2 酸碱理论与解离平衡

无机化学,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,第六章：酸碱理论与离解平衡,湖南理工学院化学化工系,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,6.2.1 水的解离平衡与酸碱指示剂,6.2.2 一元弱酸、弱碱的解离平衡,6.2.3 多元弱酸溶液的解离平衡,6.2.4 盐溶液的酸碱平衡,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,6.2.1 水的解离平衡与酸碱指示剂,（1）水的解离平衡,H,2,O (l) + H,2,O(l) H,3,O,+,(aq) + OH,(aq),或,H,2,O (l) H,+,(aq) + OH,(aq),K,W,水的离子积常数，简称水的离子积。,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,25纯水：,100纯水：,H,2,O (l) H,+,(aq) + OH,(aq),6.2 弱酸弱碱的解离平衡,（2） 溶液的,pH,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,1909,年，丹麦生理学家索仑生（,Sorensen),提出,pH,表示水溶液的,酸度：,说明：,水的离解平衡随水中,c(H,3,0,+,),和,c(OH,-,),的变化而发生移动。在纯水中，,c(H,3,0,+,),c(OH,-,),。如果在纯水中加入某种电解质，如少量的,HCl,或,NaOH,，形成稀溶液，,c(H,3,0,+,),或,c(OH,-,),改变，水的离解平衡发生移动。达到新的平衡时，,c(H,3,0,+,)c(OH,-,),；但是,c(H,3,0,+,),c(OH,-,)=K,W,这一关系式仍然成立。 若已知,c(H,3,0,+,),，可求,c(OH,-,),，反之亦然。,酸性溶液：,pH77pOH,pH,是用来表示水溶液中酸碱性的一个标度。,pH,愈小，,c(H,3,O,+,),愈大，溶液酸性愈强，碱性愈弱；反之，,pH,愈大，溶液的碱性愈强，酸性愈弱。,溶液酸碱性与,pH,的关系：,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,说明：,pH,值,一般仅适用于,c(H,3,0,+,),或,c(OH,-,),为,1mo1,L,-1,以下的溶液,；如果,c(H,3,0,+,)1mo1,L,-1,，则,pH 1mo1,L,-1,，则,pH14,。在这种情况下，就直接写出,c(H,3,0,+,),或,c(OH,-,),表示，通常不用,pH,值来表示这种溶液的酸碱性。,pH 1 2 3 4 5 6,7,8 9 10 11 12 13 14,强酸性,中性,强碱性,溶液中氢离子和氢氧根浓度：,？,问题：,酸性,c(H,+,),c(OH,),碱性,c(H,+,),c(OH,),中性,c(H,+,),c(OH,),酸性,pH,7,中性,pH,7,常 温 下,下列表述有何区别？,酸性溶液是否,OH,-,=0,碱性溶液是否,H,+,=0,常见液体的,pH,液体名称,pH,液体名称,pH,胃 液,柠檬汁,醋,葡萄汁,橙 汁,尿,1.03.0,2.4,3.0,3.2,3.5,4.88.4,唾 液,牛 奶,纯 水,血 液,眼 泪,6.57.5,6.5,7.0,7.347.45,7.4,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,说明：,pH,值,一般仅适用于,c(H,3,0,+,),或,c(OH,-,),为,1mo1,L,-1,以下的溶液,；如果,c(H,3,0,+,)1mo1,L,-1,，则,pH 1mo1,L,-1,，则,pH14,。在这种情况下，就直接写出,c(H,3,0,+,),或,c(OH,-,),表示，通常不用,pH,值来表示这种溶液的酸碱性。,pH 1 2 3 4 5 6,7,8 9 10 11 12 13 14,强酸性,中性,强碱性,溶液中氢离子和氢氧根浓度：,？,溶液的酸碱性和,pH,测定,酸碱指示剂,可确定,pH,值大概范围,pH,试纸,(,广泛、精密,),测出,pH,的粗略,值,3) pH,计（仪器）,精确测出,pH,值,4),滴定法,测出酸、碱浓度,计算在,25,时浓度为,1.0,10,8,mol,L,1,盐酸溶液的,pH.,c(H,+,),1.0,10,8,mol,L,-1,pH, 8,酸的溶液显碱性，,为什么？,没有考虑水的离解,!,例：,在,100,o,C,，水的,K,w, 5,.5,10,13,c(H,+,), 7.4 ,10,7,pH, pOH = 6.1,，此时溶液为中性,pH, 6.5,的水溶液一定为酸性吗？