酸碱解离平衡培训课件

酸碱解离平衡酸碱解离平衡强电解质（强电解质（strong electrolyte）在水溶液中能完全解离成离子的化合物在水溶液中能完全解离成离子的化合物离子型化合物和强极性分子离子型化合物和强极性分子 NaCl Na+Cl-HCl H+Cl-2酸碱解离平衡弱电解质（弱电解质（weak electrolyte）在水溶液中只能部分解离成离子在水溶液中只能部分解离成离子大部分以分子形式存在于溶液中大部分以分子形式存在于溶液中水溶液中存在电离平衡水溶液中存在电离平衡HAcH+Ac-3酸碱解离平衡解离度（解离度（degree ofdissociation）电解质达到电离平衡时，已解离的分子电解质达到电离平衡时，已解离的分子数与原有的分子总数之比数与原有的分子总数之比4酸碱解离平衡第一节第一节 酸碱理论酸碱理论阿仑尼乌斯（阿仑尼乌斯（S.A.Arrhenius）电离理论）电离理论布朗斯特（布朗斯特（J.N.Brnsted）和劳瑞（）和劳瑞（T.M.Lowry）质子理论）质子理论路易斯（路易斯（G.N.Lewis）电子理论）电子理论5酸碱解离平衡酸碱质子理论酸碱质子理论能给出质子的物质是酸能给出质子的物质是酸 酸是质子的给体酸是质子的给体能接受质子的物质是碱能接受质子的物质是碱 碱是质子的受体碱是质子的受体 6酸碱解离平衡酸酸 质子质子+碱碱 酸碱半反应（酸碱半反应（half reaction of acid-base）共轭酸碱对（共轭酸碱对（conjugate acid-base pair）共轭酸（共轭酸（conjugate acid）共轭碱（共轭碱（conjugate base）酸酸=质子质子+共轭碱共轭碱 碱碱+质子质子=共轭酸共轭酸7酸碱解离平衡酸碱反应的实质酸碱反应的实质质子传递反应（质子传递反应（protolysis reaction）酸碱反应的实质是两对共轭酸碱对之间酸碱反应的实质是两对共轭酸碱对之间发生质子的传递发生质子的传递强碱夺取强酸的质子，本身转化为它的强碱夺取强酸的质子，本身转化为它的共轭酸共轭酸弱酸弱酸强酸转化为它的共轭碱强酸转化为它的共轭碱弱碱弱碱8酸碱解离平衡酸碱质子传递平衡和平衡常数酸碱质子传递平衡和平衡常数K是酸碱质子传递平衡常数是酸碱质子传递平衡常数9酸碱解离平衡第二节第二节 水溶液中的酸碱平衡水溶液中的酸碱平衡10酸碱解离平衡一、水的质子自递平衡一、水的质子自递平衡质子自递反应（质子自递反应（proton self-transfer reaction）水的质子自递平衡常数（水的质子自递平衡常数（proton self-transfer constant）水的离子积（水的离子积（ion product water）KW=H+OH-11酸碱解离平衡水溶液的水溶液的pH中性溶液中性溶液 H+=OH-=110-7 molL-1酸性溶液酸性溶液 H+110-7 molL-1 OH-碱性溶液碱性溶液 H+110-7 molL-1 OH-pH=-lg H+pOH=-lg OH-12酸碱解离平衡人体各种体液的人体各种体液的pH13酸碱解离平衡二、酸、碱的解离平衡二、酸、碱的解离平衡酸解离平衡常数（酸解离平衡常数（dissociation constant of acid）Ka 表示酸在水中释放质子的能力表示酸在水中释放质子的能力 pKa=-lg Ka 碱解离平衡常数（碱解离平衡常数（dissociation constant of base）Kb pKb=-lg Kb 14酸碱解离平衡共轭酸碱解离平衡常数的关系共轭酸碱解离平衡常数的关系Ka Kb=Kw 多元弱酸在水中的质子传递反应是分步多元弱酸在水中的质子传递反应是分步进行，每一步都有相对应的进行，每一步都有相对应的Ka 15酸碱解离平衡质子传递平衡的移动质子传递平衡的移动稀释定律稀释定律浓度对平衡移动的影响浓度对平衡移动的影响 Ka=c2 式中式中 c为物质的量浓度为物质的量浓度 为电离度为电离度同离子效应（同离子效应（common-ion effect）在弱酸或弱碱的水溶液中，加入与弱酸在弱酸或弱碱的水溶液中，加入与弱酸或弱碱含有相同离子的易溶性强电解质，或弱碱含有相同离子的易溶性强电解质，使弱酸或弱碱的解离度降低的现象使弱酸或弱碱的解离度降低的现象16酸碱解离平衡第三节第三节 