电离平衡竞赛课件

1 电解质溶液理论和电解质溶液理论和 酸碱理论简介酸碱理论简介2 溶液的酸碱性溶液的酸碱性 3 水溶液中酸碱平衡的计算水溶液中酸碱平衡的计算 4 沉淀溶解平衡沉淀溶解平衡 电离平衡电离平衡电解质溶液理论电解质溶液理论根据物质在水溶液中或熔融状态下能否导电根据物质在水溶液中或熔融状态下能否导电将物质分为强电解质和弱电解质。将物质分为强电解质和弱电解质。弱电解质：弱电解质：仅能部分电离，因而导电能力弱仅能部分电离，因而导电能力弱的物质。的物质。1 1 电解质溶液理论和酸碱电解质溶液理论和酸碱理论简介理论简介强电解质：强电解质：能完全电离，因而导电能力强的能完全电离，因而导电能力强的物质。物质。7/9/2024一元弱酸一元弱酸 HA(aq)H+(aq)+A-(aq)弱电解质的电离过程是可逆的，存在电离平衡。弱电解质的电离过程是可逆的，存在电离平衡。c(H+)/c c(A-)/c c(HA)/c Ki(HA)=c(H+)c(A-)c(HA)简化为简化为Ki(HA)=电离平衡电离平衡Ki 标准解离常数标准解离常数Ka、Kb分别表示弱酸、弱碱标准解分别表示弱酸、弱碱标准解 离常数离常数1-11-1 阿仑尼乌斯的电离理论阿仑尼乌斯的电离理论7/9/2024Ki 越小越小,弱电解质电离越困难弱电解质电离越困难,电解质越弱。电解质越弱。电离常数电离常数Ki 可表示弱电解质可表示弱电解质电离程度大小电离程度大小。Ki 与与浓度无关浓度无关，与，与温度有关温度有关。由于温度对由于温度对Ki 影响不大，一般可不考虑影响不大，一般可不考虑其影响。其影响。7/9/2024电离度和稀释定律电离度和稀释定律电离度电离度电离部分弱电解质浓度电离部分弱电解质浓度未电离前弱电解质浓度未电离前弱电解质浓度电离度电离度()100%电离度可电离度可表示弱电解质电离程度的大小表示弱电解质电离程度的大小它除与电解质的本性有关外，还与溶剂、它除与电解质的本性有关外，还与溶剂、溶液的温度、浓度等因素有关。溶剂的溶液的温度、浓度等因素有关。溶剂的极性越强，电解质在此溶剂中的电离度极性越强，电解质在此溶剂中的电离度越大。在溶液的溶剂、温度、浓度相同越大。在溶液的溶剂、温度、浓度相同条件下条件下,越小，电解质越弱。越小，电解质越弱。7/9/2024稀释定律稀释定律一元弱酸一元弱酸 HA(aq)H+(aq)+A-(aq)c(H+)c(HA)c(H+)/c c(A-)/c c(HA)/c Ka(HA)=()2 c1-cKi ()2 cc Kic/c若若(c/c )/Ki 500,1-1Ki 与与都能说明弱电解质的解离程度；都能说明弱电解质的解离程度；但但与与c有关，有关，Ki 与与c无关。无关。7/9/2024酸碱经典电离理论酸碱经典电离理论阿仑尼乌斯酸碱理论认为：阿仑尼乌斯酸碱理论认为：酸酸是在水溶液中产生的阳离子只是是在水溶液中产生的阳离子只是H+的的化合物；化合物；碱碱是在水溶液中产生的阴离子只是是在水溶液中产生的阴离子只是OH-的化合物；的化合物；酸酸碱碱中和反应实质是中和反应实质是H+和和OH-结合生成结合生成H2O的反应；的反应；酸碱的相对强弱可根据在水溶液中解离酸碱的相对强弱可根据在水溶液中解离的的H+和和OH-程度来衡量程度来衡量1-21-2 酸碱酸碱理论简介理论简介一一、酸碱的定义酸碱的定义酸：酸：凡能给出质子的物质都是酸凡能给出质子的物质都是酸。碱：碱：凡能接受质子的物质都是碱凡能接受质子的物质都是碱。酸和碱可以是分子或离子酸和碱可以是分子或离子。如。如HClHCl、NHNH4 4+、HSOHSO4 4-是酸；是酸；ClCl-、NHNH3 3、HSOHSO4 4-是碱。是碱。共轭酸碱对：共轭酸碱对：依赖获得或给出质子互相依存依赖获得或给出质子互相依存的的一对酸碱对。一对酸碱对。