无机化学酸碱平衡

无机化学酸碱平衡第1页/共51页8.1

酸碱理论简介8.2

质子酸碱理论8.5

缓冲溶液8.3

弱酸、弱碱、水溶液的质子转移平衡Theacid-basemodelTheBronsted-Lowry

acid-basemodelBuffersolutionWeakacid,weakbaseandthetransferofaprotonintheautoionicationofwater8.4

盐的水解Hydrolysisofsalts第2页/共51页“中学化学大科普的是更具有化学史意义的酸碱概念”主要论据的来由

早期，人类是通过口尝手摸，根据酸涩味道与滑腻感来区分酸碱性。这种认识方法直到17世纪波义耳发现酸碱指示剂之前。17世纪波义耳最早通过有目的的科学实验，以试剂试纸变色区分酸碱，很实用，辅以后来的pH值，应该是至今最明确区分物质酸碱性的标准，至今基本仍通用。18世纪拉瓦锡最早尝试理论解读酸，认为氧是酸素。19世纪的1815年，戴维宣布引发酸性的元素应该是氢。第3页/共51页19世纪的1838年，李比希认为酸是一种可被金属置换出氢的物质，提出活性氢概念。19世纪末叶，阿仑尼乌斯提出电离理论，人们以电离出氢离子或氢氧根离子来界定酸碱。20世纪的1923年，酸碱的现代分类与定义“质子理论”与“电子理论”问世，1963年软硬酸碱理论面世。这些定义将更全面、更广泛的实验事实归纳在一起。第4页/共51页1887年Arrhenius提出“电离说”

(Arrheniusacid-baseconcept)●酸指在水中电离出的阳离子全部为H+：●碱指在水中电离出的阴离子全部为OH-：H2SO4=HSO4+H+-NaOH=Na++OH-

●中和反应的实质是H++OH-=H2O第5页/共51页布朗斯特酸碱理论(酸碱质子理论)theBronsted-lowryaeid-basemodel布朗斯特

(BrfnstedJN,1879-1947)丹麦物理化学家.因其酸、碱质子理论而著名于世.酸：反应中任何能给出质子的分子或离子，即质子给予体碱：反应中任何能接受质子的分子或离子，即质子接受体

酸碱反应是指质子由质子给予体向质子接受体的转移过程第6页/共51页路易斯酸碱理论

(lewisacid-basetheory)路易斯(LewisGN,1875-1946)美国物理化学家，曾获英国皇家学会戴维奖章、瑞典科学院阿仑尼乌斯奖章、美国吉布斯奖章等lewis酸：凡是可以接受电子对的分子、离子或原子.如Fe3+,Fe,Ag+,BF3等;lewis碱：凡是给出电子对的离子或分子.如:X－,:NH3,:CO,H2O:等;第7页/共51页

lewis酸与lewis碱之间可以配位键结合生成酸碱加合物.CuSO4[Cu(NH3)4]SO4第8页/共51页第9页/共51页酸：反应中任何能给出质子的分子或离子，即质子给予体碱：反应中任何能接受质子的分子或离子，即质子接受体

酸碱反应是指质子由质子给予体向质子接受体的转移过程1、定义(definition)第10页/共51页HF(g)+H2O(l)→H3O+(ag)+F-(ag)HF(ag)+NH3(ag)→NH4+(ag)+F-(ag)H2O(l)+NH3(ag)→OH-(ag)+NH4+(ag)H2S(ag)+H2O

(l)→H

3O+

(ag)+HS-(ag)水是两性2、两性物质第11页/共51页3、共轭酸碱对(conjugateacid-basepair)第12页/共51页两个共轭酸碱对之间的质子传递4、酸碱反应的实质第13页/共51页●酸和碱的解离反应第14页/共51页

●酸和碱的中和反应H+H+H+●盐的水解H+H+H+第15页/共51页----电离度(degreeofionization)5、酸碱的强弱第16页/共51页6、酸碱电离平衡HB(aq)+H2O(l)B-(aq)+H3O+(aq)该反应的标准平衡常数叫酸的电离常数。

{c(B-)/mol·dm-3}{c(H3O+)/mol·dm-3}=————————————————

{c(HB)/mol·dm-3}第17页/共51页Ionizationconstantsofsomecommonacidsinwaterat298K*valuesinbracketswerenotmeasuredinaqueoussolution.NameHBB-KapKaHydroiodicacidPerchloricacidHydrobromicacidHydrochloricacidSulfuricacidHydroniumionSulfurousacidHydrogensulfateionPhosphoricacidHydrofluoricacidCarbonicacidHydrogensulfideAmmoniumionHydrocyanicacidHydrogencarbonateionHydrogenphosphateionWaterHIHClO4HBrHClH2SO4H3O+H2SO3HSO4-H3PO4HFH2CO3H2SNH4+HCNHCO3-HPO42-H2OI-ClO4-Br-Cl-HSO4-H2OHSO3-SO42-H2PO4-F-HCO3-HS-NH3CN-CO32-PO43-OH-(1011)(1010)(109)(107)(102)11.5×10-21.2×10-27.5×10-33.5×10-34.3×10-71.3×10-75.6×10-104.9×10-104.8×10-112.2×10-131.0×10-14(-11)(-10)(-9)(-7)(-2)0.01.811.922.123.456.376.889.259.3110.3212.6714.00第18页/共51页

