第六章-酸碱平衡与酸碱滴定法i-课件

第六章 酸碱平衡与酸碱滴定法i ppt课件2第一节第一节 酸碱质子理论酸碱质子理论 发展历程：发展历程：酸碱的早期定义：酸碱的早期定义：酸：酸：酸：酸：有酸味，能使蓝色石蕊变红有酸味，能使蓝色石蕊变红碱：碱：碱：碱：有涩味，使红色石蕊变蓝有涩味，使红色石蕊变蓝Arrhenius酸碱电离理论（酸碱电离理论（1887）Brnsted-Lowry酸碱质子理论（酸碱质子理论（1923）Lewis酸碱电子理论（酸碱电子理论（1923）Pearson软硬酸碱理论（软硬酸碱理论（1963）5共轭酸碱对：共轭酸碱对：酸酸酸酸 给出质子后余下的那部分就给出质子后余下的那部分就 是它的是它的共轭碱共轭碱共轭碱共轭碱碱碱碱碱接受质子后就成为它的接受质子后就成为它的共轭酸共轭酸共轭酸共轭酸注意：注意：注意：注意：质子理论中质子理论中无盐的概念无盐的概念无盐的概念无盐的概念，电离理论中的盐，在质，电离理论中的盐，在质子理论中都是离子酸或离子碱，如子理论中都是离子酸或离子碱，如NH4Cl中的中的是是离子酸，离子酸，Cl是离子碱是离子碱.6酸碱反应的实质：酸碱反应的实质：两个酸碱半反应（也称共轭酸碱对）间的质子传递过程两个酸碱半反应（也称共轭酸碱对）间的质子传递过程共轭酸碱对的半反应不能单独存在，完整的反应应写成：共轭酸碱对的半反应不能单独存在，完整的反应应写成：酸酸(1)碱碱(2)酸酸(2)碱碱(1)HCl酸酸(1)H2O碱碱(2)酸碱中和反应酸碱中和反应酸的电离反应酸的电离反应酸酸(2)碱碱(1)7酸碱的强度：酸碱的强度：容易给出质子的酸是容易给出质子的酸是强酸强酸强酸强酸，反之为，反之为弱酸弱酸弱酸弱酸酸越强，其共轭碱越酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭弱；碱越强，其共轭酸越弱酸越弱例如：例如：例如：例如：酸性：酸性：HClHAc；碱性：碱性：Cl-Ac-反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的酸和碱反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的酸和碱的方向进行的方向进行例如：例如：例如：例如：反应反应对同一种酸在不同的溶剂中由于溶剂接受质子能力不同对同一种酸在不同的溶剂中由于溶剂接受质子能力不同而显示出不同的酸性。而显示出不同的酸性。例如：例如：例如：例如：HAc在水中表现为弱酸，而在液氨中表现为强酸在水中表现为弱酸，而在液氨中表现为强酸8二、水的质子自递反应和溶液的酸碱性二、水的质子自递反应和溶液的酸碱性水合氢离子水合氢离子水的质子自递反应水的质子自递反应（H3O+常简写为常简写为H+）9溶液的酸碱性溶液的酸碱性酸的浓度：酸的浓度：酸的浓度：酸的浓度：酸性物质的物质的量浓度酸性物质的物质的量浓度c(或称分析浓度或称分析浓度)；酸的强度：酸的强度：酸的强度：酸的强度：酸给出酸给出H+能力的大小；能力的大小；酸度：酸度：酸度：酸度：溶液中溶液中H+的浓度，严格地说是的浓度，严格地说是指指H+的活度。的活度。溶液酸碱度的表示法溶液酸碱度的表示法pH=-lgc(H+)pOH=-lgc(OH-)pH+pOH=pKw=14pH7，碱性碱性10pH计测定计测定pH值值三、共轭酸碱对的三、共轭酸碱对的 和和 关系关系(1)NH4+H2ONH3+H3+O(2)NH3+H2ONH4+OH-(1)+(2):11 多元弱酸：多元弱酸：12例例1 1：已知已知298K时时,H2S水溶液的水溶液的=1.310-7=7.110-15，求：求：S2-的的和和。解：解：同理可得：同理可得：13第二节第二节 酸度对弱酸（碱）溶液中酸度对弱酸（碱）溶液中各型体分布的影响各型体分布的影响一、酸度对一元弱酸（碱）水溶液中各型体分布的影响一、酸度对一元弱酸（碱）水溶液中各型体分布的影响设一元弱酸设一元弱酸HA的分析浓度为的分析浓度为c,解离后溶液中的型体为解离后溶液中的型体为HA,AHA,A-14pH越越大大大大，(HA)越越小小小小pH越越小小小小，(A-)越越小小小小什么时候什么时候(HA)(A-)？