酸碱质子理论与缓冲溶液 (2)

1、 6.1 6.2 水的解离平衡和pH值 6.3 缓冲溶液16.1.1 历史回顾 6.1.2 酸碱质子理论的基本概念6.1.3 酸的相对强度和碱的相对强度 6.1酸碱质子理论概述2022/7/182 1、十八世纪拉瓦锡的“氧酸” 说和戴维、李必希的“氢酸”说。18- “ ” “ ” .2、 阿累尼乌斯（Arrhenius 1887） .3、富兰克林（1905）的酸碱溶剂理论4、 （BronstedLowry 1923）.5、 路易斯（Lewis 1923）的酸碱电子理论6、皮尔逊（1963）的硬软酸碱理论7、离子移变理论2022/7/1836.1.2 酸碱质子理论的基本概念酸：凡是能释放出质子（

2、H+）的任何含氢原子的分子或离子的物种。 （质子的给予体）碱：凡是能与质子（H+）结合的分子或离子的物种。 （质子的接受体）4酸 H+ +碱5酸 H+ + 碱例：HAc的共轭碱是Ac ， Ac的共轭酸HAc， HAc和Ac为一对共轭酸碱。两性物质：既能给出质子，又能接受质子的物质。6(1) 酸碱解离反应是质子转移反应，如HF在水溶液中的解离反应是由给出质子的半反应和接受质子的半反应组成的。HF(aq) H+ + F(aq)H+ + H2O(l) H3O+(aq)HF(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + F(aq) (2) 水是两性物质，它的自身解离反应也是质子转移反应：H2O(l)

3、+H2O(l) H3O+(aq) +OH(aq)H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)7(3) 盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。例如NaAc水解：Ac+H2O OH + HAcH+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)NH4Cl水解: + H2O H3O+ + NH3H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)2022/7/188(4) 非水溶液中的酸碱反应，例如NH4Cl的生成：H+液氨中的酸碱中和反应：H+2022/7/1896.1.3 酸的相对强度和碱的相对强度区分效应：用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来，称为溶剂的“区分效应”。 例如，H2O可以区分HAc，HCN酸性的强弱。拉平效应：溶剂

4、将酸或碱的强度拉平的作用，称为溶剂的“拉平效应”。 酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子的能力的强弱。 水对强酸起不到区分作用，水能够同等程度地将HClO4，HCl，HNO3等强酸的质子全部夺取过来。10酸越强其共轭碱越弱碱越强其共轭酸越弱选取比水的碱性弱的碱，如冰醋酸为溶剂对水中的强酸可体现出区分效应。例如上述强酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：116.2.1 水的解离平衡 6.2.2 溶液的pH值 6.2 水的解离平衡与溶液的pH值2022/7/1812 6.2.1 水的解离平衡 H2O (l) + H2O(l) H3O+ (aq) + OH(aq) 或 H2O (l) H+

5、 (aq) + OH(aq) 水的离子积常数，简称水的离子积。1325纯水100纯水146.2.2 溶液的pH值15 6.3.1 同离子效应 6.3.2 缓冲溶液 6.3.3 缓冲溶液pH值的计算* 6.3.4 缓冲范围和缓冲能力 6.3 缓冲溶液2022/7/18166.3.1 同离子效应 HAc(aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + 平衡移动方向 NH4Ac(aq) (aq) + Ac(aq) Ac(aq) 同离子效应：在弱电解质溶液中，加入与其含有相同离子的易溶强电解质而使弱电解质的解离度降低的现象。17例：在 0.10 molL-1 的HAc 溶液中，加入 NH4Ac (

6、s)，使 NH4Ac的浓度为 0.10 molL-1，计算该溶液的 pH值和 HAc的解离度。解： HAc(aq)+H2O(l) H3O+ (aq)+Ac (aq) c0/ (molL-1) 0.10 0 0.10ceq / (molL-1) 0.10 x x 0.10 + x x = 1.810-5 c(H+) = 1.810-5 molL-1 pH = 4.74， = 0.018%0.10 x 0.100.10 molL-1 HAc溶液：pH = 2.89， = 1.3%1850mLHAcNaAc c(HAc)=c(NaAc)=0.10molL-1 pH = 4.74 缓冲溶液：具有能保持

7、本身pH值相对稳定性能的溶液(也就是不因加入少量强酸或强碱而显著改变pH值的溶液)。6.3.2 缓冲溶液加入1滴(0.05ml) 1molL-1 HCl加入1滴(0.05ml) 1molL-1 NaOH实验：50ml纯水pH = 7 pH = 3 pH = 11 pH = 4.73 pH = 4.7519 缓冲作用原理加入少量强碱：20溶液中大量的A与外加的少量的H3O+结合成HA，当达到新平衡时，c(HA)略有增加，c(A)略有减少， 变化不大，因此溶液的c(H3O+)或pH值基本不变。加入少量强酸： 溶液中较大量的HA与外加的少量的OH生成A和H2O，当达到新平衡时,c(A)略有增加, c