▲

值越大，酸性越强.大于１时的酸为强酸，小于１的酸为弱酸.▲对二元和三元酸（如H2S和H3PO4）而言，还有第二步和第三步质子转移反应的相应常数.▲

的值可跨越24个数量级，常数用代替：第19页/共51页8.3水的解离平衡第20页/共51页AutoIonizationKw=[H3O+][OH-]=1.00x10-14(at25OC)Inaneutral

solution[H3O+]=[OH-]soKw=[H3O+]2=[OH-]2andso[H3O+]=[OH-]=1.00x10-7MH2O(l)+H2O(l)

H3O+(aq)+OH-(aq)

第21页/共51页

pH=-Log[H+]

pOH=-Log[OH-]

pH+pOH=14.00

第22页/共51页[H3O+],[OH-]andpHpH=log(1/[H3O+]) =-log[H3O+]碱性Basic pH>7中性Neutral pH=7酸性Acidic pH<7

[H3O+]=10-pH第23页/共51页ThepHscale第24页/共51页第25页/共51页MeasuringpH第26页/共51页Calculating[H3O+]&[OH-]Youadd0.0010molofNaOHto1.0Lofpurewater.Calculate[H3O+]and[OH-].Solution2H2O(liq)

H3O+(aq)+OH-(aq)

initial 0 0.0010

change +x +x

equilib x 0.0010+xKw=(x)(0.0010+x)Becausex<<0.0010M,assume[OH-]=0.0010M[H3O+]=Kw/0.0010=1.0x10-11M第27页/共51页ThepHofCokeis3.12,itis________.Whatis[H3O+]?[H3O+]=10-3.12= 7.6x10-4M

第28页/共51页EquilibriaInvolving

WeakAcidsandBasesAspirinisagoodexampleofaweakacid,

Ka=3.2x10-4第29页/共51页8.4.1

一元弱酸和弱碱8.4.2

多元弱酸8.4.3

盐溶液8.4

弱酸、弱碱水溶液的解离平衡第30页/共51页离子化分子化一、

一元弱酸和弱碱(1)一元弱酸的电离平衡第31页/共51页●电离度第32页/共51页

HA(aq)H+(aq)+A－(aq)初始浓度c 0 0平衡浓度 c–cα

cα

cα第33页/共51页

稀释定律：在一定温度下（

为定值），某弱电解质的电离度随着其溶液的稀释而增大第34页/共51页(2)一元弱碱的电离平衡同理对一元弱碱：第35页/共51页

开始 0.200 00平衡0.200(1–0.934%)0.200×0.934%0.200×0.934

已知25℃时，0.200mol·L-1氨水的电离度为0.934%，求c(OH－),pH值和氨的离解常数.ExampleSolution

第36页/共51页H2SH++HS－

HS－H++S2－

H2OH++OH－

8.4.2多元弱酸溶液的离解平衡(polyproticweakacidsaqueoussolutiondissociationequilibrium)

H2S2H++S2-H2S饱和溶液中c(H2S)=0.10mol·L-1第37页/共51页计算0.100mol·L-1H2S溶液中H+,OH－,S2－的浓度及pH值.Example

Solution H2SH++HS－平衡浓度/(mol·L-1)

0.100–x

x+y+zx-y

HS－H++S2－平衡浓度/(mol·L-1)

x–yx+y+zy

H2OH++OH－平衡浓度/(mol·L-1)

x+y+zz第38页/共51页第39页/共51页结论

●

多元弱酸的离解是分步进行的，一般溶液中的H+主要来自于弱酸的第一步离解，计算c(H+)或pH时可只考虑第一步离解.

●

对于二元弱酸，当时，c(酸根离子)≈，而与弱酸的初始浓度无关.如对于H2S，c(S2－)≈，但c(H+)≠2c(S2－)

●

对于二元弱酸，若c(弱酸)一定时，c(酸根离子)与c2(H+)成反比

如对于饱和H2S，第40页/共51页8.5.1缓冲溶液的概念8.5.2缓冲溶液pH值的计算8.5缓冲溶液

(buffersolution)第41页/共51页50mLHAc—NaAc(c(HAc)=c(NaAc)=0.10mol·L-1)pH=4.74

8.5.1缓冲溶液的概念加入1滴(0.05ml)1mol·L-1HCl加入1滴(0.05ml)1mol·L-1NaOH实验：50mL纯水pH=7 pH=3pH=11pH=4.73pH=4.75什么是缓冲溶液？第42页/共51页AddingH+andOH-toHC2H3O2/C2H3O2-Buffer第43页/共51页缓冲溶液的特性：向缓冲溶液中加入少量强酸或强碱或将溶液适当稀释，而溶液本身pH值能保持相对稳定第44页/共51页BuffersintheBloodCellscanonlyfunctionproperlywhenthepHisbetween6.8–8.0.ThenormalpHofarterialbloodis7.35–7.45.Thebicarbonate/carbonicacidsystemisanimportantbuffersystemintheblood.

H2OCO2+H2OH2CO3

H3O++HCO3-

ExcessH3O+enteringthebodyfluidsreactswiththeHCO3-andexcessOH-reactswithcarbonicacid.第45页/共51页

H2OCO2+H2OH2CO3

H3O++HCO3-

CO2

H3O+

pH…….Acidosis …….emphysema,difficultywithbreathing,medullaaffectedbydepressivedrugsoraccidenttrauma.

CO2