酸碱质子理论与酸碱平衡课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,0,2.,酸、碱质子理论（现代酸碱理论）：,凡能给出,H,+,（质子）的分子或离子均是酸,凡能得到,H,+,（质子）的分子或离子均是碱。,酸,H,+,给予体,（,Proton donor,）,碱,H,+,接受体,（,Proton acceptor,）。,两性电解质,既,能给出质子，又能接受质子,的分子或离子，称为,“,两性电解质,”,（,ampholyte,）简称,“,两性物,”,。,（,1,）酸碱定义,第1页/共42页,2.酸、碱质子理论（现代酸碱理论）：（1）酸碱定义第1页/,1,酸碱举例,酸,分子,HCl,H,2,SO,4,H,3,PO,4,H,2,O,NH,3,离子,NH,4,+,HSO,4,-,H,2,PO,4,-,HPO,4,2-,碱,分子,H,2,O,NH,3,离子,OH,-,HSO,4,-,H,2,PO,4,-,HPO,4,2-,两性物,分子,H,2,O,NH,3,离子,OH,-,HSO,4,-,H,2,PO,4,-,HPO,4,2-,NH,3,+H,+,=NH,4,+,NH,3,(l)=NH,2,-,(l),+,H,+,(l),第2页/共42页,酸碱举例酸 分子 HCl,H2SO4,H3PO4,H,2,酸碱共轭关系,酸碱反应的实质,酸碱的强度,理解质子酸碱理论：,第3页/共42页,酸碱共轭关系理解质子酸碱理论：第3页/共42页,3,（,2,）酸碱共轭关系,酸强度,，其共轭碱（,conjugate base,）强度,。,在水溶液中，共轭酸碱对的强度还可以定量表示。,共轭酸 共轭碱,+H,+,conjugate acid,conjugate base proton,这种酸及其共轭碱（碱及其共轭酸）相互转,变的反应就成为,酸碱半反应。,第4页/共42页,（2）酸碱共轭关系 酸强度，其共轭碱（conjugate,4,1,酸碱可以是阳离子、阴离子、中性分子及两性物质，有些物质既可作为酸，也可作为碱。,2,酸和其释放质子后形成的质子碱形成共轭酸碱对，如,NH,4,+,和,NH,3,及,HA c,和,Ac,-,。,3,质子酸酸性越强，共轭碱碱性越弱。,第5页/共42页,1 酸碱可以是阳离子、阴离子、中性分子及两性物质，有些物质,5,（,3,）酸碱反应的实质,质子传递,（下标,1,、,2,表示不同的共轭酸碱对）,在水溶,液,、液氨溶,液,、苯溶,液,、气相反,应,均如此。,第6页/共42页,（3）酸碱反应的实质质子传递（下标1、2表示不同的共轭酸,6,根据”酸碱质子理论”，”阿仑尼乌斯电离学说”的,酸碱电离,酸碱中和,盐的水解,都可以归结为”,质子传递反应,”,.,H,+,HAc +H,2,O=Ac,-,+H,3,O,+,H,3,O,+,+OH,-,=H,2,O+H,2,O,H,2,O+Ac,-,=OH,-,+HAc,酸,1,碱,2,碱,1,酸,2,第7页/共42页,根据”酸碱质子理论”，”阿仑尼乌斯电离学说”,7,（,4,）“区分效应”和“拉平效应”,1,、同一溶剂中，酸碱的强弱由其本质决定,在左边,2,个,“,质子转移,”,反应中，,H,2,O,均是弱碱，它把,HCl,、,HAc,酸性强弱区分开来。因此，,H,2,O,是,HCl,、,HAc,酸性的,“,区分试剂,”,。这种现象，称为,“,区分效应,”,。,第8页/共42页,（4）“区分效应”和“拉平效应”1、同一溶剂中，酸碱的强弱由,8,2,、同一酸（或碱），在不同溶剂中可表现出不,同的酸性（或碱性）,例,1,，液氨中，,HAc,变为强酸：,HAc+NH,3,(l)=Ac,-,+NH,4,+,强酸 强碱,而,HCl,也是强酸：,HCl+NH,3,(l)=Cl,-,+NH,4,+,强酸 强碱,结果，,NH3,（,l,）把,HAc,和,HCl,的酸性“,拉平,”。