酸碱溶液酸碱溶液pH的计的计算算一、强酸和强碱溶液一、强酸和强碱溶液当当 c10-6 mol L-1时，可忽略水的解离，时，可忽略水的解离，即直接由其浓度求得即直接由其浓度求得当当c10-6 mol L-1时，必须同时考虑水解时，必须同时考虑水解离产生的离产生的H+17酸碱解离平衡一元强酸溶液中，水的解离产生的一元强酸溶液中，水的解离产生的H+为为一元强碱溶液中，水的解离产生的一元强碱溶液中，水的解离产生的OH-为为18酸碱解离平衡例题例题求求 0.100 mol L-1 HCl溶液的溶液的pH值值求求 1.0 10-8 mol L-1 HCl溶液的溶液的pH值值19酸碱解离平衡二、一元弱酸或一元弱碱二、一元弱酸或一元弱碱一元弱酸一元弱酸当当ca Ka20KW 时，可忽略水的质子自递时，可忽略水的质子自递平衡，溶液中平衡，溶液中H+主要来自弱酸的质子传主要来自弱酸的质子传递平衡递平衡20酸碱解离平衡一元弱酸一元弱酸当当ca/Ka 500，且，且ca Ka20KW时，可时，可简化为简化为21酸碱解离平衡一元弱碱一元弱碱当当cb Kb 20KW 时时当当ca/Ka 500，且，且ca Ka20KW时，可简化为时，可简化为22酸碱解离平衡例题例题计算计算 0.010 mol L-1 HAc溶液的溶液的H+和和 pH计算浓度为计算浓度为1.0 10-3 mol L-1的乳酸溶液的乳酸溶液的的 pH计算计算 0.100 mol L-1 NH4Cl溶液的溶液的 pH计算计算 0.100 mol L-1 NaAc溶液的溶液的 pH23酸碱解离平衡第四节第四节 缓冲溶液缓冲溶液Buffer Solution 能抵抗少量外来强酸、强碱而保持其能抵抗少量外来强酸、强碱而保持其pH基本不变的溶液基本不变的溶液24酸碱解离平衡一、缓冲溶液及缓冲机制一、缓冲溶液及缓冲机制 缓冲溶液及其组成缓冲溶液及其组成缓冲溶液（缓冲溶液（buffer solution）缓冲作用（缓冲作用（buffer action）缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用抗作用25酸碱解离平衡缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成由有足够浓度、适当比例的共轭酸碱对由有足够浓度、适当比例的共轭酸碱对的两种物质组成的两种物质组成缓冲对（缓冲对（buffer pair）缓冲系（缓冲系（buffer system）组成缓冲溶液的共轭酸碱对组成缓冲溶液的共轭酸碱对26酸碱解离平衡缓冲溶液的类型缓冲溶液的类型弱酸及其相对应的盐弱酸及其相对应的盐 HAc-NaAc（HAc-Ac-）H2CO3 NaHCO3（H2CO3-HCO3-）多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐多元弱酸的酸式盐及其对应的次级盐 NaH2PO4 Na2HPO4（H2PO4-HPO42-）NaHCO3 Na2CO3(HCO3-CO32-)弱碱及其对应的盐弱碱及其对应的盐 NH3 NH4Cl（NH4+-NH3）28酸碱解离平衡 缓冲机制缓冲机制 含有较大量的抗碱成分和抗酸成分含有较大量的抗碱成分和抗酸成分通过弱酸质子传递平衡的移动，消耗抗碱成分通过弱酸质子传递平衡的移动，消耗抗碱成分和抗酸成分抵抗外来的少量强酸、强碱和抗酸成分抵抗外来的少量强酸、强碱溶液溶液H3O+或或OH-浓度没有明显的变化浓度没有明显的变化 29酸碱解离平衡二、缓冲溶液二、缓冲溶液pH的计算的计算亨德森亨德森-哈塞尔巴赫（哈塞尔巴赫（Henderson-Hasselbalch）方程式方程式缓冲比（缓冲比（buffer component ratio）30酸碱解离平衡结论结论缓冲溶液的缓冲溶液的pH首先取决于缓冲系中弱酸首先取决于缓冲系中弱酸的的pKa 值值同一缓冲系的缓冲溶液，同一缓冲系的缓冲溶液，pKa 值一定，其值一定，其pH随缓冲比的改变而改变。当缓冲比等随缓冲比的改变而改变。