酸碱质子理论与缓冲溶液

酸碱质子理论与缓冲溶液2023/6/141第一页，共四十一页，编辑于2023年，星期四6.1.1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2023/6/142第二页，共四十一页，编辑于2023年，星期四6.1.1历史回顾非水体系（少部分）水溶液中（大多数）Acid、Base、Salt酸碱理论主要有：酸碱反应沉溶反应氧还反应配离反应1、十八世纪拉瓦锡的“氧酸”说和戴维、李必希的“氢酸”说。2、阿累尼乌斯（Arrhenius1887）的酸碱电离理论。3、富兰克林（1905）的酸碱溶剂理论4、布朗斯特德―劳瑞（Bronsted－Lowry1923）的酸碱质子理论5、路易斯（Lewis1923）的酸碱电子理论6、皮尔逊（1963）的硬软酸碱理论7、离子移变理论离子反应化学反应2023/6/143第三页，共四十一页，编辑于2023年，星期四6.1.2酸碱质子理论的基本概念

酸：凡是能释放出质子（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）第四页，共四十一页，编辑于2023年，星期四酸H++碱第五页，共四十一页，编辑于2023年，星期四酸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。第六页，共四十一页，编辑于2023年，星期四

(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)+H2O(l)H3O+(aq)+OH－(aq)H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)第七页，共四十一页，编辑于2023年，星期四(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－+H2OOH－+HAcH+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)NH4Cl水解:+H2OH3O++NH3H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)2023/6/148第八页，共四十一页，编辑于2023年，星期四(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+2023/6/149第九页，共四十一页，编辑于2023年，星期四6.1.3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。第十页，共四十一页，编辑于2023年，星期四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：第十一页，共四十一页，编辑于2023年，星期四6.2.1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2023/6/1412第十二页，共四十一页，编辑于2023年，星期四6.2.1水的解离平衡

H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH－(aq)或H2O(l)H+(aq)+OH－(aq)—水的离子积常数，简称水的离子积。第十三页，共四十一页，编辑于2023年，星期四25℃纯水100℃纯水第十四页，共四十一页，编辑于2023年，星期四6.2.2溶液的pH值第十五页，共四十一页，编辑于2023年，星期四6.3.1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2023/6/1416第十六页，共四十一页，编辑于2023年，星期四6.3.1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。第十七页，共四十一页，编辑于2023年，星期四例：在0.10mol·L-1的HAc溶液中，加入NH4Ac(s)，使NH4Ac的浓度为0.10mol·L-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/(mol·L-1)

0.1000.10ceq/(mol·L-1)

0.10–x

x0.10+x

x=1.8×10-5

c(H+)=1.8×10-5mol·L-1pH=4.74，α=0.018%0.10±x≈0.100.10mol·L-1HAc溶液：pH=2.89，α=1.3%第十八页，共四十一页，编辑于2023年，星期四50mLHAc—NaAc[c(HAc)=c(NaAc)=0.10mol·L-1]pH=4.74

缓冲溶液：具有能保持本身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)1mol·L-1HCl加入1滴(0.05ml)1mol·L-1NaOH实验：50ml纯水pH=7 pH=3 pH=11pH=4.73pH=4.75第十九页，共四十一页，编辑于2023年，星期四缓冲作用原理

加入少量强碱：第二十页，共四十一页，编辑于2023年，星期四

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(HA)略有减少，变化不大，因此溶液的c(H3O+)或pH值基本不变。第二十一页，共四十一页，编辑于2023年，星期四6.3.3缓冲溶液pH值的计算⒈弱酸—弱酸盐：例HAc－NaAc，H2CO3—NaHCO3

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。第二十二页，共四十一页，编辑于2023年，星期四第二十三页，共四十一页，编辑于2023年，星期四2.弱碱—弱碱盐

NH3·

H2O—NH4Cl第二十四页，共四十一页，编辑于2023年，星期四3.由多元弱酸酸式盐组成的缓冲溶液如NaHCO3—Na2CO3,NaH2PO4—Na2HPO4⑴溶液为酸性或中性第二十五页，共四十一页，编辑于2023年，星期四⑵溶液为碱性应按水解平衡精确计算。第二十六页，共四十一页，编辑于2023年，星期四第二十七页，共四十一页，编辑于2023年，星期四

结论：

⑴缓冲溶液的pH值主要是由或决定的，⑵缓冲溶液的缓冲能力是有限的；⑶缓冲能力与缓冲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。。第二十八页，共四十一页，编辑于2023年，星期四例题：将2.0mol·L-1的HAc与2.0mol·L-1的NaAc溶液等体积混合。①计算此缓冲溶液的pH值；②将10mL0.1mol·L-1的HCl溶液加到上述90mL溶液中，计算所得溶液的pH；③将10mL0.1mol·L-1的NaOH溶液加到上述90mL溶液中，计算所得溶液的pH。解：①等体积混合后的各物质的初始浓度为c(HAc)=1.0mol·L-1，c(Ac-)=1.0mol·L-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)＝1.0mol·L-1，c(碱)＝c(Ac-)＝1.0mol·L-1第二十九页，共四十一页，编辑于2023年，星期四查表得：＝1.75×10-5，则有：pH=②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)＝＝0.9mol·L-1c(碱)＝＝0.9mol·L-1c(HCl)＝＝0.01mol·L-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：第三十页，共四十一页，编辑于2023年，星期四c(酸)＝0.9+0.01＝0.91(mol·L-1)c(碱)＝0.9-0.01＝0.89(mol·L-1)pH=则有：与①比较，pH只降低了0.01。③用同样办法，求出加入NaOH后的各物质浓度：c(酸)＝0.9-0.01＝0.89(mol·L-1)c(碱)＝0.9+0.01＝0.91(mol·L-1)pH=

与①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10mL0.1mol·L-1盐酸时，水的pH由7变成2，改变了5个单位。

2023/6/1431第三十一页，共四十一页，编辑于2023年，星期四

例题若在50.00ml0.150mol·L-1NH3(aq)和0.200mol·L-1NH4Cl组成的缓冲溶液中，加入0.100ml1.00mol·L-1的HCl，求加入HCl前后溶液的pH值各为多少？

解：加入HCl前:4.缓冲溶液的缓冲性能的计算第三十二页，共四十一页，编辑于2023年，星期四加入HCl后:

NH3(aq)+H2O(l)(aq)+OH－(aq)加HCl前浓度/(mol·L-1)0.150-0.0020-x0.200+0.0020+xx

0.1500.200加HCl后初始浓度/(mol·L-1)0.150-0.00200.200+0.0020平衡浓度/(mol·L-1)第三十三页，共四十一页，编辑于2023年，星期四*6.3.4缓冲范围和缓冲能力缓冲溶液的选择和配制原则：⑴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；第三十四页，共四十一页，编辑于2023年，星期四欲配制的缓冲溶液的pH值应选择的缓冲组分

⑵或尽可能接近所需溶液的pH值；

⑶若或与所需pH不相等，依所需pH调整第三十五页，共四十一页，编辑于2023年，星期四

例题今有2.0L0.10mol·L-1的Na3PO4溶液和2.0L0.10mol·L-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2.0LNa3