,原因是,NH3(l),碱性强，它是,HAc,和,HCl,酸性的“拉,平试剂”。这种现象称为“拉平效应”。,第9页/共42页,2、同一酸（或碱），在不同溶剂中可表现出不例1，液氨中，HA,9,例,3,：,HAc,是下列酸的区分试剂。,第10页/共42页,例3：HAc是下列酸的区分试剂。第10页/共42页,10,1,、优点：,（,1,）扩大了酸、碱范围，不局限于水溶液体系,（,2,）把阿仑尼鸟斯理论中的电离、中和、盐的水解统一为,“,质子传递反应,”,。,2,、,局限性,仍局限于有,H,+,的体系，无,H,体系不适用，,例如：,BF,3,AlF,6,3-,Fe(CN),6,3-,Ni(CO),4,（,5,）酸碱质子理论的优点和局限性,第11页/共42页,1、优点：2、局限性仍局限于有H+的体系，无H体系不适用，（,11,3.,酸碱电子理论,(Lewis,酸碱电子理论,),：,（,1,）酸碱定义,凡是可,给出电子对,的分子、离子或原子团称为“,碱,”。,;,凡是可,接受电子对,的分子、离子或原子团称为“,酸,”。,酸,电子接受体（,Electron acceptor,）,碱,电子给予体（,Electron donor,）,第12页/共42页,3.酸碱电子理论(Lewis酸碱电子理论)：（1）酸碱,12,布朗斯特酸碱概念的核心系于分子或离子间的质子转移，显然无法对不涉及质子转移、但却具有酸碱特征的反应做解释。这一不足在布朗斯特概念提出的同年由美国化学家路易斯提出的另一个更广的酸碱概念所弥补，但后者直到20世纪30年代才开始在化学界产生影响。,Lewis G N,美国物理化学家,第13页/共42页,布朗斯特酸碱概念的核心系于分子或离子间的质子,13,1.,定义,路易斯酸(,Lewis acid,),是指能作为电子对接受体(,Electron pair acceptor,),的原子、分子或离子;,路易斯碱(,Lewis base,),则指能作为电子对给予体(,Electron pair donor,),的原子、分子或离子；,酸碱反应是电子对接受体与电子对给予体之间形成配位共价键的反应。,第14页/共42页,1.定义 路易斯酸(Lewis acid),14,第15页/共42页,第15页/共42页,15,酸碱理论小结：,3,种酸碱理论,各有所长、所短,，,侧重的应用范围不同,:,1,、,Arrhenius,酸碱理论,无机化学,尤其是,水溶液体,系酸碱问题,2,、,酸碱质子理论 水溶液体系和非水溶液体系,;,无机化学,分析化学,3,、,Lewis,酸碱理论（电子论）,配位化学,有机化学,第16页/共42页,酸碱理论小结：3种酸碱理论各有所长、所短，侧重的应用范围不同,16,二,.,水溶液的酸碱性,（,1,）水的自偶电离（,self-ionization of water,）,纯水有微弱的导电性，表明它有微弱的自偶电离,.,按酸碱质子理论讨论,:,H,2,O+H,2,O=OH,-,+H,3,O,+,酸,1,碱,2,碱,1,酸,2,简写为：,H,2,O=H,+,+OH,-,第17页/共42页,二.水溶液的酸碱性（1）水的自偶电离（self-ioni,17,相应的浓度平衡常数为：,纯水浓度,H,2,O,为一常数,第18页/共42页,相应的浓度平衡常数为：纯水浓度H2O为一常数第18页,18,令,，称为水的,“,离子积常数,”,，,得：,K,w,=H,+,OH,-,经测定：,298K,，纯水中：,K,w,=(1.004,10,-7,)2=1.0,10,-14,第19页/共42页,令，称为水的“离子积常数”，得：Kw =H+,19,三、酸碱平衡与酸碱的相对强度：,根据酸碱质子理论的定义，酸或碱的强弱取,决于,物质给出质子或接受质子的能力的大小。