第四节 酸碱溶液中氢离子浓度的计算.ppt

1、第四节,酸碱溶液中H+浓度的计算(p184),一、一元强酸(碱)溶液 中H+浓度的计算,(一) 强酸(碱)溶液的定义,1. 强酸：一般指解离常数大于10的酸。,2. 强碱：一般指解离常数大于10的碱。,HA = H+ + A-,B+H2O=HB+OH-,现以c(mol.L-1)HCl溶液为例讨论 在HCl溶液中存在以下解离作用： HCl = H+ + C1- H2O H+ + OH- 该溶液体系的PBE式为： H+ Cl- +OH- c +Kw/H+ H+2- c H+ - Kw= 0,(二) 一元强酸溶液中H+浓度的计算,当HCl溶液的浓度c10-6molL-1，水的解离可忽略， 可近似求解

2、。,(1) 精确式,H+OH-+Cl- Cl- = c pH = -lgc (2) 最简式,例 题,求0.050 mol.L-1和1.010-7mol.L-1 HCl溶液的pH。,解：(1) 因c1=0.050 mol.L-1 10-6 mol.L-1 故采用最简式进行计算： H+=0.050 mol.L-1 pH=1.30,(2) 当 c2= 1.010-7mol.L-1 10-6 mol.L-1 ， 须用精确式进行计算：,同样对于NaOH溶液也按上述方法处理。 即 c10-6molL-1 OH-c pOH -lgc (2)最简式 c10-6molL-1 (1)精确式,(三) 一元强碱溶液p

3、H的计算,二、一元弱酸(碱)溶液pH的计算,设：一元弱酸HA的浓度为c，其PBE为：,(一) 一元弱酸溶液pH的计算,(1) 式为计算一元弱酸溶液 pH的精确式 但 HA未知。,由PBE: A-=H+-OH-=H+ - KW/H+ .(2) 由MBE：c =HA+A- HA= c-A- = c-H+ + KW/H+ (3) 又 Ka HA = H+A- (2)(3)代入上式并整理得到一个含H+的一元三次方程式：,(4)式为计算一元弱酸溶液 pH的精确式,此式为考虑水的离解时，计算一元弱酸HA的精确公式。解这种方程较麻烦，在分析化学中为了计算的方便，根据酸碱平衡的具体情况常对此公式作近似处理。,

4、1.当Ka和c不是很小，即一元弱酸溶液的浓度不是很稀时，在这种情况下，弱酸的解离是溶液中H+的主要来源，水解离的影响较小。（Kw/H+0）。 即判据为：c Ka 20KW，c/Ka 500时,(5) 式为计算一元弱酸溶液 pH的近似式,讨论1：,精确式,2. 当Ka和c不是很小,且c Ka时，不仅水的解离可以忽略，而且弱酸的解离对其总浓度的影响可以忽略。(Kw/H+0， c-H+ c)。 即判据为： c Ka 20KW，c/Ka 500时,(6) 式为计算一元弱酸溶液 pH的最简式,讨论2：,3. 当酸极弱且溶液极稀时，水的解离不能忽略。 (c KaKW , c-(H+OH-)c ) 即判据为

5、： c Ka 500时,(7) 式为计算一元弱酸溶液 pH的近似式,讨论3：,OH-,例 题 1,计算0.10 mol.L-1 HF溶液的pH, 已知Ka=7.210-4,解：因c Ka = 0.107.210-4 20KW, c/Ka = 0.1/(7.210-4) 500， 故根据近似式计算:,例 题 2,计算：1.010-4 mol.L-1 NH4Cl 溶液的pH， 已知：NH3的Kb=1.810-5,解： NH4+的Ka=Kw/Kb = 1.010-14 /(1.810-5 ) = 5.610-10 由于cKa = 1.010-4 5.610-10 500， 应按近似式(2)计算,pH

6、=6.59,总 结,(1) caKa 20KW，ca/Ka 500 (4) caKa 20KW，ca/Ka 500,(二) 一元弱碱溶液pH的计算,PBE为：HB+H+=OH- 同理：按一元弱酸类似的方法处理，得一元弱减溶液pH的一系列计算公式。,(1) cbKb 20KW，cb/Kb 500 (4) cbKb 20KW，cb/Kb 500,总 结,三、两种弱酸混合溶液H+的计算,设：两种弱酸为HA和HB，浓度为cHA(mol.L-1)和cHB (mol.L-1)，离解常数为KHA，KHB，(都是一元酸) 其PBE为：H+ = A-+B-+OH- 由于溶液呈酸性，故忽略水的解离， OH-=0

