溶液中的质子酸碱平衡市公开课一等奖省赛课获奖课件

第九章溶液中质子酸碱平衡溶液中的质子酸碱平衡第1页第九章溶液中质子酸碱平衡§9.1

强电解质溶液理论§9.2

酸碱质子理论§9.3

水解离平衡和pH值§9.4

弱酸弱碱解离平衡溶液中的质子酸碱平衡第2页§9.1

强电解质溶液理论Theoryofstrongelectrolytesolution溶液中的质子酸碱平衡第3页9.1.1电解质分类强电解质：在溶液中几乎能完全电离物质。弱电解质：在水溶液中仅能部分电离物质。电离度a：表示弱电解质在平衡状态时电离程度。a=

×100%已电离分子数电离前分子总数溶液中的质子酸碱平衡第4页电解质化学式电离度

电解质化学式电离度

草酸H2C2O431%碳酸H2CO30.17%

磷酸H3PO426%氢硫酸H2S0.07%亚硫酸H2SO320%

溴酸HBrO30.01%氢氟酸HF15%氢氰酸HCN0.007%

醋酸HAc1.33%氨水NH3·H2O1.33%几个弱电解质溶液电离度a291K,0.1mol·L-1）

对不一样物质，电离度a反应了电解质强弱，

a越大电解质越强。溶液中的质子酸碱平衡第5页溶液浓度（mol·L-1）H+浓度（mol·L-1）电离度a

1.000.00420.42%0.100.01331.33%0.010.000424.2%不一样浓度醋酸电离度（298K）

对相同物质，a大小与浓度相关，浓度越小，a越大。溶液中的质子酸碱平衡第6页某几个盐水溶液冰点下降情况DTf=Kf·m9.1.2电解质依数性溶液中的质子酸碱平衡第7页几个电解质不一样浓度水溶液i值i强电解质弱电解质溶液中的质子酸碱平衡第8页电解质

KCIZnSO4HClHNO3H2SO4NaOHBa(OH)2

表观电离度

86409292619181

(%)几个强电解质表观电离度(0.1mol·L-1,298K)为何有如此误差？溶液中的质子酸碱平衡第9页+++++++++++德拜和休克尔强电解质在水溶液中完全电离.+

离子浓度越大,离子所带电荷数目越多,离子与它离子氛作用越强.离子氛9.1.3强电解质溶液理论溶液中的质子酸碱平衡第10页

弱电解质电离度表示电离了分子百分数；强电解质电离度仅反应溶液中离子间相互牵制作用强弱程度，称表观电离度。离子强度II=mizi212I单位:mol·L–1溶液中的质子酸碱平衡第11页例:

求以下溶液离子强度(1)0.01mol·L–1BaCl2溶液。(2)0.1mol·L–1盐酸和0.1mol·L–1CaCl2溶液等体积混合后形成溶液。解:(1)mBa2+=0.01mol·kg–1

mCl–=0.02mol·L–1zBa2+=2zCl–=–1依据I=mizi212I=0.5(0.0122+0.0212)=0.03(mol·L–1)溶液中的质子酸碱平衡第12页(2)混合溶液中mH+=0.05mol·L–1

mCa2+=0.05mol·L–1

mCl–=0.15mol·L–1zH+=1zCa2+=2zCl–=–1依据I=mizi212I=0.5(0.0512+0.0522+0.1512)=0.2(mol·L–1)溶液中的质子酸碱平衡第13页

活度和活度系数活度:电解质溶液中离子实际发挥作用浓度a=γc活度活度系数浓度当溶液I相同时,离子本身电荷越高,

则γ数值越小.溶液中的质子酸碱平衡第14页I=1.010–4mol·L–1时离子电荷对活度系数γ影响离子zi价数γ

值1价2价3价0.990.950.904价0.83同一离子γ

值随溶液I增大而减小.I(mol·L–1)γ值1.010–31.010–21.010–10.960.890.78不一样I值下一价离子活度系数γ溶液中的质子酸碱平衡第15页§9.2酸碱质子理论（布朗斯特酸碱理论）TheBronsted-lowryacid-basemodel溶液中的质子酸碱平衡第16页1923年,布朗斯特(Brnsted),劳莱(Lowrey)酸:凡是能给出质子(H+)物质。如:HCl,NH4+,H2PO4–碱:凡是能接收质子(H+)物质。如:NH3,HPO42–,CO32–,[Al(H2O)5OH]2+