,物质,给出质子,的能力越,强，,其,酸性就越强；,物质,接受质子,的能力越,强,，其,碱性就越强。,第20页/共42页,三、酸碱平衡与酸碱的相对强度：根据酸碱质子理,20,1.,酸碱解离平衡与解离平衡常数,一元弱酸与一元弱碱,多元弱酸与多元弱碱,K,a1,K,a2,K,a3,K,b1,K,b2,K,b3,第21页/共42页,1.酸碱解离平衡与解离平衡常数一元弱酸与一元弱碱多元弱酸与,21,共轭酸碱对,K,a,与,K,b,的关系：,例,：,在溶液中，,HAc,电离：,酸常数,第22页/共42页,共轭酸碱对Ka与Kb的关系：例：在溶液中，HAc电离：,22,Ac,-,电离：,碱常数,其中,（水的自偶电离）,Kw,称为水的离子积常数，简称,“,离子积,”,。,第23页/共42页,Ac-电离：碱常数 其中（水的自偶电离）Kw称为水的离子,23,普遍地，对于共轭酸碱对：,或,显然：,K,a,则,K,b,；,K,a,K,b,K,a,酸常数，,K,b,为相应共轭碱的碱常数,第24页/共42页,普遍地，对于共轭酸碱对：或显然：Ka,则Kb；K,24,K,a,1,强酸（,碱）,=1,10,-3,中,强酸（碱）,10,-4,10,-7,弱酸 （,碱）,10,-7,极弱酸（碱）,对于指定的酸（碱），,K,只与温度和溶剂有关,，而与,酸（碱）溶液的起始浓度无关,。,第25页/共42页,Ka 1,25,2.,溶液的酸碱性及,pH,标度,室温下,：,H,+,r,1,10,-7,溶液,酸,性,H,+,r,=1,10,-7,溶液,中,性,H,+,r,1,10,-7,溶液,碱,性,第26页/共42页,2.溶液的酸碱性及pH标度室温下：H+r 110,26,pH,标度,为了方便指示水溶液的酸碱性，丹麦科学家,S.P.L.Srensen,在,1909,年提出,pH,标度。,定义：,pH=-lg H,+,（,SI,规定：物理量的符号用斜体字书写，,但,pH,和,pOH,例外，用正体字母书写）,第27页/共42页,pH标度 为了方便指示水溶液的酸碱性，丹麦科学家S.,27,例：某水溶液中,H,+,=3.010,-10,mol,dm,-3,求其,pH,值。,解：,2,位有效数字,.,对数值整数位不是有效数字,!,第28页/共42页,例：某水溶液中H+=3.010-10moldm-3,28,室温下：,pH=7.0,溶液呈中性,pH 7.0,溶液呈碱性,同样，定义,pOH=-lg OH,-,由于水溶液中：两边取负对数：,第29页/共42页,室温下：pH=7.0 溶液呈中性,29,下面是一些,“,溶液,”,的,pH,值,人血液,7.4,牛奶,6.8,雨,5.7,番茄汁,4.2,葡萄酒,3.4,柠檬汁,2.2,胃液,1.3,人血液,pH,超出,0.4,将有生命危险。,pH,标度适用范围,:,1 H,+,1,10,-14,第30页/共42页,下面是一些“溶液”的pH值 人血液 7.4 牛奶 6.8 雨,30,电解质在溶液中因溶剂的作用而离解为带正、负电荷的质点,正、负离子，称为,“,电离,”,(,ionization),。,溶液中电解质只是部分电离：,电解质分子=阳离子+阴离子,电离的百分率称为,“,解离度,”,四、酸碱平衡的移动,1.,解离度（,）,第31页/共42页,电解质在溶液中因溶剂的作用而离解为带正、负电荷的质点正、,31,定义,：即电离平衡时电解质已电离部分占总量的百分比。,表示电解质在指定条件下电离的程度（类似于,“,化学平衡,”,讨论中的,“,转化率,”,），它不但与,K,有关，而且与电解质的起始浓度有关。,举例,第32页/共42页,定义：即电离平衡时电解质已电离部分占总量的百分比。