即即 HA HA H H+A+A-共轭酸共轭酸 质子质子 共轭碱共轭碱酸碱质子理论酸碱质子理论一般来说：一般来说：共轭酸越强，它的共轭碱就越弱共轭酸越强，它的共轭碱就越弱；共轭碱越强，它的共轭酸就越弱共轭碱越强，它的共轭酸就越弱。如：如：H H2 2O O H H+OH+OH-水为最弱的酸，它的共轭碱是最强的碱。水为最弱的酸，它的共轭碱是最强的碱。酸的强度：酸的强度：用给出质子的能力来量度用给出质子的能力来量度。强酸具有高度给出质子的能力。如强酸具有高度给出质子的能力。如HClOHClO4 4、HClHCl、HNOHNO3 3、H H2 2SOSO4 4等。等。碱的强度：碱的强度：用接受质子的能力来量度用接受质子的能力来量度。强碱具有高度接受质子的能力。如强碱具有高度接受质子的能力。如OHOH-、POPO4 43-3-离子等。离子等。酸酸共轭碱共轭碱名称名称化学式化学式化学式化学式名称名称高氯酸高氯酸HClOHClO4 4ClOClO4 4-高氯酸根高氯酸根硫酸硫酸H H2 2SOSO4 4HSOHSO4 4-硫酸氢根硫酸氢根硫酸氢根硫酸氢根HSOHSO4 4-SOSO4 42-2-硫酸根硫酸根水合氢离子水合氢离子H H3 3O O+H H2 2O O水水水水H H2 2O OOHOH-氢氧根氢氧根铵离子铵离子NHNH4 4+NHNH3 3氨氨氨氨NHNH3 3NHNH2 2-氨基离子氨基离子氢溴酸氢溴酸HBrHBrBr Br-溴离子溴离子酸酸及及其其共共轭轭碱碱从表中的共轭酸碱对可以看出：从表中的共轭酸碱对可以看出：酸和碱可以是分子也可以是离子；酸和碱可以是分子也可以是离子；有的离子在某个共轭酸碱对中是碱，但有的离子在某个共轭酸碱对中是碱，但在另一个共轭酸碱对中却是酸，如在另一个共轭酸碱对中却是酸，如HSOHSO4 4-等；等；质子论中没有盐的概念。质子论中没有盐的概念。酸：酸：凡能接受电子对的物质凡能接受电子对的物质。碱：碱：凡能给出电子对的物质凡能给出电子对的物质。酸和碱反应酸和碱反应的实质是形成配位键，产物是的实质是形成配位键，产物是酸碱配合物。酸碱配合物。即即 A+B A+B A B A B 酸酸 碱碱 酸碱配合物酸碱配合物 凡金属离子都是酸，与金属离子结合的不凡金属离子都是酸，与金属离子结合的不管是阴离子或中性分子都是碱。一切盐类，管是阴离子或中性分子都是碱。一切盐类，金属氧化物及其它大多数无机化合物都是金属氧化物及其它大多数无机化合物都是酸碱络合物。酸碱络合物。酸碱电子理论酸碱电子理论：电子论对酸碱的定义立论于物质的普遍组分电子论对酸碱的定义立论于物质的普遍组分电子，以电子对的授受来说明酸碱的属性和酸碱电子，以电子对的授受来说明酸碱的属性和酸碱反应，摆脱了体系必须有氢离子或氢原子的限制，反应，摆脱了体系必须有氢离子或氢原子的限制，也不受溶剂的束缚，故较电离论、质子论更为广也不受溶剂的束缚，故较电离论、质子论更为广泛。但也有缺点，过于笼统，酸碱的特征也不易泛。但也有缺点，过于笼统，酸碱的特征也不易掌握。掌握。酸碱质子理论酸碱质子理论经典酸碱理论经典酸碱理论酸碱电子理论酸碱电子理论主要用在水溶液体系主要用在水溶液体系在非水溶液中在非水溶液中在络合物的生成、在络合物的生成、化合物的稳定性等方面化合物的稳定性等方面2-22-2 水的电离与溶液的酸度水的电离与溶液的酸度水的电离水的电离纯水或稀溶液中纯水或稀溶液中 H2O(l)H+(aq)+OH-(aq)c(H+)/c c(OH-)/c =Kw Kw水的离子积水的离子积Kw(298.15K)=1.010-14-14Kw与温度有关。与温度有关。