HA的型体分布图的型体分布图15NH3分布系数计算公式：分布系数计算公式：16二、酸度对多元弱酸（碱）水溶液中各种型体分布的影响二、酸度对多元弱酸（碱）水溶液中各种型体分布的影响 以以H2A为例：为例：17pHpKa1，H2A为主为主pKa1pHpKa2HA-为主为主pHpKa2，A2-为主为主18三元弱酸（三元弱酸（H3A）1920第三节第三节 酸碱水溶液中酸度的计算酸碱水溶液中酸度的计算 一、质子条件式（一、质子条件式（PBE）溶液中溶液中得失质子得失质子得失质子得失质子的数目的数目相等相等相等相等 依据：依据：先选零水准先选零水准 大量存在大量存在大量存在大量存在 参与质子转移的物质参与质子转移的物质参与质子转移的物质参与质子转移的物质 书写质子条件式书写质子条件式 等式左边等式左边等式左边等式左边得质子后产物得质子后产物得质子后产物得质子后产物 等式右边等式右边等式右边等式右边失质子后产物失质子后产物失质子后产物失质子后产物 有关浓度项前乘上得失质子数有关浓度项前乘上得失质子数 根据质子得失相等原则列出质子条件式根据质子得失相等原则列出质子条件式 步骤步骤21例：例：HAc水溶液水溶液零水准零水准HAcAc-H2OH3O+(H+)H+H+OH-H+H2C2O4水溶液水溶液零水准零水准H2C2O4H2OH3O+(H+)H+2H+OH-H+HC2O4-C2O42-H+22共轭体系零水准只要写出一个：共轭体系零水准只要写出一个：HAc(c1),NaAc(c2)选择选择选择选择HAcHAc和和和和HH2 2OO为零水准：为零水准：为零水准：为零水准：零水准零水准HAcH2OH+OH-Ac-H+H3O+(H+)H+选择选择选择选择AcAc-和和和和HH2 2OO为零水准：为零水准：为零水准：为零水准：零水准零水准Ac-H2OOH-H+H3O+(H+)H+HAcH+23二、酸碱水溶液中酸度的计算二、酸碱水溶液中酸度的计算强酸（碱）水溶液：强酸（碱）水溶液：强酸：强酸：HA分析浓度：分析浓度：c质子条件式：质子条件式：c(H+)=c(OH-)+c当当c 10-6molL-1或或c2(H+)20：强碱：强碱：BOH分析浓度：分析浓度：c质子条件式：质子条件式：c(OH-)=c+c(H+)24一元弱酸（碱）水溶液：一元弱酸（碱）水溶液：弱酸：弱酸：HA分析浓度：分析浓度：c 质子条件式：质子条件式：质子条件式：质子条件式：c(H+)=c(OH-)+c(A-)转换成转换成转换成转换成c c(H(H+)和零水准物质和零水准物质和零水准物质和零水准物质(HA)HA)的平衡浓度的平衡浓度的平衡浓度的平衡浓度25 转换成一元弱酸的分析浓度转换成一元弱酸的分析浓度转换成一元弱酸的分析浓度转换成一元弱酸的分析浓度:近似处理近似处理近似处理近似处理:忽略水的解离忽略水的解离c(HA)=c c(A-)c c(H+)26忽略水的解离，忽略水的解离，c(HA)=cc(A-)c一元弱碱溶液：一元弱碱溶液：27例例3:计算分析浓度计算分析浓度c=0.20molL-1一氯乙酸一氯乙酸(CH2ClCOOH)水溶液的水溶液的pH，已知一氯乙酸的已知一氯乙酸的=1.410-3。解：解：=0.20molL-11.410-3=2.8010-4用用近似式近似式近似式近似式进行计算：进行计算：c(Hc(H+)=0.016 molL)=0.016 molL-1 -1 pH=1.79pH=1.7928例例4:计算分析浓度计算分析浓度c=0.040molL-1的一氯乙酸钠的一氯乙酸钠(CH2ClCOONa)水溶液的水溶液的pH。