化学第三章 离子平衡

1、化学第三章 离子平衡第1页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一13.1 稀溶液的浓度表示法 二版P13，三版P13质量摩尔浓度 bB物质的量浓度cB例3.1 23克乙醇溶于500克水中，此溶液的密度是0.992gml-1。计算：（1）乙醇的质量摩尔浓度bB ；（2）乙醇的物质的量浓度cB（体积摩尔浓度）；A溶剂水，B 溶质乙醇粗略计算时， CBbB第2页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一23.1 稀溶液的浓度表示法 13质量分数wB 物质的量（摩尔）分数xB例3.1 23克乙醇溶于500克水中，此溶液的密度是0.992gml-1。计算：（3）乙醇的质量

2、分数wB；（4）乙醇的摩尔分数xB。第3页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一3第三章 水溶液中离子平衡（第二版第九、十一章，第三版第九章）3.1 稀溶液的浓度表示法3.2 酸碱理论3.2.1 电离理论3.2.2 酸碱质子理论3.3 酸和碱在水溶液中的解离平衡3.4 酸碱缓冲溶液3.5 酸碱指示剂3.6 难溶强电解质的沉淀-溶解平衡第4页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一43.2 酸碱理论本节学习教材的同时参考普通化学（第五版）浙江大学普化教研组编 P1193.2.1 电离理论（1884 Arrhenius 提出）二版P262 ，三版P284（1）在水

3、溶液中解离出的正离子全部是H+的化合物是酸。 （2） 在水溶液中解离出的负离子全部是OH的化合物是碱。 （3）酸碱反应的实质 H+ + OH H2O（4）阿仑尼乌斯理论的缺点 把酸碱的定义和酸碱的反应局限于水溶液。 把碱限制为氢氧化物。？NH3？Na2CO3第5页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一53.2.2 酸碱质子理论 1. 酸碱的定义与共轭关系 1. 酸碱的定义与共轭关系acid base凡是能给出质子(proton)的物质(分子或正负离子)都是酸凡是能够接受质子的物质(分子或正负离子)都是碱。共轭酸 质子 共轭碱共轭酸与它的共轭碱必定同时出现，形成共轭关系，称为共

4、轭酸碱对HCl H+Cl- HAC H+AC- H2S H+HS- HS- H+S2-NH4+ H+NH3第6页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一63.2.2 酸碱质子理论 2. 酸碱反应 （1） 酸碱反应的实质：共轭酸碱对之间的质子传递过程 HCl+NH3NH4+Cl-（2）酸碱反应的趋势：争夺质子的结果，总是强碱取得质子，而强酸给出质子。强酸(1) + 强碱(2) 弱碱(1) + 弱酸(2) HCl+NH3NH4+Cl-该反应正向进行，因为酸性：HCl NH4+,碱性：NH3 Cl-第7页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一7第三章课堂练习以下物质

5、，哪些是酸？写出其共轭碱。哪些是碱？写出其共轭酸。哪些是酸碱两性物质？HAc, NH3, H3PO4Ac-, NH4+, H2PO4-,HPO42-, PO43-, HS- ,H2O, H3O+,Cl-,共轭酸共轭碱共轭酸共轭碱第8页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一83.2.2 酸碱质子理论3. 酸的相对强度和碱的相对强度酸的解离平衡：酸的解离常数（酸度常数）Ka越大，酸解离越彻底，使c(H+)越大，使溶液的酸性越强,称为该酸的酸性越强。HAH+ + A-酸KaH2SO31.5410-2H3PO47.5210-3HAc1.7610-5H2S9.110-8NH4+5.65

6、10-10 酸的解离常数第9页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一93. 酸的相对强度和碱的相对强度酸给出质子的能力越强，该酸的酸性就越强,其共轭碱结合质子的能力越弱，其共轭碱的碱性越弱共轭碱的解离平衡：HAH+ + A- A-+H2OHA+ OH-第10页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一103.2.2 酸碱质子理论 3. 酸的相对强度和碱的相对强度酸给出质子的能力越强，该酸的酸性就越强,其共轭碱的碱性越弱酸性增强酸质子碱碱性增强HCl=H+Cl-H3O+=H+H2OHSO4-= H+SO42-H3PO4= H+H2PO4-HAc= H+Ac-H2C