7/9/2024溶液的酸碱性和溶液的酸碱性和pH溶液的酸碱性溶液的酸碱性7=71.010-71.010-71.010-7c(OH-)/molL-11.010-7c(H+)/molL-1碱性碱性中性中性酸性酸性溶液酸碱性溶液酸碱性c(H+)/c c(OH-)/c =Kw pH=-lg c(H+)/c pOH=-lg c(OH-)/c pH=pKw-pOH=14-pOH7/9/2024c(H+)/(molL-1)1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-510-6 10-7 10-810-910-1010-1110-1210-1310-14 pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14酸性增强中性碱性增强酸性增强中性碱性增强溶液的酸碱性和溶液的酸碱性和pH7/9/2024例例0.10 molL-1HAc溶液中溶液中,c(H+)=1.3410-3molL-1pH=-lgc(H+)/c =-lg1.3410-3=2.87例例20.10 molL-1NH3H2O溶液中溶液中,c(OH-)=1.3210-3molL-1 pH=14-pOH=14-lgc(OH-)/c =14-lg(1.3210-3)=11.12pH值越大，溶液酸性越弱，碱性越强。值越大，溶液酸性越弱，碱性越强。7/9/20243-2 同离子效应，缓冲溶液同离子效应，缓冲溶液在弱电解质溶液中，加入含有相同离子在弱电解质溶液中，加入含有相同离子的易溶强电解质，使弱电解质解离度降的易溶强电解质，使弱电解质解离度降低的现象。低的现象。如如 HAc H+Ac-NaAc Na+Ac-平衡向左移动平衡向左移动1.同离子效应同离子效应7/9/2024例例在在0.100molL-1NH3H2O溶液中，加入溶液中，加入固体固体NH4Cl,使其浓度为使其浓度为0.100molL-1，计算计算溶液中溶液中c(H+)、NH3H2O的解离度。的解离度。Kb=1.810-5解：解：NH3H2O NH4+OH-平衡浓度平衡浓度/(molL-1)0.100-x 0.100+x xx=1.810-5c(OH-)=1.810-5 molL-1Kb=1.810-5x(0.100+x)0.100-x0.100 x 0.100=1.810-5因为因为 (c/c )/Kb=0.100/(1.810-5)500所以所以 0.100-x0.100,0.100+x0.1007/9/2024例例在在0.100molL-1NH3H2O溶液中，溶液中，加入固体加入固体NH4Cl,使其浓度为使其浓度为0.100molL-1，计算溶液中计算溶液中c(H+)、NH3H2O的解离度。的解离度。解：解：NH3H2O NH4+OH-平衡浓度平衡浓度/(molL-1)0.100-x 0.100+x xc(OH-)=1.810-5 molL-11.010-14 1.810-5c(H+)=5.610-10 molL-11.810-5 0.100=100%=0.018%未加未加NH4Cl的的0.100molL-1NH3H2O溶液溶液 1.34%,即即由于同离子效应，使由于同离子效应，使降低降低。利用同离子效应利用同离子效应:可调节溶液的酸碱性可调节溶液的酸碱性;控制弱酸溶液中酸根离子浓度，控制弱酸溶液中酸根离子浓度，达到离子分离、提纯的目的。达到离子分离、提纯的目的。7/9/2024缓冲作用：能使溶液缓冲作用：能使溶液pH值基本保持不变的值基本保持不变的 作用。作用。缓冲溶液：具有缓冲作用的溶液。缓冲溶液：具有缓冲作用的溶液。缓冲作用原理：如缓冲作用原理：如 HAc+NaAc混合液混合液 HAc H+Ac-大量大量 极小量极小量 大大量量 外加适量酸外加适量酸(H)，平衡向左移动平衡向左移动外加适量碱外加适量碱(OH-)，平衡向右移动平衡向右移动NaAc:抵消抵消H+物质物质;HAc:抵消抵消OH-物质。物质。2.缓冲溶液缓冲溶液7/9/2024常见的缓冲溶液常见的缓冲溶液如弱酸与弱酸盐、弱碱与弱碱盐等混合液，如弱酸与弱酸盐、弱碱与弱碱盐等混合液，多元弱酸组成的两种不同酸度的盐混合液。多元弱酸组成的两种不同酸度的盐混合液。