第5章+酸碱平衡课件.ppt

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1、第五章 酸碱平衡,缓冲溶液,盐的水解平衡,弱酸、弱碱的解离平衡,水的解离平衡和pH值,酸碱质子理论简介,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）,酸碱质子理论简介,1 基本概念,酸 H+碱,反应式中，左边的物质都是质子酸；这些质子酸在反应中给出质子后，形成的物质都是质子碱。,通过上面的酸碱定义及举例，我们应意识到如下几点：,1)酸和碱均可以是分子、正离子和负离子；,2)有的物质在不同的反应中可以是酸，也可以是碱，如HPO42-；,3)酸和碱之间的关系是：,酸 H+碱,例：HAc的共轭碱是Ac，

2、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。,酸 H+碱,课堂练习5-4,根据酸碱质子理论，确定下列物种哪些是酸，哪些是碱，哪些是两性物质SO32-,H3AsO3,Cr2O72-,HCO3-,BO-,H2PO4-,HS-,H3PO3,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。,水是两性物质，它的自身解离反应也是质子转移反应。,酸(1),碱(2),酸(2),碱(1),HF(aq)H+F(aq),H+H2O(l)H3O+(aq),HF(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+F(aq),H2O

3、(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq),盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。例如NaAc水解：,酸(1),碱(2),酸(2),碱(1),NH4Cl水解：,酸(1),碱(2),酸(2),碱(1),Ac+H2O OH+HAc,+H2O H3O+NH3,非水溶液中的酸碱反应，也是离子酸碱的质子转移反应。例如NH4Cl的生成：,液氨中的酸碱中和反应：,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。酸和碱的强度不仅取决于本身的性质，还取决于溶剂的性质。,2 酸的相对强度和碱的相对强度,阅读P61-62，回答下面的问题。酸和碱的强度与什么有关？H2O可以区分酸或者碱的强度如何？

4、区分强酸或者区分强碱应该用什么样的溶剂？酸和碱的强度对应关系？,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”。,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。,选取比水的碱性弱的溶剂，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：,HIHClO4HClH2SO4HNO3,课堂练习,以水做溶剂，对下列各组物质有区分效应的是（）(A)HCl,HAc,NH3,CH3

5、OH(B)HI,HClO4,NH4+,Ac-(C)HNO3,NaOH,Ba(OH)2,H3PO4(D)NH3,N2H4,CH3NH2,NH2OH,酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。,共轭酸碱对的规律,酸碱反应是质子的争夺过程，对于酸碱中和反应，强酸、强碱的电离，反应的方向总是强酸与强碱反应生成相应的弱酸和弱碱。,对于水解反应，弱酸、弱碱的电离，方向则正好相反。,课堂练习,对于反应,HC2O4-(aq)+H2O(l)H2C2O4(aq)OH-(aq),其中强酸和弱碱是()(A)H2C2O4和 OH-(B)H2C2O4和 HC2O4-(C)H2O和 HC2O4-(D)H2C2O4和H2O

6、,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。,Lewis酸与Lewis碱之间 以配位键结合生成 酸碱加合物。,酸碱电子理论,Lewis 酸碱电子理论的适用范围比酸碱质子理论更广泛。根据酸碱电子理论，下列物质中不能作为Lewis 碱的是（）(A)H2O(B)NH3(C)Ni2+(D)CN-,水的解离平衡和溶液的 pH,1 水的离子积常数,水的离子积常数，简称水的离子积。,25纯水：c(H+)=c(OH)=1.010-7molL-1,100纯水：,=1.010-14,

7、=5.4310-13,T，,溶液的pH值,课堂练习,将pH4.00的强酸溶液与pH12.00的强碱溶液等体积混合，混合后的pH为9.00 8.00 11.69 12.00,3 酸碱指示剂,借助于颜色的改变来指示溶液pH的物质叫做酸碱指示剂。酸碱指示剂通常是一种复杂的有机物，并且都是弱酸或弱碱。,酸分子 HIn 显红色，酸根离子 In 显黄色，当 HIn和 In 相等时溶液显橙色。,例如甲基橙指示剂就是一种有机弱酸:,其平衡常数表达式为：,可化成:,当 HInIn10 时，明确显示 HIn 的颜色；,对于一般指示剂：,当 InHIn10 时，明确显示In的颜色。,i,In,HIn,K,-,+,=