9.2.1

酸碱定义和共扼酸碱对溶液中的质子酸碱平衡第17页酸H++碱-++ClHHCl

-+-+2442HPOHPOH-+-+3424POHHPO+++34NHHNH[]+++2333NHCHHNHCH

++++252362O)Fe(OH)(HHO)Fe(H[][]++++422252O)(HFe(OH)HO)Fe(OH)(H[][]共轭酸碱两性物质溶液中的质子酸碱平衡第18页①强酸电离反应是质子转移反应HCl+H2OH3O++Cl–H+酸I碱II酸II碱I②弱酸电离平衡是质子转移反应H+酸I碱II酸II碱IHAc+H2OH3O++Ac–

9.2.2

酸碱反应溶液中的质子酸碱平衡第19页③弱碱电离平衡是质子转移反应H+酸I碱II酸II碱I④酸碱中和反应是质子转移反应H+酸I碱II酸II碱I⑤盐水解反应是质子转移反应H+酸I碱II酸II碱IH2O+NH3NH4++OH–H3O++OH–H2O+H2OH2O+Ac–HAc+OH–溶液中的质子酸碱平衡第20页⑥水自偶电离是质子转移反应H+酸I碱II酸II碱I⑦液氨自偶电离是质子转移反应H+酸I碱II酸II碱I⑧高氯酸在冰醋酸中电离平衡是质子转移反应H+酸I碱II酸II碱IH2O+H2OH3O++OH–NH3+NH3NH4++NH2–HClO4+HAcH2Ac++ClO4–溶液中的质子酸碱平衡第21页

9.2.2

酸碱强弱酸碱强弱取决于酸碱本身性质和溶剂。1.当以水为溶剂时，可依据酸碱电离平衡常数来判断比如，HAc+H2O=H3O++Ac-Ka=[H3O+][Ac-][HAc]Ka=[H+][Ac-][HAc]或溶液中的质子酸碱平衡第22页比较：HAcNH4+HS-Ka1.8×10-55.6×10-101.1×10-15这三种酸强度是：HAc>NH4+>HS-

通常，把10-2~10-7酸称为弱酸，把小于10-7酸称为极弱酸。溶液中的质子酸碱平衡第23页酸Ka和其共扼碱Kb关系是：Ka·Kb=Kw故，Ac-NH3S2-

Kb

5.6×10-101.8×10-59.1碱性渐强溶液中的质子酸碱平衡第24页2.同一酸碱在不一样溶剂中相对强弱由溶剂性质决定。

区分效应：用一个溶剂能把酸或碱相对强弱区分开来，称为溶剂“区分效应”。比如：H2O能够区分HCl、HAc酸性强弱。

拉平效应：溶剂将酸或碱强度拉平作用，称为溶剂“拉平效应”。比如：在液氨中HCl、HAc都是强酸。溶液中的质子酸碱平衡第25页

水对强酸起不到区分作用，水能够同等程度地将HClO4，HCl，HNO3等强酸质子全部夺取过来。选取比水碱性弱碱，如冰醋酸为溶剂对水中强酸可表达出区分效应。比如上述强酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：HI＞HClO4＞HCl＞H2SO4＞HNO3溶液中的质子酸碱平衡第26页§9.3水解离平衡和pH值DissociationEquilibriumandpHofWater溶液中的质子酸碱平衡第27页9.3.1水离子积H2O+H2OH3O++OH–H2OH++OH–K=[H+][OH–]=Kw水离子积常数常温下Kw=1.010–14DGmKw

酸性溶液中[H+]>[OH–]

碱性溶液中[H+]<[OH–]