7、将上式简化为： H+ A-+B- 根据平衡关系：,近似处理,(1)如果两种酸都较弱，可忽略其解离的影响， 既HA cHA, HB cHB (2)如果两种酸都不太弱，不能忽略其解离的影响， 按逐步逼近法计算。 先按最简式计算出H+1 ，再由H+1求出HA和HB ，代入近似式求H+2，如此反复，直到满足误差要求为止。,例 题,计算: 0.10 mol.L-1 HF和0.10 mol.L-1 HAc 混合溶液的pH值。 已知：KHF=6.810-4, KHAc=1.7510-5,解：,四、多元弱酸(碱)溶液pH的计算,多元酸在溶液中是逐级解离的，所以是一种复杂的酸碱平衡体系，即便是二元酸，如果严格处

8、理，得到的计算 H+的方程也是一个四次方程，解起来十分困难，况且在实际工作中也没有实际意义。所以,多元酸碱一般都进行简化处理。,以二元弱酸（H2A）为例。该溶液的PBE为： H+= HA- + 2A2- + OH- （1）由于溶液为酸性，所以OH-可忽略不计， H+ HA-+2A2- 再由有关的平衡关系得：,(一) 多元弱酸溶液pH的计算,（2）通常二元酸Ka1Ka2，即 即第二步电离可忽略，二元酸可按一元酸近似处理， 因为HA- H+, 所以H2A= ca- HA- = ca-H+,于是上式可以写为：,与一元酸体系类似,(2) 按一元弱酸处理 A. 当 caKa1 20KW，ca/Ka1 5

9、00时,多元酸一般按一元酸处理,(1) 能否按一元弱酸处理的判据,B. 当 caKa1 20Kw，ca/Ka1 500时，可以忽略第一 级离解对H2A浓度的影响，此时H2A=ca,近似式,最简式,计算：0.10 mol.L-1 H3PO4溶液的中H+及各物种的浓度。 已知：Ka1=7.610-3, Ka2=6.310-8, Ka3=4.410-13,例 题,Ka2Ka3， 因此磷酸的二、三级解离可忽略， 可按一元弱酸来处理。 又c Ka1=0.17.610-3 20KW， 水的解离也可忽略， c/Ka1=0.10/(7.610-3)500，故有：,解：因为,H2PO4- = H+ = 2.41

10、0-2 mol.L-1,H3PO4 = ca- H2PO4- HPO42- PO43- = 0.10 - 2.410-2 - 6.310-8 - 1.210-18 = 7.610-2 mol.L-1,(二) 多元弱碱溶液pH的计算,与多元弱酸相似 判断将二元弱碱视为一元弱碱计算的条件 1当 cbKb1 20KW，cb/Kb1 20KW，ca/Kb1 500时 最简式,例 题,计算0.10 mol.L-1 Na2C2O4溶液中OH-及各物种的浓度。 已知：Kb1= 1.610-10 , Kb2= 1.710-13,解： Na2C2O4溶液的PBE为： H+HC2O4-+2H2C2O4=OH-,因

11、为：,HC2O4- OH-= 4.010-6 mol.L-1 H2C2O4= HC2O4- Kb2/ OH- Kb2 = 1.710-13 mol.L-1 C2O42-= c- H2C2O4 - HC2O4- 0.10 mol.L-1,可按一元弱碱来处理。,五、两性物质溶液pH的计算,两性物质在水溶液中既可以失去质子，又可以得到质子，酸碱平衡的关系比较复杂。因此在有关计算中，常根据具体情况，忽略溶液中某些次要的平衡关系，进行近似处理,使之简化。 例如: (1) 多元弱酸的酸式盐(NaHCO3) (2) 弱酸弱碱盐(NH4Ac) (3) 氨基酸,以酸式盐NaHA为例。设其溶液的浓度为c， PBE

12、为 ：H+ = A2- - H2A + OH- 由H2A, HA-平衡关系：,（一）多元弱酸的酸式盐,精确式,1. 对于HA-，其进一步作酸式、碱式解离的趋势都比较小，(即Ka2、Kb2都较小)，故溶液中HA-c. 即： cKa2 20Kw, c 20Ka1,简化处理,2. 若 cKa2 20Kw, c 20Ka1即水的解离可忽略,3. 若cKa2 20Kw, c 20Ka1, 水的解离及H2A的第二级解离均可忽略，Ka1+ c c,4. 若 cKa2 20Ka1，说明HA-的酸式解离极微，Ka1+ c c，但此时水的酸性不能忽略，但可不考虑其碱性。,总 结,(1) cKa2 20Kw , c 20Ka1,(2) cKa2 20Kw , c 20Ka1,(3) cKa2 20Ka1,(4) cKa2 20Kw, c 20Ka1,以NH4Ac为例， 其PBE为：H+=NH3+OH-HAc 根据平衡关系得：,(二) 弱酸弱碱盐,两边同乘以H+和Ka(HAc),讨论处理,1. 如果KNH4+、KAc-都较小,可认为NH4+Ac-c.,2. 当 cKNH4+ 20Kw, 忽略水的解离。,3. 当cKNH4+ 20Kw , c20KHAc,氨基酸在水溶液中以偶极离子的形式存在，具有酸、碱两种作用，为两性物质。例如氨基乙酸：,（三）氨基酸,计算0.10 mol.L-1