8、,H,把这一 pH 间隔称为指示剂的变色间隔或变色范围。,存在关系式：,i,pH,pK,=,1,1.一元弱酸的解离平衡,初始浓度/molL-1 0.10 0 0,平衡浓度/molL-1 0.10 x x x,x=1.3103,弱酸和弱碱的解离平衡,HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq),解离度(a),c(H3O+)=c(Ac)=1.3103 molL-1,c(HAc)=(0.10-1.3103)molL-10.10molL-1,c(OH)=7.71012 molL-1,=c(H3O+)c(OH),与 的关系：,HA(aq)H+(aq)+A(aq),平衡浓度c ccc,初始浓

9、度 c 00,稀释定律：在一定温度下(为定值)，某弱电解质的解离度随着其溶液的稀释而增大。,c0 0.200 0 0,2.一元弱碱的解离平衡：,例：已知25时，0.200molL-1氨水的解离度为 0.95%，求c(OH),pH值和氨的解离常数。,解：,ceq 0.200(1 0.95%)0.2000.95%0.2000.95%,3 多元弱酸的解离平衡,例题：计算 0.010 molL-1 H2CO3溶液中的 H3O+,H2CO3,，和OH的浓度以及溶液的pH值。,结论：,对于二元弱酸，若 c(弱酸)一定时，c(酸根离子)与 c2(H3O+)成反比。,多元弱酸的解离是分步进行的，一般。溶液中的

10、 H+主要来自于弱酸的第一步解离，计算 c(H+)或 pH 时可只考虑第一步解离。,对于二元弱酸，当 时，c(酸根离子)，而与弱酸的初始浓度无关。,1.强酸弱碱盐（离子酸）,(1)+(2)=(3)则,盐的水解平衡,2.弱酸强碱盐（离子碱）,NaAc,NaCN一元弱酸强碱盐的水溶液成碱性，因为弱酸阴离子在水中发生水解反应。如在NaAc水溶液中：,如Na3PO4的水解：,多元弱酸强碱盐也呈碱性，它们在水中解离产生的阴离子都是多元离子碱，它们的水解都是分步进行的。,例题：计算0.10molL-1Na3PO4溶液的pH值。,ceq/(molL-1)0.10 x x x,解：,*3.酸式盐,解离大于水解

11、，NaH2PO4溶液显弱酸性；相反,Na2HPO4溶液解离小于水解,显弱碱性。,*4.弱酸弱碱盐,课堂练习,1下列溶液的浓度均为0.100mol/L,其pH最大的是Na2HPO4 Na2CO3 NaHCO3 Na3PO42习题516NaBr HBr NH4Br(NH4)2CO3 Na3PO4 Na2CO3,5.影响盐类水解的因素,盐的浓度：c盐,水解度增大。,有些盐类，如Al2S3,(NH4)2S 可以完全水解。,总之，加热和稀释都有利于盐类的水解。,溶液的酸碱度：加酸可以引起盐类水解平衡的移动，例如加酸能抑制下述水解产物的生成。,温度：水解反应为吸热反应，0，T,K，水解度增大。,同离子效应

12、：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。,缓冲溶液,Ac(aq),NaAc(aq)(aq)+,平衡移动方向,1 同离子效应,例：在 0.10 molL-1 的HAc 溶液中，加入 NaAc(s)，使 NaAc的浓度为 0.10 molL-1，计算该溶液的 pH值和 HAc的解离度。,x=1.810-5 c(H+)=1.810-5 molL-1,0.10 x 0.10,0.10 molL-1 HAc溶液：pH=2.89，=1.3%,解：HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq),ceq/(molL-1)0.10 x x 0.10+x,

