无机化学解离平衡

第1页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三一、酸碱质子理论

酸碱质子理论认为：凡能给出质子的物质都是酸，凡能接受质子的物质都是碱，酸是质子的给予体，碱是质子的接受体。酸失去质子后即成为其共轭碱，碱得到质子后即成为其共轭酸。酸H++碱质子酸、碱的关系可表示为：

第一节酸碱质子理论第2页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三例：第3页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

酸碱反应的实质是两对共轭酸碱对之间的质子传递：二、酸碱反应的实质

两个半反应同时发生，可以在非水溶剂或气相中进行。酸碱反应是较强的酸与较强的碱作用，生成较弱的碱和较弱的酸的过程：较强酸+较强碱=较弱碱+较弱酸第4页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三三、共轭酸碱Ka与Kb的关系

共轭酸碱HB-B-在水溶液中存在如下质子转移反应：①第5页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三水溶液中同时存在：整理①、②、③得：

Ka·Kb=Kw②③第6页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三例:已知25ºC

时，HAc的Ka

为1.8×10-5，计算Ac-的Kb

。解：Ac-是HAc的共轭碱，Ac-的Kb

为：第7页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

电解质：在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物。第二节电解质的电离平衡和溶液的pH电解质溶液：电解质溶解于溶剂中形成的溶液。电解质强电解质弱电解质完全电离部分电离第8页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三、解离度和解离常数1．解离度（α）

弱电解质的解离程度可以用解离度来表示：第9页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

例如在298.15K时，0.1mol·L—1的HAc溶液里，每1000个乙酸分子里大约有13个分子解离成H+和Ac—离子,故其解离度大约是1.3%。解离度的大小，主要取决于电解质的本性，同时又与溶液的浓度、温度等因素有关。第10页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

在一定温度下，弱电解质在水溶液中达到解离平衡时，解离所生成的各种离子浓度的乘积与溶液中未解离的分子的浓度之比是一个常数，称为解离平衡常数，简称解离常数(Ki)。弱酸的电离常数用Ka表示，弱碱的电离常数用Kb表示。现以乙酸HAc和氨NH3H2O为例，分别讨论一元弱酸、弱碱在水溶液中的电离平衡常数。2、解离常数和稀释定律第11页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三（1）HAc的解离平衡第12页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

Ka称为酸解离平衡常数。在一定温度下，其值为一定值。Ka的大小表示酸在水溶液中释放质子能力的大小，Ka值越大酸性越强，反之亦然。

第13页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三（2）NH3·H2O的电离平衡第14页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

Kb称为碱的解离平衡常数。在一定温度下，其值为一定值。Kb值的大小同样可以表示碱在水溶液中接受质子能力的大小，Kb值越大，碱性越强。第15页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三（3）稀释定律稀释定律公式第16页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三例3-3：已知在298．15K时，0．10mol·L—1的NH3·H20的电离度为1．33%，求NH3·H2O的电离常数。第17页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三二、水的电离和溶液的pH

水分子是一种两性物质，它既可以给出质子又可以接受质子；于是在水分子之间也可以发生质子传递反应，称为水的质子自递反应。1、水的电离平衡和水的离子积第18页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三在一定温度下，水的解离反应达到平衡时：式中[H2O]可以看成一个常数，将它与K合并则：

或Kw为水的离于积常数，简称水的离子积。

第19页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三不同温度下水的离子积常数T/KT/K

KWKW

当温度在室温附近变化时，变化不大，一般可认为。KWKW=1.0×10－14第20页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三2、水溶液的pH

由于在生产实践中，经常要用到一些H+浓度很小的溶液，若直接用H+浓度来表示溶液的酸碱性就很不方便，因此，在化学上常用pH值来表示溶液的酸碱性，pH值等于H+浓度的负对数，即第21页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三1、一元弱酸溶液pH值（H+浓度）的计算

在一元弱酸HA溶液中，存在下列电离平衡：三、一元弱酸、弱碱溶液pH的计算第22页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

由H2O解离产生的H+

浓度等于OH-浓度；由HA解离产生的H+

浓度等于A-浓度。第23页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

当不考虑水的电离平衡时，上式简化为：

由上式可得：

（近似式）第24页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三当ca／Ka≥400或α≤5%时，（最简式）

同理可得，一元弱碱溶液OH—浓度的计算公式。

（最简式）当cb／Kb≥400或α≤5%时，第25页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三例3-4：分别计算0.10mol·L-1HAc和NH4Cl溶液的pH，已知Ka(HAc)＝1.76×10-5；Kb(NH3)＝1.79×10-5。

解：Ka(HAc)＝1.76×10-5；ca＝0.10mol·L-1

所以，

ca/Ka>400，因此可以用最简公式进行计算第26页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三所以，溶液的pH为：第27页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三mol·L-1第28页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三第三节同离子效应与缓冲溶液

一、同离子效应

在弱酸或弱碱的电解质溶液中，加入与其具有共同离子的强电解质使电离平衡向左移，从而降低了弱电解质的解离度，这种影响叫同离子效应。第29页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