,问题：,A.,定义和组成,（3）酸碱指示剂,能借助颜色的改变来指示溶液,pH,值的物质，它的,组成一般是有机的,弱酸或弱碱,，且,分子的颜色与离子的颜色不同,。,英国化学家、物理学家,波义耳,(Robert Boyie,1646年,),为什么,会指示溶液酸碱性呢？,石蕊,是由各种地衣制得的蓝色色素，其主要成份是石蕊精,C,7,H,7,O,4,N,B.,酸碱指示剂的变色原理,红色,蓝色,当,c(HIn)=c(In,-,),时溶液呈,紫色,，此时指示剂的电离度为,50%,，,c(H+)=Ka,，溶液的,PH,值为该指示剂,变色点,。,符号,In,来自英文,Indicator,，,HIn,表示指示剂的共轭酸，称谓,“,酸型,”,，,In,表示指示剂的共轭碱，称谓,“,碱型,”,。,酚酞,-,单色,在酸性溶液无色，在碱性溶液中转化为醌式后显红色,（,phenolphthalein PP,）,甲基橙,-,双色,pH 3.1,酸式色，红色；,pH 4.4,碱式色，黄色；,pH = 3.1-4.4,，两种形式共存，为混合色，橙色。,（,methyl orange,MO,）,自制酸碱指示剂,下列植物花或叶，捣碎研磨，加入酒精，取浸出液，加入酸或碱，观察颜色变化。,C.,指示剂的变色范围：,思考题：,由弱碱组成的指示剂变色范围？,说明：,变色范围 酸色 中间色 碱色,甲基橙,3.1,4.4,红,橙,黄,酚 酞,8.0,10.0,无色,粉红,红,石 蕊,3.0,8.0,红,紫,蓝,一般情况下每种指示剂它的,变色点,上下各一个,pH,单位为其,变色范围,，但由于人的肉眼对各种颜色的敏锐程度不同，因此其范围也各有差异。,指示剂用量：,指示剂用量的多少对它的变色范围是有影响的。,离子强度和溶剂的影响：增加离子强度，指示剂的理论变色点变小。,问题：,温度是否对指示剂的变色范围,有影响？为什么？,混合指示剂,（,mixed indicator,）,同时使用,两种指示剂,，利用彼此颜色之间的互补作用，使,变色更加敏锐,。如溴甲酚绿和甲基红。,若由,指示剂与惰性染料,混合也是利用颜色的互补作用提高变色的敏锐度。如亚甲基蓝，靛蓝二磺酸钠。,若滴定终点限制在很窄的,pH,范围内，可采用混合指示剂。终点颜色变化的不确定度由,0.3pH,提高到,0.2pH,。,6.2.2 一元弱酸、弱碱的解离平衡,1一元弱酸的解离平衡,H,2,O(l) + HA(aq) H,3,O,+,(aq) + A,-,(aq),当反应达平衡时，有：,弱酸,HA,的解离常数，它的数值表明了酸,的相对强弱。在相同,T,下， 大的是较强,的酸，其给出质子的能力较强。,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,确定了弱酸的解离常数，就可以计算已知浓度的弱酸溶液的平衡组成。同样可以借助于,pH,计测定溶液的,pH,值来确定弱酸的解离常数。,或简写成：,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,实际上，在弱酸溶液中同时存在弱酸和水的两种解离平衡：,H,2,O(l) + H,2,O(l) H,3,O,+,(aq) + OH,-,(aq),H,2,O(l) + HA(aq) H,3,O,+,(aq) + A,-,(aq),它们都能解离出,H,3,O,+,，,两者之间相互联系，相互影响。通常情况下， ，只要,c(HA),不是很小，,H,3,O,+,主要由,HA,解离产生，因此，计算,HA,溶液中的,c(H,3,O,+,),时，可以不考虑水的解离平衡。,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,初始浓度/,molL,-1,0.10 0 0,平衡浓度/,molL,-1,0.10x x x,x = 1.310,-3,（,molL,-1,）,解：,H,2,O(l) + HAc(aq) H,3,O,+,(aq) + Ac,-,(aq),例：,计算0.10,molL,-1,HAc,溶液中的,H,3,O,+,、Ac,-,、HAc、,OH,-,浓度及溶液,pH。,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,c,(H,3,O,+,) =,c,(Ac,-,) = 1.310,-3,molL,-1,c,(HAc) = (0.101.310,-3,) molL,-1,0.10 molL,-1,c,(OH,) =7.710,-12,molL,-1,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,可见， 若 ，且,c,(HA),不是很小，,HA,溶液中的,c(H,3,O,+,),及,pH,可用下列简化公式计算：,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,c,a,- x c,a,此式为弱酸溶液酸度的近似计算公式，其使用的条件是,c,a,/Ka500,其酸的电离度,5%,可以使氢离子浓度等的计算误差小于或等于,2.2%,可以满足一般的运算要求。