7、O3= H+ HCO3-H2S= H+ HS-NH4+= H+ NH3酸KaH2SO31.5410-2H3PO47.5210-3HAc1.7610-5H2S9.110-8NH4+5.6510-10第11页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一11第三章 水溶液中离子平衡（第二版第九、十一章，第三版第九章）3.1 稀溶液的浓度表示法3.2 酸碱理论3.3 酸和碱在水溶液中的解离平衡3.3.1 一元弱酸和弱碱的解离平衡3.3.2 多元弱酸(碱)的解离平衡3.3.3 离子酸、离子碱的解离平衡3.4 酸碱缓冲溶液3.5 酸碱指示剂3.6 难溶强电解质的沉淀-溶解平衡第12页，共40页

8、，2022年，5月20日，23点56分，星期一123.3 酸和碱在水溶液中的解离平衡 3.3.1 一元弱酸和弱碱的解离平衡普化P120 标准解离平衡常数Ka,Kb其值越大表示该酸(碱)的解离平衡进行得越彻底, 酸(碱)性越强酸性: HAc强于H2CO3解离度：KapKa0.1mol/L的酸溶液C(H+) 0.1mol/L的酸溶液HAc1.7610-54.751.3310-31.3310-2H2CO34.3010-76.372.0710-42.0710-3第13页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一133.3 酸和碱在水溶液中的解离平衡 一元弱酸和弱碱的解离平衡普化120例3

9、-3298.15K时，Ka(HAc)=1.7610-5，求0.10 molL-1HAc溶液中的H+、Ac-的浓度、溶液的pH值及HAc的解离度。解法一：设c(H+)=x molL-1 HAc= H+Ac- 开始浓度 c 0 0平衡浓度 c-x x x第14页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一143.3 酸和碱在水溶液中的解离平衡 3.3.1 一元弱酸和弱碱的解离平衡普化120稀释定律：弱酸的解离度与c0.5成反比，浓度越稀，解离度越大。弱酸溶液的H+的浓度与Ka0.5成正比，Ka越大， H+的浓度越大。第15页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一153

10、.3 酸和碱在水溶液中的解离平衡 3.3.1 一元弱酸和弱碱的解离平衡普化1202.一元弱酸、弱碱的解离平衡与有关计算例3-4298.15K时，Kb(NH3)=1.7710-5，求0.10 molL-1NH3溶液中的OH-的浓度和溶液的pH值。解：设c(OH-)=x molL-1NH3+H2O=NH4+OH-开始浓度 c 0 0平衡浓度 c-x x x第16页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一16多元弱酸(碱)的解离平衡 122多元弱酸、碱解离平衡的特点（1）多元弱酸(碱)分步（分级） 解离（2） Ka1Ka2，因此二级解离很困难，可以忽略二级解离，按照一级解离的Ka1计

11、算例3-5 常温常压下，H2S在水中的溶解度为0.10 molL1，试求H2S饱和溶液的pH值。已知H2S的Ka1=9.110-8, Ka2=1.110-12,解：第17页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一17离子酸、离子碱的解离平衡共轭酸的Ka与共轭碱的Kb之间的关系化学手册不易查到离子酸、离子碱的解离常数。但根据分子酸的Ka ，可推算其共轭离子碱的Kb 。例3-6 298.15K时，Ka(HAc)=1.7610-5，求0.10 molL-1NaAc溶液的pH值。提示：Na+是中性，只需考虑离子碱Ac-的解离平衡解： Ac- +H2O=HAc+ OH-开始浓度 0.1