中性溶液中[H+]=[OH–]溶液中的质子酸碱平衡第28页

Kw

值与温度T关系水电离为吸热反应不能把[H+]=1.010–7mol·L–1

认为是溶液中性不变标志溶液中的质子酸碱平衡第29页pH=–lgaH+pH=–lg[H+]pOH=–lgaOH–pOH=–lg[OH–]=pH+pOHpKw常温下Kw=1.010–14pH+pOH=14

中性溶液中pH=pOH=79.3.2溶液pH值溶液中的质子酸碱平衡第30页DissociationEquilibriuminWeakAcidsandWeakBaseAqueousSolution§9.4弱酸弱碱解离平衡溶液中的质子酸碱平衡第31页9.4.1一元弱酸(碱)解离平衡HAc+H2OH3O++Ac–HAcH++Ac–稀溶液

一元弱酸溶液中的质子酸碱平衡第32页HAcH++Ac–起始浓度co平衡浓度co–[H+][H+][Ac–]=[H+]则会有co>>[H+],co–[H+]

co若很大，很小,溶液中的质子酸碱平衡第33页

电离度(a):弱酸在溶液中电离百分数溶液中的质子酸碱平衡第34页例:计算以下各浓度HAc溶液[H+]和电离度:(a)0.10mol·L–1;(b)1.010–5mol·L–1。溶液中的质子酸碱平衡第35页解:HAcH++Ac–起始浓度0.10平衡浓度0.10–[H+][H+][H+]查表得=1.810–5mol·L–1

Kaco/=Ka0.10/1.810–5

=5.6103>500故能够近似计算,有0.10–[H+]0.10并由Ka[H+]=co=(0.101.810–5)1/2

=1.310–3(mol·L–1)

电离度a=[H+]co=1.310–3/0.1=1.3%(a)00溶液中的质子酸碱平衡第36页(b)co=1.010–5mol·L–1co/=Ka0.1010–5/1.810–5

=0.56

<500因故不能近似计算,依据Ka=[H+]2co–[H+]1.810–5

=[H+]20.1010–5–[H+]解得[H+]=7.1610–6(mol·L–1)

电离度a=[H+]co=7.1610–6/0.1010–5=71.6%溶液中的质子酸碱平衡第37页

不一样浓度HAc溶液电离度和平衡常数(298K)c/mol·L-1a未经γ修正经γ修正0.000028010.53931.7710-51.7510-50.000011140.32771.7810-51.7510-50.00021840.24771.7810-51.7510-50.0012080.12381.8010-51.7510-50.002414100.082901.8210-51.7510-50.0059120.054011.8210-51.7510-50.0098420.042221.8310-51.7510-50.00.029881.8410-51.7410-50.050000.019051.8410-51.7210-50.100000.013501.8510-51.7010-5bKq溶液中的质子酸碱平衡第38页

一元弱碱NH3+H2ONH4++OH–NH3·H2ONH4++OH–稀溶液起始浓度co,电离到达平衡溶液中的质子酸碱平衡第39页NH3·H2O电离度则为溶液中的质子酸碱平衡第40页

不一样浓度NH3·H2O溶液电离度和平衡常数(298K)C/mol·L-1a未经γ修正经γ修正0.000470.1971.8210-51.7810-50.00100.1361.8510-51.7910-50.00470.06321.8810-51.7910-50.0470.02031.9410-51.7910-50.1000141.9610-51.7910-50.200.00991.9610-51.7710-50.470.00662.0410-51.7610-5溶液中的质子酸碱平衡第41页

一些一元弱酸、弱碱电离常数(298K)溶液中的质子酸碱平衡第42页9.4.2多元弱酸(碱)解离平衡多元酸在水溶液中一个分子能电离出一个以上H+弱酸。

多元酸在水中分步电离H2SH++HS–K1=[H+][HS–][H2S]HS–H++S2–=1.310–7K2=[H+][S2–][HS–]=7.110–15同离子效应溶液中的质子酸碱平衡第43页

