大学无机化学酸与碱学习教案

会计学1大学大学(dxu)无机化学无机化学 酸与碱酸与碱第一页，共56页。S.A. Arrehenius 1887年 酸指在水中电离出的阳离子全部(qunb)为H+ H2SO4 = HSO4 - + H+ 碱指在水中电离出的阴离子全部(qunb)为OH- NaOH = Na+ + OH- 中和反应的实质 H+ + OH- = H2OSvante August Arrhenius 瑞典化学家 局限：狭隘，不能解释所有物质， 如NH4Cl水溶液呈酸性。第1页/共56页第二页，共56页。（一）酸碱的定义 （1）酸：凡能给出质子的分子(fnz)或离子。质子给体 （2）碱：凡能接受质子的分子(fnz)或离子。质子受体 质子：H第2页/共56页第三页，共56页。Lewis的酸碱理论(lln) 了解1理论(lln)要点： 凡可以接受电子对的分子、原子团、离子为酸； 凡可以给出电子对的物质为碱。2.酸碱反应的实质是形成配位键的反应；3. 碱提供电子对，酸以空轨道接受电子对形成配位键。4.3Lewis的酸碱电子理论的优缺点：5. 优点：一切化学反应都可概括为酸碱反应6. 缺点：太笼统(lng tng)，不易掌握酸碱的特性7. 无法判断酸碱性的强弱美国物理化学家第3页/共56页第四页，共56页。 HCl H+ ClHAc H + AcH2CO3 H+ HCO3HCO3 H+ CO32NH4+ H+ NH3H3O+ H+ H2OH2O H+ OHAl(H2O)63+ H+ Al(H2O)5OH2+分子，分子， 分子，分子，阴、阳离子阴、阳离子 阴、阳离子阴、阳离子酸碱半反应(fnyng)注：如H2O，HCO3既是酸又是碱，两性(lingxng)物质。盐也有酸碱性，如Na2CO3，NH4Cl等。 红蓝互为共轭酸碱对Acids protons + Bases第4页/共56页第五页，共56页。醋酸(c sun)溶液中： 酸碱半反应1：HAc H+ + Ac 酸碱半反应2：H+ + H2O H3O+ 酸1 碱1 碱2 酸2总反应：HAc + H2O H3O+ Ac 酸1 碱2 酸2 碱1 H+ 实质：两对共轭酸碱对之间的质子(zhz)（H+）传递反应。酸碱反应的实质(shzh)是质子的传递！第5页/共56页第六页，共56页。(1) 电离作用:HCl + H2O H3O+ + Cl 酸1 碱2 酸2 碱1 H+ (2) 中和反应(fnyng):H3O+ + OH H2O + H2O 酸1 碱2 酸2 碱1 H+ (3) 水解反应:H2O + Ac HAc + OH 酸1 碱2 酸2 碱1 H+ 第一节 质子(zhz)酸碱概念第6页/共56页第七页，共56页。v与电离理论(lln)相比，扩大了酸和碱的范围。如NH4Cl与NaAc，在电离理论(lln)中认为是盐，而质子理论(lln)认为NH4Cl中的NH4+是酸， NaAc中的Ac-是碱。 酸碱反应是质子传递(chund)过程，符合这种要求的反应都可划归为酸碱反应，从而扩大了酸碱反应的范围。 建立了酸碱强度和质子传递反应的辨证关系，把酸或碱的性质和溶剂的性质联系起来。第7页/共56页第八页，共56页。判断下列(xili)那些是酸，碱和两性物质 NH4+， NH3， HCO3-, H2O， HS-， S2-， OH-第8页/共56页第九页，共56页。第二节 酸碱反应(fnyng)第9页/共56页第十页，共56页。一、水的质子(zhz)自递平衡ccKwOHOH325纯水，Kw110-14（1）离子(lz)积mol/L101101714wKH+ = OH = H2O H+ + OH + H+ + H2O H3O+ H2O + H2O OH + H3O+ CCKOHHW1Lmol1cWKKW 与温度有关 OHHWK第10页/共56页第十一页，共56页。第11页/共56页第十二页，共56页。