解：解：=5.310=5.310-7-7molLmolL-1-1pOH=6.28pH=14-6.28=7.7229多元弱酸（碱）水溶液多元弱酸（碱）水溶液忽略第二级解离，按一元弱酸处理忽略第二级解离，按一元弱酸处理例例5：计算分析浓度为：计算分析浓度为0.10molL-1H2S水溶液的水溶液的pH。30解：解：按最简式进行计算：按最简式进行计算：=1.110-4molL-1pH=3.9631两性物质水溶液两性物质水溶液酸式盐：酸式盐：酸式盐：酸式盐：NaHCO3，Na2HPO4，NaH2PO4，NaHC2O4弱酸弱碱盐：弱酸弱碱盐：弱酸弱碱盐：弱酸弱碱盐：NH4Ac两性物质：两性物质：NaHA分析浓度：分析浓度：c 质子条件式：质子条件式：质子条件式：质子条件式：c(H+)+c(H2A)=c(A2-)+c(OH-)转换成转换成转换成转换成c c(H(H+)和零水准物质和零水准物质和零水准物质和零水准物质(HAHA-)的平衡浓度的平衡浓度的平衡浓度的平衡浓度32c(HA-)cNaNa2 2HBHB型的水溶液型的水溶液型的水溶液型的水溶液HH+浓度的相应近似式为浓度的相应近似式为浓度的相应近似式为浓度的相应近似式为:34解：解：=1.010=1.010-7-7molLmolL-1-1pH=7.00pH=7.0035第四节第四节 影响酸碱平衡的因素影响酸碱平衡的因素 一、稀释作用一、稀释作用解离度解离度：=n已解离的电解质n总起始浓度起始浓度c00平衡时解离了平衡时解离了x平衡浓度平衡浓度c-x x x c-c c c 36弱酸：弱酸：5%1-1稀释定律稀释定律运用稀释定律时，必须是运用稀释定律时，必须是单独的一元弱酸（碱）单独的一元弱酸（碱）单独的一元弱酸（碱）单独的一元弱酸（碱）体系，因体系，因为只有此情况下平衡浓度为只有此情况下平衡浓度c=c(H3+O)=c(A-)。一元弱酸（碱）经稀释后，虽然解离度一元弱酸（碱）经稀释后，虽然解离度 增大增大增大增大，但是溶液，但是溶液中的中的c c(H(H+)或或或或c c(OH(OH-)不是升高了，而是不是升高了，而是降低降低降低降低了，这是因为稀了，这是因为稀释时释时增大的倍数总是小于溶液稀释的倍数。增大的倍数总是小于溶液稀释的倍数。37HAc2d甲基橙甲基橙少许少许NaAc固体固体二、同离子效应二、同离子效应在弱酸或弱碱溶液中，加在弱酸或弱碱溶液中，加入含有入含有相同离子相同离子相同离子相同离子的电解质，的电解质，解离度解离度减小。减小。减小。减小。起始浓度起始浓度c00平衡浓度平衡浓度c-H+H+H+红色红色加入加入NaAc:Ac-增大增大平衡左移：平衡左移：平衡左移：平衡左移：H+减小，减小，减小，酸度减小减小，酸度减小橙色橙色38例例7:7:计算：计算：(1)0.10molL-1HAc溶液的溶液的c(H+)和解离度和解离度；(2)如果在上述溶液中加入如果在上述溶液中加入NaAc，使其浓度也为使其浓度也为0.10molL-1，则溶液的则溶液的c(H+)和解离度和解离度又为多少？又为多少？已知已知:(HAc)=1.7610-5。解：解：(1)未加入未加入NaAc时，是单一的时，是单一的HAc体系体系=1.3%=1.3%c(H+)=0.10molL-11.3%=1.3101.310-3-3molLmolL-1-1(2)加入加入NaAc后：后：c(H+)c(A-)设：此时设：此时c(H+)为为xmolL-139初始浓度：初始浓度：0.0100.10平衡浓度：平衡浓度：0.10-xx0.10+x同离子效应同离子效应c(HAc)=(0.01x)molL-10.10 molL-1c(Ac)=(0.10+x)molL-10.10molL-1x=c(H+)=1.76101.7610-5-5molLmolL-1-1=1.76101.7610-4-440三、异离子效应（盐效应）三、异离子效应（盐效应）在弱酸或弱碱溶液中加入含有在弱酸或弱碱溶液中加入含有不相同离子不相同离子不相同离子不相同离子的电解质，使弱酸的电解质，使弱酸或弱碱的或弱碱的解离度解离度解离度解离度 增大增大增大增大的现象，称为异离子效应（盐效应）。