取两支试管，各加入10mLl．0mo1·L—1的以HAc溶液及甲基橙指示剂2滴，试管中的溶液呈红色，然后在试管1中加入少量固体NaAc，边振荡边与试管2比较，结果发现试管1中溶液的红色逐渐褪去、最后变成黄色。实验表明，试管1中的溶液中加入NaAc后，酸度降低了这是因为HAc-NaAc溶液中存在着下列解离关系：第30页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

由于NaAc在溶液中是以Na+和Ac—存在，溶液中Ac—的浓度增加(即生成物浓度增大)，使其解离平衡向左移动，结果使溶液中的H+减小，HAc的电离度降低。第31页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三例:求0.10mol·L—1HAc溶液的解离度?如果在此溶液中加入NaAc晶体，使NaAc的浓度达到0.10mol·L—1，溶液中HAc的解离度又是多少？第32页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三计算结果表明、HAc溶液中如入NaAc后，其电离度比不加NaAc时，降低了约74倍。第33页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

如果在弱电解质溶破中加入不含同离子的强电解质，例如，在HAc溶液中加入NaCl时，由于NaCl解离出来的Cl-和Na+与HAc解离出来的H+和Ac-相互吸引，这样就会降低H+和Ac—结合成HAc的速度，使他的解离度略有增加。这种在弱电解质溶液中加入不含相同离子的易溶强电解质，可稍增大弱电解质解离度的现象，称为盐效应。二、盐效应第34页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三三、缓冲溶液缓冲溶液(buffersolution):

能抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释，而保持其pH值基本不变的溶液。

缓冲作用(bufferaction)：

缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。

通常我们所说的缓冲溶液，一般是由足够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成。

第35页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三1、缓冲溶液的组成

缓冲溶液一般由足够浓度的共轭酸碱对的两种物质组成。

根据缓冲对组成的不同，可把缓冲对分为两种类型：第36页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

（1）弱酸及其共轭碱

HAc-NaAcNaHCO3-Na2CO3

NaH2PO4-Na2HPO4

（2）弱碱及其共轭酸

NH3·H2O-NH4ClCH3NH2-CH3NH3+Cl-

（甲胺）（盐酸甲胺）第37页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

组成缓冲溶液的共轭酸碱对的两种物质合称为缓冲系(buffersystem)或缓冲对(bufferpair)。例如：

HAc-NaAc

；NH3-NH4Cl第38页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三2、缓冲原理以HAc-NaAc缓冲系为例:

由于同离子效应，达平衡时，HAc几乎完全以分子状态存在，所以溶液中含有大量的HAc与Ac-，且为共轭酸碱对。

NaAcNa++Ac-

HAc+H2OH3O++Ac-大量大量第39页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三(1)Ac-(共轭碱)为缓冲溶液的抗酸成分*。(2)HAc(弱酸)为缓冲溶液的抗碱成分*。(3)当溶液稀释时，H3O+和Ac-离子浓度同时降低，同离子效应减弱，使HAc解离度增大，HAc进一步解离产生的H+可使溶液的pH保持基本不变。第40页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

总之，由于缓冲溶液中同时含有较大量的弱酸(抗碱成分)和共轭碱(抗酸成分)，它们通过弱酸解离平衡的移动以达到消耗掉外来的少量强酸、强碱，或对抗稍加稀释的作用，使溶液的H+离子或OH-离子浓度没有明显的变化，因此缓冲溶液具有缓冲作用。

但缓冲溶液的缓冲作用不是无限的。第41页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

缓冲溶液本身具有的pH称为缓冲pH。以HAc—NaAc缓冲溶液为例，设在该缓冲溶液中的HAc浓度为ca,HAc的浓度为cb，则4、缓冲溶液的PH第42页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

由于一般的弱酸解离度本身就不大，再加上同离子效应，使它的电离度就更小，所以cb+cH+≈cb，ca-cH+≈ca，代人上式得Ka·cH+＝两边取对数得弱酸及其共轭碱所组成的缓冲溶液pH值计算公式：（ca／cb称为缓冲比）Ca为弱酸的浓度；cb为共轭碱的浓度第43页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三同理，对弱碱及其共轭酸所组成朗缓冲溶液可以导出：（cb

／ca称为缓冲比）cb为弱碱的浓度；Ca为共轭酸的浓度或第44页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三例若在90mL的HAc—NaAc缓冲溶液中(HAc和NaAc的浓度皆为0.10mol·L-1)，加入10mL0.010mol·L-1HCl后，求溶液的pH值，并比较加HCl前后溶液PH值的变化。第45页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

缓冲容量β

：在数值上等于使单位体积(1L或1ml)的缓冲溶液的pH值改变一个单位时，所需外加一元强酸或一元强碱的物质的量(mol或mmol)。

缓冲溶液的缓冲能力是有限的,当加入酸或碱量较多时，缓冲溶液就失去缓冲能力。缓冲能力的大小由缓冲容量来衡量。5、缓冲容量和缓冲范围

第46页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

同一缓冲系的缓冲溶液，c总一定时，缓冲比愈接近1，缓冲容量愈大；缓冲比偏离1越远，缓冲容量β值越小。

缓冲范围(buffereffectiverange)：缓冲溶液具有缓冲能力的pH值范围，即pH=pKa±1。

显然：缓冲系不同，各弱酸的pKa不同，则缓冲范围不同。第47页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三缓冲系