13、c0/(molL-1)0.10 0 0.10,pH=4.74，=0.018%,50mLHAcNaAc c(HAc)=c(NaAc)=0.10molL-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)。,加入1滴(0.05ml)1molL-1 HCl,加入1滴(0.05ml)1molL-1 NaOH,实验：,50ml纯水pH=7 pH=3 pH=11,pH=4.73 pH=4.75,2 缓冲溶液,缓冲作用原理,缓冲溶液一般是由弱酸和弱酸盐组成或由弱碱和弱碱盐组成的。例如 HAc 和 NaAc，NH3H2O 和 NH4Cl，

14、以及NaH2PO4 和 Na2HPO4 等都可以配制成保持不同 pH 值的缓冲溶液。,缓冲溶液是一种能抵抗少量强酸、强碱和水的稀释而保持体系的 pH 基本不变的溶液。,例：以 HAc 和 NaAc 构成的缓冲溶液 溶液中存在起始浓度为 c酸 的弱酸的解离平衡，由于起始浓度为 c盐 的强电解质弱酸盐 NaAc 的存在，故平衡时各物质的浓度如下：,平衡浓度：c酸x x c盐+x,由于同离子效应，近似有 c酸x c酸，c盐+x c盐,故,c,盐,取负对数,故有,a,同理，如果由弱碱及其盐构成的缓冲溶液，则有,加入少量强碱：,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

15、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。,弱酸弱酸盐：,由于同离子效应的存在，通常用初始浓度c0(HA),c0(A)代替c(HA),c(A)。,缓冲溶液pH值的计算,例HAcNaAc，H2CO3NaHCO3,2.弱碱 弱碱盐,NH3 H2O NH4Cl,3.由多元弱酸酸式盐 组成的缓冲溶液,溶液为酸性或中性,例1：,如 NaH2PO4Na2HPO4,NaHCO3Na2CO3,例2：H

16、CO3-CO32-,溶液为碱性,结论：,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。,缓冲溶液的缓冲能力是有限的；,决定的，,例题：求 300mL 0.50molL-1 H3PO4和 500mL 0.50molL-1 NaOH的混合溶液的pH值。,课堂练习,0.10 L3、0.20mol/L3的HAc与0.050 L3、0.20mol/L3NaOH溶液混合，计算其pH值，其中Ka(HAc)=1.810-5.,例题：若在 50.00ml 0.150molL-1 NH3(aq)和 0.200 molL-1 NH4Cl组成的缓冲溶液中，加

17、入0.100ml 1.00 molL-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,加入 HCl 后：,加HCl前浓度/(molL-1),0.150-0.0020-x 0.200+0.0020+x x,0.150 0.200,加HCl后初始浓度/(molL-1),0.150-0.0020 0.200+0.0020,平衡浓度/(molL-1),NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH-(aq),公式算结果如何？,缓冲溶液的选择和配制,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

18、应；,缓冲溶液的选择和配制原则：,或 尽可能接近所需溶液的pH值；,欲配制的缓冲溶液的 pH 值,应选择的缓冲组分,若 或 与所需pH不相等，依所需pH调整,例题：欲配制1.00LpH为 5.00的缓冲溶液，其中HAc的浓度为0.200mol/L.计算所需2.00mol/LHAc 的体积和NaAc3H2O(M=136.1g/mol)晶体的质量。,解：缓冲组分应为 HAc NaAc,pH=5.00，Ka=1.8 10-5，C(HAc)=0.200代入得,C(Ac-)=0.360mol/L,配制pH=7的缓冲溶液，选择最合适的缓冲对是（）A.HAc-NaAc B.NH3-NH4ClC.NaH2PO4-Na2HPO4 D.NaHCO3-NaCO3Ka(HAc)=1.8105；Kb(NH3)=1.8105；H2CO3，Ka1=4.2107；Ka2=5.61011H3PO4,Ka1=7.6103；Ka2=6.3108,Ka3=4.41013,作业,P78 T 6,8,10,12,17(1)(2),19,24,