的现象，称为异离子效应（盐效应）。例：例：1L0.10molL-1HAc溶液：溶液：=1.3%加入加入0.10molNaCl后：后：=1.8%在发生同离子效应同时，总伴随着异离子效应在发生同离子效应同时，总伴随着异离子效应 但同离子效应往往比异离子效应大得多但同离子效应往往比异离子效应大得多 一般情况下主要考虑同离子效应一般情况下主要考虑同离子效应注意：注意：41第五节第五节 缓冲溶液缓冲溶液加少量酸或碱或稍加稀释，溶加少量酸或碱或稍加稀释，溶液的液的pH不易发生变化不易发生变化 缓冲溶液：缓冲溶液：42一、缓冲溶液的组成和作用原理一、缓冲溶液的组成和作用原理 由弱酸（碱）及其共轭碱（酸）组成由弱酸（碱）及其共轭碱（酸）组成例：例：例：例：HAc-Ac-，NH3-NH4+，H2CO3-HCO-3，H2PO-4-HPO42-较高浓度的强酸或强碱溶液较高浓度的强酸或强碱溶液 两性物质水溶液两性物质水溶液例：例：例：例：NaH2PO4，Na2HPO4组成：组成：43pH加入加入0.010molHCl加入加入0.010molNaOHpHpHpHpH纯纯H2O7.002.005.0012.005.00NaCl水溶液水溶液7.002.005.0012.005.00HAc-NaAc混合混合水溶液水溶液4.744.650.094.830.09表表6-1 少量强酸、强碱对不同溶液少量强酸、强碱对不同溶液pHpH值的影响值的影响（忽略体积变化的影响）（忽略体积变化的影响）44作用原理：作用原理：NaAcNa+Ac-加强酸：加强酸：加强酸：加强酸：Ac-起抗酸作用，称为抗酸成分起抗酸作用，称为抗酸成分加强碱：加强碱：加强碱：加强碱：HAc起抗碱作用，称为抗碱成分起抗碱作用，称为抗碱成分稀释：稀释：稀释：稀释：一方面降低了溶液的一方面降低了溶液的H+浓度，另一方面解离度增加，同浓度，另一方面解离度增加，同离子效应减弱，使平衡向增大离子效应减弱，使平衡向增大H+浓度的方向移动，溶液的浓度的方向移动，溶液的pH值值基本不变。基本不变。45二、缓冲溶液二、缓冲溶液pH的计算的计算以以以以HAc-NaAcHAc-NaAc缓冲溶液为例：缓冲溶液为例：缓冲溶液为例：缓冲溶液为例：开始：开始：c酸酸c碱碱平衡：平衡：c酸酸-xxc碱碱+x同离子效应：同离子效应：同离子效应：同离子效应：c(HAc)=c(弱酸弱酸)-c(H+)c(弱酸弱酸)c(Ac-)=c(共轭碱共轭碱)+c(H+)c(共轭碱共轭碱)46或：或：或：或：47例例8:在在20mL0.20molL-1氨水中，加入氨水中，加入20mL0.10molL-1HCl，求此混合液的求此混合液的pH值。值。已知：已知：（NH3）=1.7610-5解：解：HCl与与NH3反应生成反应生成NH4+NH4+和剩余的和剩余的NH3组成缓冲溶液组成缓冲溶液pH=9.25pH=9.2548三、缓冲容量和缓冲范围三、缓冲容量和缓冲范围 缓冲容量缓冲容量1L缓冲溶液缓冲溶液pH值改变值改变1个单个单位时，所需加入一元强酸或一元强位时，所需加入一元强酸或一元强碱物质的量。碱物质的量。缓冲容量缓冲容量的影响因素的影响因素总浓度：总浓度：总浓度：总浓度：c(总总)=c(弱酸弱酸)+c(共轭碱共轭碱)或或=c(弱碱弱碱)+c(共轭酸共轭酸)缓冲比一定时缓冲比一定时,c(总总)，缓冲比：缓冲比：缓冲比：缓冲比：总浓度相等时总浓度相等时,缓冲比越接近缓冲比越接近1 49缓冲容量与总浓度的关系缓冲容量与总浓度的关系缓冲液缓冲液c总总/molL-1cAc-/molL-1cHAc/molL-1缓冲比缓冲比/molL-1pH-1I0.200.100.1010.44II0.0400.0200.02010.023缓冲容量与缓冲比的关系缓冲容量与缓冲比的关系缓冲液缓冲液cAc-/molL-1cHAc/molL-1缓冲比缓冲比c总总/molL-1/molL-1pH-1I0.0050.0951:190.100.011II0.0100.0901:90.100.021III0.0500.0501:10.100.058IV0.0900.0109:10.100.021V0.0950.00519:10.100.01150 