,讨论：,c,a,/Ka,、离解度和最简式计算的相对误差,c,a,/Ka,相对误差,/ %,100,9.53,%,+5.2,300,5.6,%,+2.9,500,4.4,%,+2.2,1000,3.1,%,+1.6,解离度(,a,)：,已解离的分子数与分子总数之百分比,弱酸的解离度的大小也可以表示酸的相对强弱。在温度、浓度相同的条件下，,大的酸， 大，其,pH,值小，为较强的酸；反之，,小的酸， 小，其,pH,值大，为较弱的酸。,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,稀释定律：在一定温度下（,K,a,为定值），某弱电解质,的解离度随着其溶液的稀释而增大。,解离度,与,K,a,的关系：,HA(aq) H,+,(aq) + A,-,(aq),初始浓度,c,0 0,平衡浓度,c ca,ca,ca,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,2. 一元弱碱的解离平衡,一元弱碱的解离平衡组成的计算与一元弱酸的解离平衡组成计算类似。,B(aq) + H,2,O(l) BH,+,(aq) + OH,-,(aq),弱碱,B,的解离常数,对于一元弱碱：,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,例：,已知25时， 0.200,molL,-1,氨水的解离度为 0.95%，求,c,(OH,-,)、pH,值和氨的解离常数。,解：,NH,3,(aq) + H,2,O(l) NH,4,+,(aq) + OH,-,(aq),c,0,0.200 0 0,c,eq,0.200(1 0.95%) 0.2000.95% 0.2000.95%,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,在计算结果出来后应进行分析，在误差较大时也可用逐步逼近法进行计算。,若存在同离子效应，则可用下述公式进行计算：,注意：,为什么？同学课后自行推出！,一元弱酸(弱碱)溶液,H,+,和,pH,值计算公式,：,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,讨论：,500,b,b,c,K,q,-,稀释定律,c,a, ,离解（电离）度和电离常数,电离度,和,电离常数,都可以用来比较弱电解质的相对强弱，电离常数是化学平衡常数的一种表现形式，电离度是转化率的一种表现形式；,电离常数不受浓度影响,，对于某一弱电解质来说，它是一个特征常数，而,电离度则随浓度而变化。,1.,H,+,K,a1,，(11),式中,K,a1,+ c,0, c,0，,则,若 ，则,只要符合上述有关近似条件，就可以利用上式计算出酸式盐溶液的,pH,值。这种粗略计算出的,pH,值与酸式盐的初始浓度无关。,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,同理，,Na,2,HPO,4,溶液：,NaH,2,PO,4,溶液：,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,酸式盐溶液,H,+,和,pH,值计算公式：,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,4.弱酸弱碱盐,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,若,K,a,K,b,，溶液显酸性：,若,K,a,K,b,，溶液显酸性：,若,K,a,= K,b,，溶液显中性：,例如：,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,pH7,强酸强碱盐,NaCl，KNO,3,，BaI,2,弱酸弱碱盐,K,a,=,K,b, NH,4,Ac,pH7,弱酸强碱盐,NaAc，NaCN，Na,2,CO,3,酸式盐,Na,2,HPO,4,，NaHCO,3,弱酸弱碱盐,K,a,K,b, (NH,4,),2,CO,3,，NH,4,CN,pH,K,b, NH,4,F，NH,4,(HCOO),盐溶液的酸碱性的一般规律：,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,5. 影响盐类水解的因素, 盐的浓度,：,T,一定，,c,盐, 水解度增大,(稀释,定律), 温度,：水解反应为吸热反应， 0，,T,水解度增大。,加热和稀释对水解有利。,6.2 弱酸弱碱的解离平衡, 溶液的酸碱度,：加酸可引起盐类水解平衡的,移动。,例如加酸能抑制下述水解产物的生成：,有些盐类，如,Al,2,S,3,、(NH,4,),2,S,可以完全水解。,6.2 弱酸弱碱的解离平衡,