HA + H2O H3O+ + A 可简写(jinxi)为HA H+ + A 平衡常数cccK/HA/A/Ha1Lmol1cHAa,KaK酸度常数，acidity constant弱酸(ru sun)第12页/共56页第十三页，共56页。B + H2O BH+ + OH 平衡常数Kb ：一元弱碱(ru jin)的碱度常数。 bBOHBHKcccKb或弱碱(ru jin)第13页/共56页第十四页，共56页。Ka 越大，酸性(sun xn)越强；Kb 越大，碱性(jin xn)越强；共轭酸碱对 强酸弱碱(ru jin)，弱酸强碱第14页/共56页第十五页，共56页。 共轭酸碱的Ka、Kb与Kw的关系(gun x) HB + H2O H3O+ B B+ H2O OH+ HB H2O + H2O OH + H3O+ HBBOH3aKBHBOHbK Kw = H3O+OH Kw = Ka.Kb，即固定(gdng)温度下，Ka与Kb成反比。 HB的解离(ji l)： B离子的水解： 水的解离： HB在水溶液中达到平衡时，离子的浓度只有一个。 第15页/共56页第十六页，共56页。 【例 】已知NH3的为Kb为1.7910-5 ，试求 NH4+的Ka。解：NH4+是NH3的共轭酸, 故:Ka = Kw / Kb= 1.00 10-14 / (1.7910-5 )= 5.59 10-10答： NH4+的Ka为5.59 10-10.第16页/共56页第十七页，共56页。（2）pH值：HlgpHOHlgpOH25时，pH +pOH = 14; pH 7 碱性 体液体液pH体液体液pH血清血清成人胃液成人胃液婴儿胃液婴儿胃液唾液唾液7.357.450.91.55.06.356.85大肠液大肠液乳汁乳汁泪水泪水尿液尿液8.38.46.06.97.44.87.5H+ OH-=1.010-14第17页/共56页第十八页，共56页。 一元弱酸、弱碱(ru jin) 多元弱酸、弱碱(ru jin) 两性物质第18页/共56页第十九页，共56页。第19页/共56页第二十页，共56页。例：试计算浓度为c的弱酸HA水溶液的H+。解： (1) 忽略水的质子(zhz)自递平衡，则： HA H+ + A 起始浓度： c 0 0 电离浓度：H+ H+ H+ 平衡浓度： c - H+ H+ H+ HHHAAH2_cKa一、一元弱酸(ru sun)、弱碱一元(y yun)弱酸中H+浓度的近似计算公式24H2cKKKaaa第20页/共56页第二十一页，共56页。ccKa22HHHcKaH一元(y yun)弱酸中H+的最简计算公式cKaH第21页/共56页第二十二页，共56页。电离(dinl)度 %100 起起始始浓浓度度平平衡衡时时已已电电离离的的浓浓度度 第22页/共56页第二十三页，共56页。判断(pndun)酸的强弱弱酸(ru sun)一元强酸 H+完全电离 H+部分电离酸cH 判断c/Ka与100的大小关系c/Ka 100c/Ka Kw，c/Ka = 5.7103 100pH = -lgH+ = -lg (1.3210-3) = 2.88 mol/L1032. 110. 01074. 1H35cKa第25页/共56页第二十六页，共56页。cKcaHcKaHc，H+ ,第26页/共56页第二十七页，共56页。第27页/共56页第二十八页，共56页。浓度对平衡移动(ydng)的影响弱酸HB在水中的质子(zhz)传递平衡为HB + H2O H3O+ + B-平衡(pnghng)建立后，若cHB，则平衡(pnghng)被破坏，向着HB解离的方向移动，即cH3O+ 和cB- 。第28页/共56页第二十九页，共56页。1.采用(ciyng)酸碱指示剂 2. 甲基橙 (橙红色) 3. 变色范围 4. pH： 3.14.45. 红色 黄色6.2. HAc Ac- + H+7. 加Ac-,平衡左移第29页/共56页第三十页，共56页。