水溶液的水溶液的pH。解：解：5aHAc)1.7610K（1410wa45b31.0 10(NH )5.7 10(NH )1.76 10KKKaa4(H )(HAc)(NH )cKK5101.76 105.6 10第四节第四节 影响酸碱平衡的因素影响酸碱平衡的因素 一、稀释作用一、稀释作用 解离度解离度： =n已解离的电已解离的电解质解质n总总+-23HA H OH OA起始浓度起始浓度 c 0 0平衡时解离了平衡时解离了x平

20、衡浓度平衡浓度 c - x x x c - c c c xxcc 2a(H )(A )(HA)1 cccccKccc弱酸：弱酸：5% 1- 1aKc稀释定律稀释定律 运用稀释定律时，必须是单独的一元弱酸碱体系，因运用稀释定律时，必须是单独的一元弱酸碱体系，因 为只有此情况下平衡浓度为只有此情况下平衡浓度c = c (H3+O) = c (A-)。 一元弱酸碱经稀释后，虽然解离度一元弱酸碱经稀释后，虽然解离度增大，但是溶液增大，但是溶液 中的中的c(H+)或或c(OH-)不是升高了，而是降低了，这是因为不是升高了，而是降低了，这是因为稀稀 释时释时增大的倍数总是小于溶液稀释的倍数。增大的倍数总是

21、小于溶液稀释的倍数。HAc2d甲基橙甲基橙少许少许NaAc 固体固体二、同离子效应二、同离子效应在弱酸或弱碱溶液中，加在弱酸或弱碱溶液中，加入含有相同离子的电解质，入含有相同离子的电解质，解离度解离度减小。减小。+-23HAc H OH OAc起始浓度起始浓度 c 0 0平衡浓度平衡浓度 c - H+ H+ H+ 红色红色加入加入NaAc: Ac-增大增大 平衡左移：平衡左移：H+减小，减小，减小，酸度减小减小，酸度减小橙色橙色例例7:7:计算：计算：(1) 0.10 molL-1 HAc溶液的溶液的c(H+)和解离度和解离度；(2)如果在上述溶液中加入如果在上述溶液中加入NaAc，使其浓度也

22、为，使其浓度也为0.10 molL-1，则溶液的，则溶液的c(H+)和解离度和解离度又为多少？又为多少？知知: (HAc) = 1.7610-5。解：解：(1) 未加入未加入NaAc时，是单一的时，是单一的HAc体系体系+-23HAc H OH OAc5a11.76 100.010mol LKcc(H+) = 0.10molL-11.3% = 1.310-3 molL-1(2) 加入加入NaAc后：后： c(H+) c(A-) 设：此时设：此时c(H+)为为 x molL-1+-23HAc H OH OAc初始浓度：初始浓度： 0.01 0 0.10平衡浓度：平衡浓度： 0.10 - x x

23、0.10 + x同离子效应同离子效应c(HAc) = (0.01 x) molL-1 0.10 molL-1c(Ac) = (0.10 + x) molL-1 0.10 molL-1a(H )(Ac )(HAc)ccKc1151mol L0.10mol L1.76 100.10mol Lxx = c(H+) = 1.7610-5 molL-1 5111.7610mol L0.10mol L= 1.7610-4三、异离子效应盐效应）三、异离子效应盐效应）在弱酸或弱碱溶液中加入含有不相同离子的电解质，使弱酸在弱酸或弱碱溶液中加入含有不相同离子的电解质，使弱酸或弱碱的解离度或弱碱的解离度增大的现象，

24、称为异离子效应盐效应）。增大的现象，称为异离子效应盐效应）。1L 0.10 molL-1 HAc溶液：溶液：= 1.3 %加入加入0.10 mol NaCl后：后：= 1.8 % 在发生同离子效应同时，总伴随着异离子效应在发生同离子效应同时，总伴随着异离子效应 但同离子效应往往比异离子效应大得多但同离子效应往往比异离子效应大得多 一般情况下主要考虑同离子效应一般情况下主要考虑同离子效应第五节第五节 缓冲溶缓冲溶液液加少量酸或碱或稍加稀释，加少量酸或碱或稍加稀释，溶溶 液的液的pH不易发生变化不易发生变化 缓冲溶液：缓冲溶液：一、缓冲溶液的组成和作用原理一、缓冲溶液的组成和作用原理 由弱酸碱及其

25、共轭碱酸组成由弱酸碱及其共轭碱酸组成例：例： HAc-Ac- HAc-Ac-，NH3-NH4+NH3-NH4+，H2CO3- HCO-3H2CO3- HCO-3，H2PO-4 -HPO42-H2PO-4 -HPO42- 较高浓度的强酸或强碱溶液较高浓度的强酸或强碱溶液 两性物质水溶液两性物质水溶液例：例： NaH2PO4 NaH2PO4，Na2HPO4Na2HPO4组成：组成： pH加入加入0.010mol HCl加入加入0.010mol NaOHpHpHpHpH纯纯H2O7.002.005.0012.005.00NaCl水溶液水溶液7.002.005.0012.005.00HAc-NaAc混

