化学原理 化学平衡 酸碱平衡

1、化学原理 化学平衡 酸碱平衡第1页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸 H+ + 碱共轭酸碱第2页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一两性物质HCO3两性物质在共轭对（1）中是酸在共轭对（2）中是碱既能给出质子，又能接受质子的物质。第3页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一质子论的酸碱反应意义：任何酸碱反应均是质子在两种酸碱之间的传递。传递的方向与酸碱强度有关。第4页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一(1) 酸碱解离反应是质子转移反应HF在水中的解离反应：HF(aq) H+ + F(aq)H+ + H2O(l)

2、 H3O+(aq)HF(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + F(aq) 第5页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一(2) 水：两性物质，自耦电离平衡H2O(l)+H2O(l) H3O+(aq) +OH(aq)H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)第6页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一(3) 盐类水解反应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)第7页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一(4) 非水溶

3、液中的酸碱反应，如NH4Cl的生成：H+液氨中的酸碱中和反应：H+第8页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸和碱的相对强度 酸给出质子能力和碱接受质子能力的强弱。第9页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸和碱的相对强度溶剂区分效应：用同一个溶剂能区分酸或碱的相对强弱 如H2O可以区分HAc、HCN酸性的强弱溶剂拉平效应：溶剂将酸或碱强度拉平的作用 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。第10页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸和碱的相对强度溶剂：中性溶剂酸性溶剂碱性溶剂

4、第11页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸和碱的相对强度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。第12页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一pH 与 Kw25oC纯水中 温度/oC025100Kw1.1010-151.010-145.5010-13第13页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸碱平衡计算醋酸溶液中的同时电离平衡：4 物质 HAc、Ac、H+、OH，2 方程需建立另 2 方程求各物浓度第14页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一物料平衡某组分的分析浓度（在溶液中总浓度）等

5、于该组分在各物中浓度之和。醋酸的水溶液 HAc + Ac = c电荷平衡溶液中正、负离子浓度相等，溶液保持电中性醋酸水溶液：H+ = Ac + OH第15页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一HAc + Ac = cH+ = Ac + OH第16页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一质子平衡 酸碱反应中酸失去质子和碱得到质子的物质的量相等，其数学式称质子平衡式PBE 选择溶液中大量存在并参与质子传递的物质作为参照物（零水准）。第17页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一质子平衡HAc溶液：参考水准 得质子后产物 失质子后产物 H2O

6、H3O+OH- HAc Ac-PBE： H3O+ = OH- + Ac- 或 H+ = OH- + Ac-第18页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸度对弱酸（碱）各物种分布的影响一元弱酸（碱） cHA= HA + A-第19页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一一元弱酸（碱）第20页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一二元弱酸第21页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一第22页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一H+浓度的计算列出质子平衡式代入平衡常数表达式整理得计算H+的精确式再经简化省略

7、可得近似式也可在列出质子平衡式时先进行简化直接得近似式也可根据物料平衡和电离平衡式计算。第23页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一强酸HA（碱）溶液（Ka 10）第24页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一强酸（碱）溶液 例: 计算下列溶液的pH值：（1）0.025 moldm-3 HCl（2）7.010-4 moldm-3 NaOH解：（1）H+ = 0.025 moldm-3 ，pH = 1.60（2）OH- = 7.010-4 moldm-3 pOH = 3.15，pH = 10.85第25页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期

8、一计算1.010-7moldm-3 NaOH溶液pH值第26页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一一元弱酸HA（或弱碱）溶液H+ = A- + OH-第27页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一一元弱酸（碱）溶液KacA 10 Kw弱酸 0.05，溶液中H+ 10KW，且 第29页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一计算0.10 moldm-3一氯乙酸溶液的pH值Ka(C2H3O2Cl) = 1.3610-3解: KacA = 1.3610-4 20KW，但 H+2 + (1.3610-3)H+ 1.3610-4 = 0H+ = 1.