缓冲溶液缓冲溶液pKipH值范围值范围HAc-NaAc4.763.65.6NH3H2O-NH4Cl4.768.310.3NaHCO3-Na2CO310.339.211.0KH2PO4-K2HPO47.205.98.0H3BO3-Na2B4O79.27.29.27/9/2024缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算值的计算7/9/2024缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算值的计算例例(1)试计算含试计算含0.100molL-1HAc、0.100 molL-1NaAc溶液的溶液的pH值。值。解：解：HAc H+Ac-平衡浓度平衡浓度/(molL-1)0.100-x x 0.100+xKa=1.810-5x(0.100+x)0.100-x因为因为 (c/c )/Ka=0.100/(1.810-5)500所以所以 0.10-x0.100,0.100+x0.100pH=4.74x=1.810-5c(H+)=1.810-5 molL-1=1.810-50.100 x 0.1007/9/2024例例(2)在含在含0.100molL-1HAc、0.100 molL-1NaAc溶液中加入溶液中加入HCl，使使 c(H+)=0.001molL-1，计算溶液的计算溶液的pH值。值。HAc H+Ac-Ka=1.810-5x(0.099+x)0.101-x平衡浓度平衡浓度/(molL-1)0.101-x x 0.099+xx=1.810-5c(H+)1.810-5 molL-1pH=4.74=1.810-50.099x 0.101解解:反应反应 H+Ac-HAc0.001 0.001 0.001HAc+NaAc混合溶液能抵抗少量外来混合溶液能抵抗少量外来酸的作用，而保持溶液酸的作用，而保持溶液pH值不变。值不变。7/9/2024例例(3)在含在含0.100molL-1HAc、0.100 molL-1NaAc溶液中加入溶液中加入NaOH,使使 c(OH-)=0.001molL-1，计算溶液的计算溶液的pH值。值。HAc H+Ac-Ka=1.810-5x(0.101+x)0.099-x平衡浓度平衡浓度/(molL-1)0.099-x x 0.101+xx=1.810-5c(H+)1.810-5 molL-1pH=4.74=1.810-50.101x 0.099解解:反应反应 OH-+HAc Ac-+H2O 0.001 0.001 0.001HOAc+NaOAc混合溶液能抵抗少量外混合溶液能抵抗少量外来碱的作用，而保持溶液来碱的作用，而保持溶液pH值不变。值不变。7/9/2024例例(4)在含在含0.10molL-1HAc、0.10molL-1 NaAc溶液中加入溶液中加入H2O.使溶液稀释使溶液稀释10倍倍,计算溶液的计算溶液的pH值。值。解：解：HAc H+Ac-平衡浓度平衡浓度/(molL-1)0.010-x x 0.010+xKa=1.810-5x(0.010+x)0.010-xc(H+)1.810-5 molL-1pH=4.74x=1.810-5=1.810-50.010 x 0.010HAc+NaAc混合溶液能抵抗少量水的混合溶液能抵抗少量水的稀释作用，而保持溶液稀释作用，而保持溶液pH值不变。值不变。7/9/20244-1 溶度积常数溶度积常数溶解平衡溶解平衡一定温度下，溶解与沉淀速一定温度下，溶解与沉淀速率相等时，晶体和溶液中的相应离子达到率相等时，晶体和溶液中的相应离子达到多相离子平衡，称为沉淀溶解平衡。多相离子平衡，称为沉淀溶解平衡。溶度积常数溶度积常数如：如：BaSO4(s)Ba2+(aq)+SO42-(aq)溶解溶解沉淀沉淀Ksp(BaSO4)=c(Ba2+)/c c(SO42-)/c 7/9/2024 AmBn(s)mAn+nBm-溶解溶解沉淀沉淀一般难溶物一般难溶物溶度积常数溶度积常数Ksp(AmBn)=c(An+)/c mc(Bm-)/c n溶度积常数溶度积常数(简称溶度积简称溶度积)即在一定温度下，难溶电解质的饱和溶液即在一定温度下，难溶电解质的饱和溶液中，各组分离子浓度幂的乘积是一个常数。