26、合混合水溶液水溶液4.744.650.094.830.09表表6 -1 6 -1 少量强酸、强碱对不同溶液少量强酸、强碱对不同溶液pHpH值的影响值的影响忽略体积变化的影响）忽略体积变化的影响）作用原理：作用原理：+-23HAc H OH OAcNaAc Na+ + Ac-二、缓冲溶液二、缓冲溶液pH的计算的计算HAcc酸NaAcc碱+-HAcHAc开场：开场： c酸酸 c碱碱 平衡：平衡： c酸酸 - x x c碱碱 + x c(HAc) = c(弱酸) - c(H+) c(弱酸) c(Ac-) = c(共轭碱) + c(H+) c(共轭碱)a(H )(Ac )(HAc)ccKca(H )(

27、ccKc弱酸共轭碱)a(HAc)(H )(Ac )ccKca()pH = plg()cKc弱酸共轭碱a()pH = plgnKn弱酸共轭碱b()pOH = plg()cKc弱碱共轭酸例例8:8:在在20 mL 0.20 molL-1氨水中，加入氨水中，加入20 mL 0.10 molL-1 HCl，求此混合液的，求此混合液的pH值。值。知：知： （NH3）= 1.7610-5bK解：解： HCl与与NH3反应生成反应生成NH4+NH4+ 和剩余的和剩余的NH3组成缓冲溶组成缓冲溶液液1+140.10mol L0.020L(NH )0.050mol L0.040Lc1113(0.20mol L0

28、.020L0.10mol L0.020L)(NH )0.050mol L0.040Lc+4233NHH ONHH O+43(NH )(NH )wabKKKa()pH = plg()cKc弱酸共轭碱三、缓冲容量和缓冲范围三、缓冲容量和缓冲范围 缓冲容量缓冲容量nVpH1L缓冲溶液缓冲溶液pH值改变值改变1个单个单位时，所需加入一元强酸或一元强位时，所需加入一元强酸或一元强碱物质的量。碱物质的量。 缓冲容量缓冲容量的影响因素的影响因素 总浓度：总浓度：c(总总) = c(弱酸弱酸) + c(共轭共轭碱碱) 或或 = c(弱碱弱碱)+ c(共轭酸共轭酸)缓冲比一定时缓冲比一定时, c(总总) ， 缓

29、冲比：缓冲比：总浓度相等时总浓度相等时, 缓冲比越接近缓冲比越接近1 缓冲容量与总浓度的关系缓冲容量与总浓度的关系缓冲液缓冲液c总总 / mol L-1cAc-/ mol L-1cHAc/ mol L-1缓冲比缓冲比/ mol L-1 pH-1I0.200.100.1010.44II0.0400.0200.02010.023缓冲容量与缓冲比的关系缓冲容量与缓冲比的关系缓冲液缓冲液cAc-/ mol L-1cHAc/ / mol Lmol L-1缓冲比缓冲比c总总 / mol L-1/ mol L-1 pH-1I0.0050.095 1 : 19 0.100.011II0.0100.0901 :

30、 90.100.021III0.0500.0501 : 10.100.058IV0.0900.0109 : 10.100.021V0.0950.00519 : 10.100.011 缓冲范围缓冲范围a()/pH = plg()/ccKcc弱酸共轭碱 1 : 10 c(酸酸) : c(碱碱) 10 : 1缓冲范围为：缓冲范围为：ap1pHK四、缓冲溶液的配制四、缓冲溶液的配制 步骤：步骤： 选择合适的缓冲体系选择合适的缓冲体系 缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH值尽可能接近弱酸的值尽可能接近弱酸的 配制合适的总浓度配制合适的总浓度 一般总浓度控制在一般总浓度控制在0.10.11 molL-11 mol

31、L-1之间之间 计算出所需弱酸碱和共轭碱酸的量计算出所需弱酸碱和共轭碱酸的量 apK例例9:9:欲配制欲配制pH = 7.00的缓冲溶液，应选用的缓冲溶液，应选用HCOOH - HCOONa、Hac - NaAc、NaH2PO4 - Na2HPO4和和NH3 - NH4Cl中的哪一中的哪一缓冲对最合适？缓冲对最合适？解：解：所选缓冲对的所选缓冲对的 应尽量靠近应尽量靠近7.00知：知： (HCOOH) = 3.75 (HAc) = 4.75 (H3PO4) = 7.20 (NH4+) = 9.25选择选择NaH2PO4 Na2HPO4为缓冲对最合适。为缓冲对最合适。apKapKapKa2pKapK例例1010：配制配制1.0 L， pH = 9.80，c(NH3) = 0.10 molL-1的缓冲的缓冲溶液。需溶液。需6.0 molL-1NH3H2O多少毫升和多少克固体多少毫升和多少克固体(NH4)2SO4？知知(NH4)2SO4摩尔质量为摩尔质量为132 gmol-1。解：解：n (NH4+) = 0.028