9、110-2 pH = 1.96第30页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一强酸和一元弱酸混合溶液第31页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一弱酸（HA + HB）混合溶液PEB：H+ = A- + B- + OH-溶液酸性， H+= A- + B-若电离度 很小， 第32页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一多元酸H2A（碱）溶液第33页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一两性物质NaHA溶液PEB：H+ + H2A = A2- + OH-计算两性物质溶液H+ 的精确式第34页，共76页，2022年，5月20日，2

10、2点34分，星期一两性物质溶液HA-的酸式和碱式离解倾向很小：若 若第35页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一计算 0.05moldm-3 NaHCO3溶液的pH.解：H2CO3的 Ka,1=4.410-7, Ka,2=4.410-11. c(NaHCO3) = 0.05moldm-3 .Ka,2 10Kw, c 20Ka,1pH=8.34第36页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一弱酸及其共轭碱（HA +A-）溶液HA和NaA的浓度分别为cA和cB，物料平衡：Na+ = cB，HA + A- = cA + cB电荷平衡： Na+ + H+ = A-

11、+ OH-， 即：A- = cB + H+ - OH-解得： HA = cA - H+ + OH-故，第37页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一弱酸及其共轭碱（HA +A-）溶液若溶液为酸性，可忽略OH-当 时，第38页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一缓冲溶液 一种对溶液的酸度具有稳定作用的溶液。向缓冲溶液加入少量强酸或强碱，或稍加稀释时，溶液的pH值变化不大。这种对pH值的稳定作用称缓冲作用 一般由弱酸及其共轭碱组成，如 HAc NaAc，NH4Cl NH3等（缓冲对）第39页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一（1） 1dm

12、3纯水（2）1dm3浓度各为0.1moldm-3的HAc NaAc加入0.01mol NaOH 或 HCl，pH如何变化？解：（1） pH=7加0.01mol NaOH，OH- = 10-2 H+ = 10-12， pH = 12加0.01mol HCl，H+ = 10-2，pH = 2pH = 5，纯水不具有缓冲能力第40页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一（2） pH = 4.76加0.01mol NaOH:第41页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一（2） pH = 4.76加0.01mol HCl:pH 0.1，HAc NaAc溶液具有缓冲能力

13、第42页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一缓冲溶液容量缓冲能力有一定限度，用缓冲容量来量度，定义 ：使 1dm3 溶液的 pH 变化 dpH 需强碱 (酸)的物质的量 b第43页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一缓冲溶液容量如 HAA- 缓冲系统，c = HA + A-，加入强碱 b moldm-3参考物 得H后产物 失H后产物 H2O H3O OHHA A强碱 bPEB： b + H3O+ = OH- + A-第44页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一缓冲溶液容量第45页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一

14、HA不太强也不太弱时可略去H+和OH-当H+ = Ka时，HA = A-，即弱酸与其共轭碱浓度之比为 1：1 时缓冲容量最大。 第46页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一例题由弱酸 HA 及其盐配制的缓冲溶液，其中 HA 的浓度为 0.25mol/L。于此 100ml缓冲溶液中加入 200mg NaOH，溶液的pH 为 5.60。问原来所配制的缓冲溶液的pH？（设 pKa = 5.30）答：5.45第47页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一常用缓冲溶液缓冲溶液（表11.3）选择合适缓冲溶液的一般原则：（1）对实验过程，如分析过程无干扰。（2）所需控的

15、pH值在缓冲范围内，缓冲剂的pKa应尽可能与所需pH值一致。（3）有足够的缓冲容量，一般缓冲对的总浓度大致在0.01mol dm-3 0.1mol dm-3。第48页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一标准缓冲溶液（25） 饱和酒石酸氨钾（0.034 molL-1 ） pH=3.557 0.05molL-1邻苯二甲酸氢钾 4.008 0.025molL-1 KH2PO40.025 molL-1 Na2HPO4 6.865 0.01 molL-1 硼砂9.180 饱和氢氧化钙 12.454第49页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸碱指示剂天然或合成染料