12、0 0平衡浓度 0.1-x x x提问：该反应的平衡常数是Ka还是Kb？第18页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一18离子酸、离子碱的解离平衡共轭酸的Ka与共轭碱的Kb之间的关系化学手册不易查到离子酸、离子碱的解离常数。但根据分子酸的Ka ，可推算其共轭离子碱的Kb 。练习题：20.0ml浓度为-1 NH3与20.0ml浓度为-1 HCl溶液混合,求溶液的pH值。已知Kb(NH3)=1.7610-5 提示： NH3与HCl反应生成NH4Cl,Cl-是中性,只需考虑离子酸NH4+的解离平衡。第19页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一19第4次作业补充题

13、用所给数据计算以下各溶液的pH值，各溶液的浓度都为0.10 moldm-3。 HClHAcH2SNH3NH4ClNaAcH2CO3Na2SKaKbHAc1.7610-5H2S9.110-8,1.110-12NH31.7710-5H2CO34.310-7,5.6110-11第20页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一20第4次作业补充题求两个溶液等体积混合后的pH值，混合前各溶液的浓度都为0.10 moldm-3。 强酸+弱酸：HCl+ HAc（或NH4Cl）强碱+弱碱：NaOH+NH3（或NaAc）强酸+强碱: HCl+NaOH 强酸+弱碱：HCl+ NaAc （或NH3）

14、强碱+弱酸：NaOH+ HAc （或NH4Cl）20cm30.100moldm-3 的氨的水溶液,与10cm3 0.100moldm-3 HCl溶液混合，求pH值。KaKbHAc1.7610-5NH31.7710-5第21页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一213.3.3 弱酸和弱碱的解离平衡普化1203.离子酸、离子碱的解离平衡共轭酸的Ka与共轭碱的Kb之间的关系 123例3-7计算浓度为-1 Na2CO3溶液的pH值。已知：Ka1(H2CO3)=4.210-7 Ka2(H2CO3)=5.610-11解：Na+是中性，只需考虑离子碱CO32-的解离平衡:CO32-的共轭

15、酸是HCO3- ， HCO3-的Ka是Ka2(H2CO3)=5.610-11 ，CO32- +H2O=H CO3- +OH-开始浓度 0.1 0 0平衡浓度 0.1-x x x第22页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一223.3.3 弱酸和弱碱的解离平衡 3.3.6 同离子效应弱酸、弱碱的解离平衡的移动：温度，浓度HAc= H+Ac-向HAc溶液中加入NaAc ，由于Ac-浓度增大，平衡逆向移动， HAc的解离度减小,同时H+浓度减小，PH值增大。NH3+H2O=NH4+OH-向NH3溶液中加入NH4Cl ，由于NH4+浓度增大，平衡逆向移动， NH3的解离度减小,同时O

16、H-浓度减小，PH值减小。在弱酸（碱）溶液中加入它的共轭碱（酸），可以减小它的解离度，从而减少H+ （ OH- ）浓度，称为同离子效应。共轭酸碱共存溶液的作用：缓冲外来的酸碱，稳定PH值。第23页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一233.4 酸碱缓冲溶液(Buffer solution) 普化125 缓冲溶液的定义及组成缓冲溶液的组成：溶液中同时含大量的弱酸（碱），和其共轭碱（酸）。HAc-NaAcNH3 - NH4Cl缓冲溶液的pH值=弱酸 的 pKa(=-lgKa)加入1molL-1HCl溶液1ml加入1molL-1NaOH溶液1ml升水pH=7pH=3pH=11升0

17、.1molL-1HAc0.1molL-1NaAc溶液pH=4.75pH=4.74pH=4.76升0.1molL-1NH30.1molL-1NH4Cl溶液pH=9.25pH=9.24pH=9.26第24页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一243.4 酸碱缓冲溶液(Buffer solution) 普化125 缓冲溶液pH值的计算例3-3298.15K时，Ka(HAc)=1.7610-5，求0.10 molL-1HAc溶液中的H+、Ac-的浓度、溶液的pH值。解: HAc= H+Ac-例3-7计算0.1molL-1HAc0.1molL-1NaAc缓冲溶液的pH值及HAc的解离