缓冲范围缓冲范围1:10c(酸酸):c(碱碱)10:1缓冲范围为：缓冲范围为：四、缓冲溶液的配制四、缓冲溶液的配制 步骤：步骤：选择合适的缓冲体系选择合适的缓冲体系选择合适的缓冲体系选择合适的缓冲体系 缓冲溶液的缓冲溶液的pH值尽可能接近弱酸的值尽可能接近弱酸的 配制合适的总浓度配制合适的总浓度配制合适的总浓度配制合适的总浓度一般总浓度控制在一般总浓度控制在0.11molL-1之间之间 计算出所需弱酸（碱）和共轭碱（酸）的量计算出所需弱酸（碱）和共轭碱（酸）的量计算出所需弱酸（碱）和共轭碱（酸）的量计算出所需弱酸（碱）和共轭碱（酸）的量 51例例9:欲配制欲配制pH=7.00的缓冲溶液，应选用的缓冲溶液，应选用HCOOH-HCOONa、Hac-NaAc、NaH2PO4-Na2HPO4和和NH3-NH4Cl中的哪一中的哪一缓冲对最合适？缓冲对最合适？解：解：所选缓冲对的所选缓冲对的应尽量靠近应尽量靠近7.00已知：已知：(HCOOH)=3.75(HAc)=4.75(H3PO4)=7.20(NH4+)=9.25选择选择NaH2PO4Na2HPO4为缓冲对最合适。为缓冲对最合适。52例例10：配制配制1.0L，pH=9.80，c(NH3)=0.10molL-1的缓冲的缓冲溶液。需溶液。需6.0molL-1NH3H2O多少毫升和多少克固体多少毫升和多少克固体(NH4)2SO4？已知已知(NH4)2SO4摩尔质量为摩尔质量为132gmol-1。解：解：n(NH4+)=0.028molM(NH4)2SO4=0.028molL-1132gmol-1/2=1.8g1.8gV(NH3)=1.0L=0.017L0.017L即：称取即：称取1.8g固体固体(NH4)2SO4溶于少量水中，加入溶于少量水中，加入0.017L6.0molL-1NH3H2O，然后加水稀释至然后加水稀释至1L，摇匀即可。摇匀即可。53例例11：现有现有0.20molL-1的的HAc和和NaAc溶液。若配制溶液。若配制1000mlpH=5.0的缓冲溶液，问如何配制的缓冲溶液，问如何配制(=4.75)？n(HAc)/n(NaAc)=0.56设需设需0.20mol.L-1HAc为为xmln(HAc)=0.20 xn(NaAc)=0.20(1000-x)即即x/(1000-x)=0.56x=359ml，所以所以NaAc需需641ml。解：解：54五、缓冲溶液在生物科学中的意义五、缓冲溶液在生物科学中的意义人体液人体液(37)正常正常pH为为7.35-7.45。每人每天耗。每人每天耗O2600L,产生产生CO2酸量约合酸量约合2L浓浓HCl,除呼出除呼出CO2及肾排酸外及肾排酸外,归功于血液的缓归功于血液的缓冲作用。冲作用。血液中的缓冲对：血液中的缓冲对：血红蛋白血红蛋白血红蛋白血红蛋白:HHb-KHb 血浆蛋白血浆蛋白血浆蛋白血浆蛋白:HPr-NaPr 氧络血红蛋白氧络血红蛋白氧络血红蛋白氧络血红蛋白:HHbO2-KHbO2 磷酸盐磷酸盐磷酸盐磷酸盐:H2PO4-HPO42-碳酸盐碳酸盐碳酸盐碳酸盐:H2CO3-HCO3-c(CO2)溶解溶解=0.0012molL1c(HCO-3)=0.024molL1pH=7.40pH=7.4055 人体血液中的缓冲比虽然超过人体血液中的缓冲比虽然超过1/1010/1的缓冲范围，但是仍能的缓冲范围，但是仍能很好地维持血液的很好地维持血液的pH值（值（7.357.45），其原因是血液为敞开体系，），其原因是血液为敞开体系，抗酸、抗碱成分的消耗与补充，可由肺、肾的生理功能得到及时抗酸、抗碱成分的消耗与补充，可由肺、肾的生理功能得到及时的调节，其关系式表示如下：的调节，其关系式表示如下：肺肺CO2+H2O肾肾