缓冲溶液在医学中非常重要。在体外，微生物的培养、组织染色、血液的冷藏保存都需要一定pH的缓冲溶液；在药剂生产上，根据人的生理状况即药物稳定性和溶解度等情况，选择适当的缓冲溶液来稳定溶液的pH值。相关链接第48页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

血液中的缓冲系即：K-HbO2/H-HbO2第49页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三一、溶度积和溶度积规则

1、溶度积（以AgCl为例）第四节沉淀溶解平衡第50页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三平衡时：

即：由于[AgCl(s)]是常数，可并入常数项，得第51页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三对于AaBb难溶电解质第52页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

上式表明：在一定温度下，难溶强电解质饱和溶液中离子的相对浓度各以其化学计量数为幂指数的乘积为一常数。此常数称为溶度积常数。

第53页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三二、溶度积和溶解度的关系例：AgCl在298.15K时的溶解度为1.91×10-3g·L-1求其溶度积。解：已知AgCl的摩尔质量为143.4g·mol-1,以mol·L-1表示其溶解度为：因此：[Ag+]=[Cl-]=1.33×10-5(mol·L-1)第54页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三因此对于AB型的难溶强电解质有：Ksp=S2第55页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三例Ag2CrO4在298.15K时的溶解度为6.54×10-5mol·L-1

计算其溶度积。因此：[Ag+]=2×6.54×10-5=13.08×10-5(mol·L-1)[CrO42-]=6.54×10-5(mol·L-1)第56页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三因此对于A2B或AB2型的难溶强电解质有：Ksp=4S3第57页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三对于AaBb难溶电解质[a·S][b·S]第58页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三三、溶度积规则

离子浓度幂的乘积称为离子积(Qi

)。它表示任一条件下离子浓度幂的乘积。Qi和KsP表达式类似，但含义不同，KsP表示难溶电解质的饱和溶液中离子浓度幂的乘积；仅是Qi的一个特例。对于某溶液:

(1)Qi=Ksp

，表示溶液恰好饱和，这时溶液中沉淀与溶解达到动态平衡，即无沉淀析出又无沉淀溶解。第59页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三(2)Qi

<Ksp，表示溶液不饱和，无沉淀析出，可以继续溶解。(3)Qi>Ksp，表示溶液过饱和，溶液有沉淀析出。

以上三点就称为溶度积规则，它是难溶电解质沉淀溶解平衡的规律的总结，也是判断沉淀生成和溶解的依据。第60页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三（1）本性难溶电解质的本质是决定其溶解度大小的主要因素。（2）温度大多数难溶电解质的溶解过程是吸热过程，故温度升高将使其溶解度增大；反之亦然。四、影响溶解度的因素第61页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三

同离子效应：加入含有共同离子的强电解质，而使难溶强电解质的溶解度降低。盐效应：加入强电解质增大溶液的离子强度，而使沉淀的溶解度越有增大。同离子效应和盐效应的效果相反，但同离子效应比盐效应的影响显著得多，因此当两种效应同时存在时，可忽略盐效应。（3）同离子效应和盐效应第62页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三例计算BaSO4在0．1mol·L—1Na2SO4溶液中的溶解度。第63页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三五、溶度积规则的应用1.沉淀的生成根据溶度积规则若Qi>Ksp就会有沉淀析出。

例3-10判断下列条件是否有沉淀生成(均忽略体积变化)：(1)将0.020mol·L-1CaCl2溶液10mL与等体积同浓度的Na2C2O4混合;(2)在1.0mol·L-1CaCl2溶液中通入CO2气体至饱和。

第64页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三解：(1)溶液等体积混合后，[Ca2+]=0.010mol·L-1

[C2O42-]=0.010mol·L-1

因此溶液中就有CaC2O4沉淀析出。(2)饱和CO2水溶液[CO32-]=Ka2=4.68×10-11mol·L-1

因此溶液中没有CaCO3沉淀析出。第65页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三2.分级沉淀

如果溶液中存在两种或两种以上离子可与同一试剂反应产生沉淀，首先析出的是离子积最先达到溶度积的化合物。如：I－Cl－Ag+AgI

淡黄色沉淀+Ag+AgClAgClI－AgI

淡黄色沉淀第66页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三例：在浓度均为0.010mol·L-1

的KCl和K2CrO4的溶液中，逐渐加入AgNO3溶液时，AgCl和Ag2C2O4哪个先沉淀析出，当第二种离子刚开始沉淀时，溶液中的第一种离子浓度为多少？（忽略溶液体积的变化）。已知:KspAgCl=1.77×10-10KspAg2C2O4

=1.12×10-12第67页，讲稿共78页，2023年5月2日，星期三要沉淀出Ag2C2O4至少需要：解：[Cl－]＝[CrO42－]＝0.010mol·L-1要沉淀出AgCl至少需要

[Ag+]=KspAgCl/[Cl－]=1.77×10-8