1.采用酸碱指示剂2. 酚酞 3. 变色(bins)范围4. pH： 8.09.65. 无色 红色6.2. NH3H2O NH4+OH-7.加NH4+，平衡左移第30页/共56页第三十一页，共56页。HAc + H2O H3O+ + Ac-Ac + Na+ NaAc平衡向左移动同离子效应： 在弱酸或弱碱(ru jin)的水溶液中，加入与弱酸或弱碱(ru jin)含有相同的离子的易溶性强电解质，使弱酸或弱碱(ru jin)的解离度降低的现象。一定温度(wnd)时的醋酸稀溶液中：降低降低H第31页/共56页第三十二页，共56页。 在HAc溶液中加入不含相同离子的强电解质如NaCl ，离子之间的相互牵制作用增大(zn d)，使HAc的解离度略有增大(zn d)的效应。 例如(lr) 在0.10molL-1 HAc溶液中加入NaCl使其浓度为0.10molL-1 ，则溶液中 H+由1.3210-3molL-1 1.8210-3molL-1 HAc的解离度由1.32% 1.82%。 产生同离子效应时，必然伴随有盐效应，但同离子效应的影响比盐效应要大得多，所以(suy)一般情况下，不考虑盐效应液不会产生明显影响。第32页/共56页第三十三页，共56页。影响(yngxing)平衡移动的因素H+ 或或OH- 电离度电离度酸或碱的酸或碱的浓度增大浓度增大同离子效应同离子效应盐效应盐效应第33页/共56页第三十四页，共56页。第34页/共56页第三十五页，共56页。M2+ + H2Y MY + 2H+反应(fnyng)条件: pH= 6.5-7.5起始(q sh)浓度：0. 010 0.010 0 0 mol/L 反应(fnyng)浓度：0.005 0.005 0.005 0.010 mol/LpH=lgCH+ = lg 0.01 = 2 随着反应的进行，体系的pH值不断减小，超出反应条件，从而反应无法继续进行。第35页/共56页第三十六页，共56页。（一） 缓冲溶液(hun chn rn y)组成和作用机理第36页/共56页第三十七页，共56页。能够抵抗外加少量酸、碱和稍加稀释，而本身pH值不发生显著变化的作用称为缓冲作用。具有(jyu)缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。缓冲溶液(hun chn rn y)一般由共轭酸碱对的两种物质组成。缓冲系或缓冲对:弱酸共轭碱：HAc-NaAc； H2CO3 NaHCO3 弱碱共轭酸：NH3-NH4Cl强酸或强碱溶液(rngy)也是缓冲溶液(rngy)第37页/共56页第三十八页，共56页。常用(chn yn)的缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液pKa(25)缓冲范围缓冲范围HAcNaAcH2CO3NaHCO3NH4Cl NH3Na2HPO4Na3PO44.746.359.2512.323.745.745.357.358.2510.2511.3213.32第38页/共56页第三十九页，共56页。 溶液中存在浓度较大的抗酸成分和抗碱成分，通过弱酸解离平衡的移动以达到消耗外来的少量强酸、强碱，或对抗稍加稀释作用(zuyng)，保持溶液的pH相对稳定。结论：少量外来(wili)酸碱的加入不会影响溶液的pH值，但缓冲溶液的缓冲能力有一定限度。第39页/共56页第四十页，共56页。酸酸碱碱CCpKCCpKpHaabalglg （二） 缓冲溶液(hun chn rn y)的计算HBBHBBnnKaccKalgplgppH 缓冲比缓冲溶液的总浓度HBBccHBBcc/第40页/共56页第四十一页，共56页。结论：1. Ka 与温度有关，故缓冲溶液(hun chn rn y)pH也与温度有关。2. 同一缓冲系的缓冲溶液(hun chn rn y)，pKa值一定，pH随 cB-/cHB 的改变而改变。