一些多元酸电离常数(298K)溶液中的质子酸碱平衡第44页例:计算常温常压下H2S饱和溶液中[H+]、[HS–]和[S2–]。已知常温常压下,H2S气体在水中饱和浓度:0.10mol·L–1。解:H2SH++HS–设[H+]=x平衡浓度0.10xxK1=[H+][HS–][H2S]=1.310–7=0.10x2x=[H+]=[HS–]=1.1410–4mol·L–1第一步电离第二步电离HS–H++S2–平衡浓度xx[S2–]溶液中的质子酸碱平衡第45页K2=1.1410–4[S2–]1.1410–4=7.110–15=[S2–][S2–]=K2H2S2H++S2–K=[H+]2[S2–][H2S]其平衡常数K=K1·K2=9.2310–22

对于二元弱酸H2A,溶液[H+]由第一级电离决定,能够认为[HA–][H+],即HA–第二步解离及小可被忽略;而[A2–]数值近似等于

.K2

比较二元弱酸强弱,只须比较其

.K1溶液中的质子酸碱平衡第46页

例:在0.10mol·L–1盐酸中通入H2S至饱和,求溶液中[S2–]浓度。解:盐酸完全电离,使体系中[H+]=0.10mol·L–1,在该酸度下,H2S电离出[H+]几乎为零。设[S2–]为x,则平衡浓度0.100.10xx=[S2–]=9.2310–21mol·L–1H2S2H++S2–溶液中的质子酸碱平衡第47页例:求0.1mol·L-1Na2CO3溶液pH值。已知碳酸Ka1=4.3

10-7,Ka2=5.6

10-11。解：作为二元弱碱Na2CO3在水中反应为：Kb1»Kb2,故，作为一元弱碱处理。溶液中的质子酸碱平衡第48页因为，故，pOH=-lg(4.210-3)=2.38pH=14-2.38=11.62溶液中的质子酸碱平衡第49页9.4.3两性物质

解离大于水解，NaH2PO4溶液显弱酸性；相反,Na2HPO4溶液解离小于水解,显弱碱性。(定性了解)溶液中的质子酸碱平衡第50页

同离子效应：在弱电解质溶液中，加入与其含有相同离子易溶强电解质而使弱电解质解离度降低现象。HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac–(aq)

9.4.4

同离子效应Ac–(aq)NH4Ac(aq)(aq)+平衡移动方向溶液中的质子酸碱平衡第51页

例：在0.10mol·L-1HAc溶液中，加入NH4Ac(s)，使NH4Ac浓度为0.10mol·L-1，计算该溶液pH值和HAc解离度。x=1.8×10-5

c(H+)=1.8×10-5mol·L-10.10±x≈0.10（对比：0.10mol·L-1HAc溶液：pH=2.89，α=1.3%）

解：

HAc(aq)+H2O(l)

H3O+(aq)+Ac－(aq)ceq/(mol·L-1)

0.10–x

x0.10+xc0/(mol·L-1)

0.1000.10pH=4.74，α=0.018%溶液中的质子酸碱平衡第52页1升0.1mol·L-1NaCl1升0.1mol·L-1HAc+0.1mol·L-1NaAcpH值7.04.75加入0.1mol·L-１HCl后pH值2.04.66加入0.1mol·L-１NaOH后pH值12.04.84

9.4.5缓冲溶液

缓冲溶液：含有能保持本身pH值相对稳定性能溶液(也就是不因加入少许强酸或强碱而显著改变pH值溶液)。溶液中的质子酸碱平衡第53页

缓冲作用原理[H3O+]=Ka[HA][A_]θ溶液中的质子酸碱平衡第54页加入少许强碱：

因为[HA],[A-]较大，[H3O+]不因OH-加入而有显著改变。

溶液中较大量HA与外加少许OH－生成A–和H2O，当到达新平衡时,[A–]略有增加,[HA]略有降低，[HA]/[A-]改变不大，所以溶液[H3O+]或pH值基本不变。溶液中的质子酸碱平衡第55页

溶液中大量A–与外加少许H3O+结合成HA，当到达新平衡时，[HA]略有增加，[A–]略有降低，[HA]/[A]

改变不大，所以溶液[H3O+]或pH值基本不变。加入少许强酸：溶液中的质子酸碱平衡第56页⒈弱酸—弱酸盐：因为同离子效应存在，通惯用初始浓度c0(HA),c0(A－)代替[HA],[A－]。例HAc－N