18、度。解: 设溶液中c(H+)=x molL-1 HAc= H+Ac-开始浓度 0.1 0 0.1平衡浓度 0.1-x x 0.1+x开始浓度 0.1 0 0平衡浓度 0.1-x x x第25页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一25 缓冲溶液pH值的计算：缓冲溶液与弱酸溶液的对比0.1molL-1HAc0.1molL-1NaAc缓冲溶液 HAc = H+ + Ac-平衡浓度 0.1 1.7610-5 0.10.1molL-1HAc溶液 HAc = H+ + Ac-平衡浓度 0.1 1.3310-3 1.3310-3原因：缓冲溶液中有共轭碱，使共轭酸的解离平衡逆向移动，从而使

19、共轭酸的解离度减小,同时H+浓度减小，pH值减小。缓冲溶液中弱酸的解离度远小于弱酸溶液中弱酸的解离度。第26页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一26 缓冲溶液的作用：当向其中加入少量的强酸，强碱或水，其pH值基本保持稳定0.1molL-1HAc0.1molL-1NaAc缓冲溶液 HAc = H+ + Ac-平衡浓度 0.1 1.7610-5 0.1加入0.01 molHCl 0.11 2.1510-5 0.09加入0.01 molNaOH 0.09 1.4410-5 0.11共轭酸 H+ + 共轭碱 （抗碱组分） （抗酸组分）向缓冲溶液中加入强酸：强酸与Ac-结合成为HA

20、c，使Ac-浓度略有减小，使HAc浓度略有增加，使平衡稍向右移动，使H+浓度略有增加,因此pH值几乎不变。向缓冲溶液中加入强碱：强碱与HAc结合成为Ac-，使Ac-浓度略有增加，使HAc浓度略有减小，使平衡稍向 左移动，使H+浓度略有减少,因此pH值几乎不变。第27页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一273.4 酸碱缓冲溶液(Buffer solution) 普化125 缓冲溶液pH值的计算例3-7计算0.1molL-1NH30.1molL-1NH4Cl缓冲溶液的pH值， 已知Kb(NH3)=1.7710-5，缓冲溶液的pOH=弱碱 的 pKb解：设c(OH-)=x mo

21、lL-1 NH3+H2O= OH- +NH4 开始浓度 0.1 0 0.1平衡浓度 0.1-x x 0.1+x第28页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一283.4 酸碱缓冲溶液(Buffer solution) 普化125 缓冲溶液的选择所选缓冲对的 pKa 值（或 pKb 值）尽可能的接近要配溶液的pH值（或pOH值）共轭酸与碱的浓度相近，并且浓度较大，使缓冲容量大 ，能抵抗更多的外来酸碱需要稳定的pH值缓冲溶液组成弱酸及 pKapH=5HAc-NaAcHAc4.75pH=7KH2PO4-K2HPO4H3PO42.12，7.20,12.36pH=9NH3-NH4ClNH

22、3 pKb =4.75思考： 配制pH=7.0的缓冲溶液,选用 缓冲对。已知H3PO4 ：Ka1=6.710-3 ； Ka2 =6.210-8 ；Ka3=4.510-13 第29页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一293.6 难溶强电解质的沉淀-溶解平衡本节教材是现代化学基础第二版第十一章 P310，或第三版第九章P301溶解度：在一定温度下，达到溶解平衡时，一定量的溶剂中含有溶质的量。易溶物质：1g/100g水微溶物质： 0.01g1g/100g水难溶物质： 0.01g/100g水难溶强电解质在水中溶解的那部分,完全解离。 AgCl是难溶强电解质，在水中达到溶解平衡后得

23、到AgCl的饱和溶液:AgCl(s)=Ag+(aq)+Cl-(aq)第30页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一303.6 难溶强电解质的沉淀-溶解平衡 3.6.1 沉淀-溶解平衡和标准溶度积常数 1. 标准溶度积常数(solubility product)AmBn(s) mAn+(aq) + nBm-(aq) Ksp（AmBn） =ceq(An+)/cmceq(Bm-)/cn Ksp的意义：相同类型的难溶电解质， Ksp越大，溶解度越大 叙述：一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中，各组分离子相对浓度幂的乘积是一常数。简写：Ksp(AmBn) =ceq (An+) mceq