当缓冲比等于于 1 时，缓冲溶液的时，缓冲溶液的pH 等于等于pKa 值值在一定的范围内加水稀释时，缓冲溶液在一定的范围内加水稀释时，缓冲溶液的缓冲比不变的缓冲比不变31酸碱解离平衡例题例题计算计算 0.10 molL-1NH3 50 ml 和和 0.20 molL-1 NH4Cl 30 ml 混合溶液的混合溶液的pH（pKa=9.25）0.50 molL-1 HAc 和和 0.50 molL-1 NaAc 等体等体积混合组成的缓冲溶液的积混合组成的缓冲溶液的pH在上述在上述 1.0 L缓冲溶液中加入缓冲溶液中加入0.02 mol 的固的固体体 NaOH后，此缓冲溶液的后，此缓冲溶液的pH在上述在上述 1.0 L缓冲溶液中加入缓冲溶液中加入0.02 mol 的浓的浓HCl后，此缓冲溶液的后，此缓冲溶液的pH32酸碱解离平衡三、缓冲容量和缓冲范围三、缓冲容量和缓冲范围任何缓冲溶液的缓冲能力是有限的任何缓冲溶液的缓冲能力是有限的缓冲容量（缓冲容量（）单位体积缓冲溶液的单位体积缓冲溶液的pH发生一定改变发生一定改变（多定义为（多定义为pH=1）时所能抵抗一元强酸或）时所能抵抗一元强酸或一元强碱的物质的量一元强碱的物质的量 缓冲容量缓冲容量（buffer capacity）33酸碱解离平衡缓冲容量的计算缓冲容量的计算缓冲容量与缓冲溶液的总浓度关系缓冲容量与缓冲溶液的总浓度关系 =2.303 HB B-/c总总当缓冲比为当缓冲比为1:1时，最大缓冲容量计算时，最大缓冲容量计算 最大最大=2.303(c总总/2)(c总总/2)/c总总34酸碱解离平衡影响缓冲容量的因素影响缓冲容量的因素1、总浓度、总浓度同一种缓冲系，当缓冲比一定时，总浓同一种缓冲系，当缓冲比一定时，总浓度越大，缓冲容量越大度越大，缓冲容量越大2、缓冲比、缓冲比同一种缓冲系，当总浓度一定时，缓冲同一种缓冲系，当总浓度一定时，缓冲比等于比等于1时，缓冲容量最大；越偏离时，缓冲容量最大；越偏离1，缓冲容量越小缓冲容量越小35酸碱解离平衡例题例题计算总浓度为计算总浓度为 0.20 molL-1和和 0.05 molL-1，缓，缓冲比为冲比为1:1的某缓冲系的缓冲容量的某缓冲系的缓冲容量今有总浓度为今有总浓度为 0.10 molL-1 的的 NaH2PO4-Na2HPO4缓缓冲溶液，冲溶液，pKa（H2PO4-）=7.21，求其，求其pH=7.40 时的缓冲容量时的缓冲容量36酸碱解离平衡 缓冲范围缓冲范围（buffer effective range）缓冲溶液的缓冲作用有效区间缓冲溶液的缓冲作用有效区间pH=pKa 137酸碱解离平衡四、血液中的缓冲系四、血液中的缓冲系正常人血浆的正常人血浆的pH：7.357.45的范围内的范围内 血浆中常见的缓冲对血浆中常见的缓冲对 NaHCO3 H2CO3 蛋白质钠盐蛋白质钠盐-蛋白质蛋白质 Na2HPO4 NaH2PO4 38酸碱解离平衡碳酸缓冲系碳酸缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最大，在维在血液中浓度最高，缓冲能力最大，在维持血液正常持血液正常pH发挥的作用最重要发挥的作用最重要碳酸在溶液中主要存在形式为溶解状态的碳酸在溶液中主要存在形式为溶解状态的CO2在在CO2-HCO3-缓冲系中缓冲系中 pH=pKa+lgHCO3-/CO2 39酸碱解离平衡酸中毒和碱中毒酸中毒和碱中毒 正常人体血浆中正常人体血浆中CO2-HCO3-缓冲系的缓缓冲系的缓冲比为冲比为 20:1当机体内当机体内CO2 和和 HCO3-的浓度改变时，的浓度改变时，可由肺的呼吸功能和肾的生理功能获得可由肺的呼吸功能和肾的生理功能获得补偿或调节补偿或调节当该缓冲比超过当该缓冲比超过 18/1 22/1时，血液的时，血液的 pH 将超出正常范围，导致酸中毒或碱中将超出正常范围，导致酸中毒或碱中毒毒40酸碱解离平衡酸中毒（酸中毒（acidosis）血液的血液的 pH 7.35分类分类 代谢性代谢性 呼吸性呼吸性41酸碱解离平衡碱中毒（碱中毒（alkalosis）血液的血液的 pH 7.45分类分类 代谢性代谢性 呼吸性呼吸性42酸碱解离平衡