,32,例：,HAc =H,+,+Ac,-,起始相对浓度,c,0 0,平衡相对浓度,c-c,c,c,电离度与电离平衡常数的关系,当,5%,或,c,/,K,a,400,时，,1-,1,上式简化为：,K,a,=,c,2,或,=(,K,a,/,c,),（,3.23.2,）,式称“,稀释定律,”,对于弱酸（弱碱），在指定温度下，,与,c,成反比，比例常数即,K,i,.,第33页/共42页,例：HAc =,33,例：,298K,，,Ka,(HAc)=1.7610,-5,按（,4.23.2,）式计算,c,r,c,r,/,K,i,1.0,56818,0.42%,0.10,5681.8,1.33%,0.010,568.18,4.20%,0.0010,56.818,13.3%,可见,:,K,i,比,更反映弱酸（,弱,碱）的本质。,第34页/共42页,例：298K，Ka(HAc)=1.7610-5 按（4.,34,K,关系 即,K,r,与转化率的关系,例,1,：求,0.10moldm,-3,HAc,溶液的,pH,和,电离度,(298 K,K,a=1.8,10,-5,),。,精确解上述方程，得:,有关解离度的计算,解：,HAc =H,+,+Ac,-,起始相对浓度,0.10 0 0,平衡相对浓度,0.10 x x x,第35页/共42页,K 关系 即K r与转化率的关系精确解上述方程，得:,35,（2）用近似公式:,c,/,K,a =5682,400,K,a=X,2,/0.10,得：,与精确解(1.34,10,-3,)相对误差1%,第36页/共42页,（2）用近似公式:与精确解(1.3410-3)相对误差1,36,第37页/共42页,第37页/共42页,37,例：把,NaAc(s),加到,溶液中，使,（忽略溶液体积的变化），求,H,+,和,（,已知298,K，HAc,K,a=1.76,10,-5,)。,解：,HAc+H,2,O=H,3,O,+,+Ac,-,简为：,HAc=H,+,+Ac,-,起始相对浓度 0.10 0 0,平衡相对浓度 0.10-,x x 1.0,第38页/共42页,例：把NaAc(s)加到 溶液中，使（忽略溶液体积的变化）,38,K,a,=1.76 10,-5,=(,1.0,x,)/,0.1,x,X=,H,+,=1.76 10,-6,=X/,c,酸,100%,=1.76 10,-6,/,0.10,100%,=0.00176%,对比,未外加,NaAc,:,x,2,/0.1-x=,K,a,c,a,/K,400，,0.1-,x,0.1,H,+,1.3,10,-3,mol dm,-3,=1.3%,第39页/共42页,Ka=1.76 10-5=(1.0 x)/0.1,39,可见，,NaAc,的加入使,，但,K,a,不变,。,“,同离子效应,”,在一定温度下，向弱电解质溶液加入含有相同离子的强电解质，使前者的电离平衡向电离度减小的方向移动，称为,“,同离子效应,”,“,同离子效应,”,应,用,配制,“,缓冲溶液,”,（,Buffer solutions）.,例：,HAc NaAc,弱酸与其共轭碱,NH,3,NH,4,Cl,弱碱与其共轭酸,第40页/共42页,可见，NaAc的加入使，但K a不变。第40页/共42,40,盐效应,在弱电解溶液中，加入不含有共同离子的强电解质溶液，使其电离度稍有增加的现象。,发生盐效应原因:,离子强度,I,增大,，导致正、负离子的平均活度系数,减小，从而,离子活度,a,减小,，不易重新结合成为弱酸（弱碱）分子，,弱电解质的解离度,增大,。,2.盐效应,第41页/共42页,盐效应在弱电解溶液中，加入不含有共同离子的强电解质溶液，,41,感谢您的观看！,第42页/共42页,感谢您的观看！第42页/共42页,42,