24、(Bm-) n Ag2CrO4(s) = 2Ag+CrO4-(aq)Ksp（Ag2CrO4）=ceq (Ag+) 2ceq (CrO4-)第31页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一313.6 难溶强电解质的沉淀-溶解平衡 3.6.1 沉淀-溶解平衡和标准溶度积常数2. 溶解度S（molL-1 ）与标准溶度积常数Ksp的换算例3-12：已知298K时，Ksp(AgCl) =1.8010-10，Ksp(Ag2CrO4)=1.1210-12，试分别计算AgCl和Ag2CrO4的溶解度。AB型A2B或AB2型解：设AgCl的溶解度为S molL-1 AgCl(s)=Ag+Cl-平

25、衡浓度 S S第32页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一323.6 难溶强电解质的沉淀-溶解平衡 3.6.2 沉淀的生成和溶解1.溶度积规则AmBn(s) mAn+(aq) + nBm-(aq)各浓度为任意值（可以外加某种离子）时：离子积Qc =c(An+)mc(Bm-)n平衡时： Qceq =Ksp(AmBn) =ceq(An+)mceq(Bm-)nrGm(T)=RTlnQ/KQcKsp， rGm(T)0,平衡逆向移动，生成沉淀；Qc=Ksp，rGm(T)=0 ，平衡状态，饱和溶液。QcKsp，rGm(T)0，平衡正向移动， 沉淀溶解，或溶液不饱和，无沉淀析出；第33页

26、，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一333.6 难溶强电解质的沉淀-溶解平衡 3.6.2 沉淀的生成和溶解-1MgCl2-1NH3的水溶液。通过计算判断能否生成Mg(OH)2沉淀？已知Kb (NH3)=1.810-5KSP (Mg(OH)2)=5.110-12解：设c(OH-)=x molL-1 NH3+H2O=NH4+OH-平衡浓度 c-x x x Mg(OH)2(s)=Mg2+2OH-任意浓度 0.1 9.4910-4分析：Mg(OH)2(s)=Mg2+2OH-，计算Qc，与KSP(Mg(OH)2)比较大小可以判断能否生成Mg(OH)2沉淀。为了计算Qc需要首先算出OH

27、-的浓度。第34页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一343.6 难溶强电解质的沉淀-溶解平衡 3.6.2 沉淀的生成和溶解2. 沉淀的溶解 降低沉淀饱和溶液中某离子的浓度，使Qc减小，使Qc Ksp，沉淀平衡逆向移动，使沉淀的溶解度减小。例3-14：计算298K时，AgCl在0.01 molL-1NaCl溶液中的溶解度，并与其在纯水中的溶解度作比较。 Ksp(AgCl) =1.8010-10 AgCl(s)=Ag+Cl-平衡浓度 S SAgCl在水中的溶解度: AgCl(s)=Ag+Cl-平衡浓度 S 0.01+SAgCl在0.01 molL1NaCl溶液中的溶解度:第3

28、6页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一363.6 难溶强电解质的沉淀-溶解平衡 3.6.3 分步沉淀 当溶液中有两种离子共存，加入它们共同的沉淀剂，哪种离子先沉淀？例3-14溶液中同时含有-1的Cl-1的CrO42-,向溶液中逐滴加入AgNO3(1)哪种离子先沉淀？(2)继续加入AgNO3 ，当第二种离子刚开始沉淀时，第一种离子的浓度为多大？此时第一种离子是否已经沉淀完全了？已知Ksp(AgCl) =1.7710-10，Ksp(Ag2CrO4)=1.1210-12，解：计算使两种离子沉淀所需的Ag+的最小浓度:答：当Ag+的浓度由零达到1. 77 10-9时，Cl-先开始沉淀。当继续加入Ag+的浓度达到3. 35 10-5时，CrO42-开始沉淀第37页，共40页，2022年，5月20日，23点56分，星期一373.6.3 分步沉淀 例3-14溶液中同时含有-1的Cl-1的CrO42-,向溶液中逐滴加入AgNO3(1)哪种