16、，本身为有机弱酸（碱）。当溶液pH变化时引起指示剂结构变化，出现不同颜色，故可用这种颜色的变化指示溶液酸度。第50页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸碱指示剂 酚酞：三苯甲烷类染料pH 9.6时为粉红色变色范围：pH 8.0 9.6第51页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一甲基橙（methyl orang）pKa=3.4第52页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一 溶液颜色与 In- / HIn 有关 In- / HIn 10，纯碱色第53页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一理论变色点： pH = pKHI

17、n， In- = HIn理论变色范围：pH = pKHIn 1，pH = 2 实验观测到的变色范围并非pKHIn 1，原因是人眼对各种颜色的敏感程度不同。如酚酞 pK = 9.1，理论变色范围pH = 8.1 10.1。酚酞由无色变为红色时格外明显，易于观察，故在高pH范围变窄，In-/HIn = 3/1，而在低pH一方变宽In-/HIn = 0.8/1。 第54页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一指示剂表11.7 常用酸碱指示剂表11.8 常用混合酸碱指示剂第55页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一容量分析用标准滴定溶液 T 的体积测量被测物 A将

18、已知准确浓度 cT 的 T 逐滴加入含 A(nA) 容器中，直至恰好完全反应，达到化学计量点。由cT、VT 求得 nA 、A实际操作常藉助于指示剂确定滴定终点。滴定终点与计量点并不一致，误差称为指示剂误差或终点误差。第56页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一 准确:常量分析的相对误差 0.2%简便:只需简单的玻璃仪器和试剂快速:分析速度比重量法快速得多广泛:分析许多无机和有机物滴定分析特点第57页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一滴定分析类型滴定方法滴定反应类型滴定剂被测物酸碱滴定法酸碱反应酸标准溶液无机或有机碱碱标准溶液无机或有机酸配位滴定法 配位

19、反应 EDTA 多种金属离子 氧化还原滴定法氧化还原反应氧化剂标准溶液还原性物质还原剂标准溶液氧化性物质沉淀滴定法 沉淀反应 AgNO3等 卤素等 第58页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一滴定分析对滴定反应的要求 反应定量：按一定化学计量关系定量进行，反应完全程度 99.9%反应迅速：反应瞬间完成；对慢反应，可采取加热或催化剂等终点明确：有适当的简便方法如指示剂确定终点第59页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一滴定方式直接滴定法返滴定法置换滴定法间接滴定法原因：标准滴定溶液和基准物质有限第60页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期

20、一 标准滴定溶液：确定了准确浓度、用于滴定分析的溶液。常量分析要求 4 位有效数字。基准物质：组成与化学式完全相符，包括含有结晶水的物质，如H2C2O42H2O、Na2B4O710H20等纯度高，质量分数 99.9%化学性质稳定，不与大气中O2、CO2、H2O等组分作用。不吸湿，也不风化满足滴定分析对反应的各项要求摩尔质量相对较大第61页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一滴定分析的计算第62页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸碱滴定法第63页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸碱滴定法第64页，共76页，2022年，5月20日

21、，22点34分，星期一酸碱滴定法多元酸的滴定pH02461081214100200300酚酞甲基橙Na2HPO4NaH2PO4滴定百分数/%NaOH滴定H3PO4的滴定曲线第65页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一酸碱滴定误差正误差：负误差：第66页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一代数法计算终点误差1. 强碱（或强酸）滴定强酸（或强碱）NaOH滴定HCl：设终点在计量点后，此时过量的NaOH浓度为c终,NaOH溶液质子条件式：第67页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一若终点在计量点前，此时尚有部分HCl未被中和，溶液的质子条件式为：第68页，共76页，2022年，5月20日，22点34分，星期一试计算0.1 moldm-3 NaOH滴定0.1moldm-3 HCl至甲基橙变黄（pH = 4.4）和酚酞变红（pH = 9.1）时的终点误差各是多少？解：在pH = 4.4时在pH = 9.1时 第69页，共76页，202