当 cB-/cHB 1时，pHpKa 。3. 缓冲溶液(hun chn rn y)加水稀释时，c(B-)与c(HB)的比值不变，则pH也基本不变。第41页/共56页第四十二页，共56页。例 计算(j sun)0.10molL-1NH3 20mL和0.20molL-1NH4Cl 15mL混合溶液的pH值。解 此混合溶液的缓冲(hunchng)系为NH4+NH3 ， 查表知pKa(NH4+)9.25 代入公式得pH9.25-0.179.08酸酸碱碱CCpKCCpKpHaabalglg 第42页/共56页第四十三页，共56页。一般认为pH = pKa 1为缓冲作用的有效(yuxio)区间，称为缓冲溶液的缓冲范围。不同缓冲系，因各自弱酸的pK值不同，所以缓冲范围也各不相同。第43页/共56页第四十四页，共56页。第44页/共56页第四十五页，共56页。（四） 人体(rnt)正常pH的维持与失控人体中存在两种重要的缓冲系统(xtng)：1. 血液中：H2CO3HCO3-缓冲系统(xtng)。2. 细胞中：H2PO4-HPO42- 缓冲系统(xtng)。1 . 人体血液pH=7.40.05，pH改变超过(chogu) 0.4个单位会有生命危险。第45页/共56页第四十六页，共56页。第46页/共56页第四十七页，共56页。趣闻IQ值与pH值v1996年，英国皇家学会汇编(hubin)：标志人类智力水平的智商与大脑皮层的酸碱度成正比。v 光谱磁共振法；研究对象：42个6-13岁男童v相关程度0.5 (0-毫无关系，1完全对应)vpH值6.997.09时， IQ值63138。第47页/共56页第四十八页，共56页。第48页/共56页第四十九页，共56页。练习题1.根据酸碱质子理论,下列哪些是酸,碱及两性(lingxng)物质2. NH4+, CO32-, H2PO4-, NH3, H2S, Ac-,OH-，H2O。3.2. 缓冲对NaAc HAc中，抗酸成分是（），抗碱成分是（）。4.3. 计算0.100molL-1NaAc溶液pH值。已知Ka,HAc=1.7610-5第49页/共56页第五十页，共56页。105141068.51076.11000.1AcbK的BbbcKKcOH,500/100.01068.51016Lmol1058.7H+ = Kw/OH- = 1.00 10-14/ (7.58 10-6) = 1.32 10-9 molL-1 所以(suy)，pH = 8.88第50页/共56页第五十一页，共56页。4. 在0.10molL-1HAc溶液中加入固体(gt)NaAc，使其浓度为0.10molL-1 (设溶液体积不变)，计算溶液的H+ 。解: Ca 0.10molL-1, C b 0.10molL-1 , pKa = 4.75：abCCpKapHlg 10. 010. 0lg75. 4 = 4.75H+ = 1.74 10-5 molL-1 第51页/共56页第五十二页，共56页。5.含 0.1molL-1HAc 及 0.1molL-1NaAc 混合液1.00L滴加10.0 mL水,试计算(j sun)溶液的pH (pKa=4.75)解：1111099. 00 .101000100010. 0099. 00 .101000100010. 0 LmolLmolCLmolLmolCAcHAc75. 4099. 0099. 0lg75. 4lg pHCCpKapHab第52页/共56页第五十三页，共56页。第53页/共56页第五十四页，共56页。xxxxcHAc501 . 00 . 510)50(10100 . 5343xxxxcAc501 . 010)50(103410. 5501 . 050501 . 0lg75. 4lgxxxxccpKpHHACACa第54页/共56页第五十五页，共56页。第55页/共56页第五十六页，共56页。