8、(HA)略有减少，变化不大，因此溶液的c(H3O+)或pH值基本不变。21 6.3.3 缓冲溶液pH值的计算 弱酸弱酸盐： 例HAcNaAc，H2CO3NaHCO3式中c(HA) ,c(A)为平衡浓度，但是，由于同离 子效应的存在，通常用初始浓度c0(HA) ,c0(A)代之。22232. 弱碱 弱碱盐 NH3 H2O NH4Cl243. 由多元弱酸酸式盐 组成的缓冲溶液如 NaHCO3 Na2CO3 , NaH2PO4 Na2HPO4 溶液为酸性或中性25 溶液为碱性应按水解平衡精确计算。2627 结论： 缓冲溶液的pH值主要是由 或 决 定的， 缓冲溶液的缓冲能力是有限的； 缓冲能力与缓冲

9、溶液中各组分的浓度有关， c(HA) ，c(B)及 c(A)或c(BH+)较 大时,缓冲能力强。28例题：将 2.0 molL-1的HAc与2.0 molL-1的NaAc溶液等体积混合。 计算此缓冲溶液的pH值； 将10mL 0.1molL-1的 HCl溶液加到上述90mL溶液中，计算所得溶液的pH； 将10mL 0.1molL-1的NaOH溶液加到上述90mL溶液中，计算所得溶液的pH。解： 等体积混合后的各物质的初始浓度为c(HAc)=1.0 molL-1，c(Ac-)=1.0 molL-1因为组成该缓冲溶液的共轭酸碱对是：HAc - Ac-所以 c(酸)c (HAc)1.0 molL-1

10、 ， c(碱)c(Ac- )1.0 molL-129查表得：1.7510-5，则有：pH= 首先计算加入HCl后，由于体积改变，所导致的各物质的初始浓度:c(酸)0.9 molL-1c(碱)0.9 molL-1c(HCl)0.01 molL-1 其次，考虑加入HCl后，由于H + (aq)与Ac-(aq)全部结合生成HAc（因为溶液中有大量的Ac-），所以HAc和Ac-的总浓渡为：30c(酸)0.9 + 0.010.91 (molL-1)c(碱)0.9 - 0.010.89 (molL-1)pH=则有：与比较，pH只降低了0.01。 用同样办法，求出加入NaOH后的各物质浓度：c(酸)0.9

11、- 0.010.89 (molL-1)c(碱)0.9 + 0.010.91 (molL-1)pH= 与比较，pH只增加了0.01。 由上述计算可知，缓冲溶液确实能抵抗少量酸或碱而保持自身pH值基本不变。但是若在纯水中加入少量酸或碱，则pH值变化很大。例如，在90mL水中加入10mL0.1molL-1盐酸时，水的pH由7变成2，改变了5个单位。 2022/7/1831例题 若在 50.00ml 0.150molL-1 NH3 (aq)和 0.200 molL-1 NH4Cl组成的缓冲溶液中，加入0.100ml 1.00 molL-1的HCl ，求加入HCl前后溶液的pH值各为多少？解：加入 HC

12、l 前:4. 缓冲溶液的缓冲性能的计算32加入 HCl 后: NH3(aq) + H2O (l) (aq) +OH(aq)加HCl前浓度/(molL-1)0.150-0.0020-x 0.200+0.0020+x x 0.150 0.200加HCl后初始浓度/(molL-1) 0.150-0.0020 0.200+0.0020平衡浓度/(molL-1)33* 6.3.4 缓冲范围和缓冲能力缓冲溶液的选择和配制 原则： 所选择的缓冲溶液，除了参与和 H+或 OH 有关的反应以外，不能与反应系统中的其它物质发生副反应； 34欲配制的缓冲溶液的 pH 值应选择的缓冲组分 或 尽可能接近所需溶液的pH

13、值； 若 或 与所需pH不相等，依所需pH调整 35 例题 今有 2.0L0.10molL-1的 Na3PO4 溶液和 2.0L 0.10molL-1的NaH2PO4 溶液，仅用这两种溶液（不可再加水）来配制pH=12.50的缓冲溶液，能配制多少升这种缓冲溶液？解：缓冲组分应为 Na2HPO4 Na3PO4 ,小于所需pH值，说明 应过量，则 2.0L Na3PO4 应全部用上,设需0.10molL-1 NaH2PO4 xL。反应前 n/mol 20.10 0.10 x 0反应后 n/mol 0.20 0.10 x 0 0.20 x36解得 x = 0.12 能配制2.12L缓冲溶液初始浓度/(molL-1)平衡浓度/(molL-1)(2L Na3PO4 + 0.12L NaH2PO4)。37例：欲用等体积的