中，各组分离子浓度幂的乘积是一个常数。Ksp 只与温度有关，与浓度无关。只与温度有关，与浓度无关。7/9/2024例例已知已知298.15K时时Ksp(AgI)=8.5210-17,计算计算298.15K时时s(AgI)。如：如：AgI(s)Ag+I-平衡浓度平衡浓度/molL-1 x xKsp(AgI)=c(Ag+)/c c(I-)/c 8.5210-17=xx/(c )2x=9.2510-9 molL-1即即s(AgI)=9.2510-9 molL-1对于对于 AB(s)A+B-s=Ksp c c7/9/2024溶解度与溶度积的相互换算溶解度与溶度积的相互换算对于对于 AB(s)A+B-s=Ksp c c同理同理 AB2或或A2B型难溶电解质型难溶电解质如如 A2B(s)2A+B2-2-平衡浓度平衡浓度/molL-1 2s sKsp(A2B)=(2s)2s/(c )3Ksp 4s=c c37/9/2024只有相同类型、基本不水解的难溶强电只有相同类型、基本不水解的难溶强电解质，可直接根据溶度积大小来比较溶解质，可直接根据溶度积大小来比较溶解度的大小。解度的大小。类型类型 难溶电解质难溶电解质Ksps/(molL-1)ABAgCl1.7710-101.3310-5AgBr5.3510-137.3310-7AgI8.5210-179.2510-9AB2MgF26.510-91.210-3A2BAg2CrO41.1210-126.5410-57/9/20244-2 沉淀的生成和溶解沉淀的生成和溶解溶度积规则溶度积规则 反应逆向进行反应逆向进行 AmBn(s)mAn+nBm-rGm=RT(lnJ lnKsp )J=c(An+)mc(Bm+)n/(c )(m+n)反应逆向进行反应逆向进行7/9/2024影响沉淀反应的因素影响沉淀反应的因素例例 计算计算BaSO4在在0.10molL-1Na2SO4溶液溶液中的溶解度。中的溶解度。(s=1.0410-5 molL-1)同离子效应同离子效应使难溶电解质溶解度降低使难溶电解质溶解度降低如如 BaSO4(s)Ba2+SO42-Na2SO4 2Na+SO42-平衡移动方向平衡移动方向解：解：BaSO4(s)Ba2+SO42-2-平衡浓度平衡浓度/molL-1 s s +0.10s =1.110-9molL-1 sKsp(BaSO4)=s(s+0.10)/(c )2s 0.10=1.0810-107/9/2024溶液溶液pH值值 M(OH)n(s)Mn+nOH-Ksp(M(OH)n)=c(Mn+)c(OH-)n如如M(OH)n型难溶氢氧化物型难溶氢氧化物当当c(Mn n+)=1molL-1时，时，M(OH)n开始沉开始沉淀淀c(OH-)molL-1Ksp(M(OH)n)n当当Mn n+沉淀完全沉淀完全c(Mn n+)10-5molL-1c(OH-)molL-1Ksp(M(OH)n)/10-5 nnKsp(M(OH)n)c(Mn+)c(OH-)=(c c )n+17/9/2024M(OH)n开始沉淀开始沉淀pH沉淀完全沉淀完全pH分子式分子式Kspc(Mn+)=1molL-1c(Mn+)=0.1molL-1c(Mn+)10-5molL-1Mg(OH)25.61 10-128.378.8710.87Co(OH)26.897.389.38Cd(OH)26.97.49.4Zn(OH)25.76.28.24Fe(OH)25.86.348.34Pb(OH)26.587.089.08Be(OH)23.423.925.92Sn(OH)20.871.373.37Fe(OH)31.151.482.815.92 10-157.2 10-153 10-174.87 10-171.43 10-156.92 10-225.45 10-282.79 10-39调节溶液调节溶液pH值值,可进行离子的分离和提纯可进行离子的分离和提纯。如为除去如为除去1molL-1ZnSO4溶液中的溶液中的Fe3+,溶液溶液 2.81pH5.747/9/2024例例 为除去为除去1.0molL-1ZnSO4溶液中的溶液中的Fe3+,溶液的溶液的pH值应控制在什么范围？值应控制在什么范围？(c )432.7910-39 10-53c(OH-)=Ksp(Fe(OH)3)c(Fe3+)c(OH)=6.5310-12molL-1 pH=2.81解：解：Fe(OH)3沉淀完全时沉淀完全时Zn(OH)2开始沉淀时开始沉淀时310-17 1.02c(OH-)=510-9molL-1 pH=5.74pH应控制为：应控制为：2.81pH5.747/9/2024分步沉淀分步沉淀例例 在含浓度均为在含浓度均为0.010molL-1I-、Cl-溶液溶液中加入中加入AgNO3溶液是否能达到分离目的。溶液是否能达到分离目的。分步沉淀：混合溶液中离子先后沉淀现象分步沉淀：混合溶液中离子先后沉淀现象利用分步沉淀，可进行离子的分离。利用分步沉淀，可进行离子的分离。解解：(1)判断沉淀次序判断沉淀次序 同类型同类型 Ksp(AgCl)=1.7710-10 Ksp(AgI)=8.5210-17 沉淀次序：同类型，沉淀次序：同类型，Ksp小的先沉淀。小的先沉淀。AgI先沉淀。为达到分离，即先沉淀。为达到分离，即AgI沉淀完全沉淀完全时时AgCl不沉淀。不沉淀。7/9/2024解解:(2)计算计算AgCl开始沉淀时的开始沉淀时的c(Ag+)c(Ag+)=molL-1 =1.7710-8 molL-1 Ksp(c )2 1.7710-10 c(Cl-)0.010 (3)计算计算c(Ag+)=1.7710-8 molL-1时时c(I-)c(I-)=molL-1 =4.8110-9 molL-1 =molL-1 =5.2310-8 molL-1 Ksp(c )3 5.4810-16 c(Ni2+2+)0.203c2(OH-)=molL-1 =2.1010-13 molL-1 Ksp(c )4 2.7910-39 c(Fe3+3+)0.303c2(OH-)=molL-1 =1.4110-11 molL-1 Ksp(c )4 2.7910-39 c(Fe3+3+)10-53pH=3.15 (3)计算计算Ni(OH)2开始沉淀时的开始沉淀时的pHc(OH-)=5.2310-8 molL-1 pH=6.72为使离子分离为使离子分离,pH应控制在应控制在3.156.72之间之间。7/9/2024沉淀的转化沉淀的转化在试剂作用下，由一种难溶电解质转化为在试剂作用下，由一种难溶电解质转化为另一种难溶电解质的过程。另一种难溶电解质的过程。如如 锅炉内壁锅垢锅炉内壁锅垢(CaSO4)的除去的除去用用Na2CO3CaSO4(s)+CO32-CaCO3(s)+SO42-4.9310-5 2.810-9=1.8104K =c(SO42-)c(SO42-)c(Ca2+)Ksp(CaSO4)c(CO32-)c(CO32-)c(Ca2+)Ksp(CaCO3)沉淀转化趋势较大沉淀转化趋势较大一般来说，溶度积大的难溶电解质易转化一般来说，溶度积大的难溶电解质易转化为溶度积小的难溶电解质。为溶度积小的难溶电解质。难溶电解质溶度积相差越大难溶电解质溶度积相差越大,转化越完全转化越完全。7/9/2024又如又如 锶盐的生产锶盐的生产需先用需先用Na2CO3将将SrSO4(不溶于水和一般酸不溶于水和一般酸)转化为转化为SrCO3SrSO4(s)+CO32-SrCO3(s)+SO42-3.4410-75.6010-10=6.1104K =c(SO42-)c(SO42-)c(Sr2+)Ksp(SrSO4)c(CO32-)c(CO32-)c(Sr2+)Ksp(SrCO3)7/9/2024