酸碱和沉淀 (4-1)

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,*,本章要求,学会应用化学平衡及平衡移动原理，讨论弱电解质（包括水、弱酸、弱碱）在水溶液中的电离平衡，盐的水解平衡及难溶电解质的沉淀溶解平衡。,掌握离子平衡的有关计算。,课时,:8,第,四,章,酸碱和沉淀,1,基本知识,(,一,),溶液,(Solution),1,、,定义,由两种以上为物质混和而成的均相、稳定的稀释体系,。,2,、溶液的形成,溶解过程,2,溶液,气体溶液,例：空气（,21%O,2,，,78,N,2,，,1,CO,2,，,CO,，,NO,x,，,SO,x,，,H,2,O(g),）,液体溶液,例：氨水，,NaCl,水溶液，乙酸水溶液,固体溶液,（合金）,钢（,Fe,C,Mn,Ni,Co,）,黄铜,Cu,Zn,Nd,-Fe-B,合金,3,（二）,Arrhenius,电离学说,1.,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),。,2.,溶液中电解质只是部分电离，,电离的百分率称为“电离度”。,3.,电离是在电解质溶解的过程中发生的。,溶液中离子浓度,，则,溶液的导电能力,4,1923,年由,Debye,和,Hckel,提出。,4-1,强电解质溶液理论,1.,离子氛,电解质在水溶液中完全电离；但异性离子之间互相吸引，形成“离子氛”，故其行动不完全自由，迁移速率减小,.,1-1,离子氛和离子强度,5,2,、离子强度（,I,）,是用来衡量溶液中离子与它的“离子氛”相互作用强弱的物理量。,离子的浓度越大，所带的电荷越多，则作用越强。,I=,1,2,m,i,z,i,2,m,i,表示,i,种离子的质量摩尔浓度；,z,i,表示,i,种离子的电荷数。,（mol,kg,-1,）,6,1-2,活度和活度系数,（,2,）,1907,年由美国物理化学家,Lewis,提出了活度的概念。,（,1,）离子间的相互作用,实际发挥作用的浓度比电解质完全电离的浓度的要低,活度（,Activity,a,）,电解质溶液中离子实际发挥作用的浓度,a=f c,lg,f,=-0.0509Z,+,Z,-,I,如果离子强度,I,，,a,。,f,=1.0?,7,42,弱酸弱碱的电离平衡,水的离子积和溶液的,pH,值,一元弱酸（弱碱）的电离平衡多元弱酸的电离平衡,电离常数和电离度,缓冲溶液,同离子效应,盐效应,酸碱指示剂,8,2-1,水的离子积和溶液的,pH,值,一、水的离子积,纯水有微弱的导电性，表明它有微弱的自偶电离,（,self-ionization of water,）,H,2,O+H,2,O=OH,-,+H,3,O,+,简写为：,H,2,O=H,+,+OH,-,9,平衡常数为：,纯水浓度,H,2,O,为一常数，,298 K,时为,1000 g.dm,-3,/18 g.mol,-1,=55.56 mol.dm,-3,K,c,=,H,+,OH,-,H,2,O,K,w,=(1.004,10,-7,),2,=1.008,10,-14,K,w,=H,+,OH,-,=,K,c,H,2,O,经测定：,298K,，,纯水中,H,+,=OH,-,=1.004,10,-7,mol,dm,-3,10,室温下：,H+,1,10,-7,溶液,酸性,H,+,=1,10,-7,溶液,中性,H,+,1,10,-7,溶液,碱性,11,温度,T,，则,K,w,，,H,2,O,电离是一个吸热过程,：,T,/K,K,w,278,1.910,-15,288,4.610,-15,298,1.010,-14,308,2.110,-14,318,3.910,-13,Room Temperature:,K,w,=1.010,-14,12,2,、溶液的,pH,值,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。,（,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）,定义：,pH=,-,lg,a,H,+,pH=-,lg,H,+,pOH,=-,lg,OH,-,13,pH=7.0,溶液呈中性,pH 7.0,溶液呈碱,K,w,=H,+,OH,-,=1.0,10,-14,两边取负对数：,由于水溶液中：,14,一些“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,-14,15,2-2,弱酸（弱碱）的解离平衡,（,Acetic Acid,）,K,a,称为“解离平衡常数”,HAc,+H,2,O=H,3,O,+,+Ac,-,可简为：,HAc,=H,+,+Ac,-,1,、解离常数和解离度,K,a,=,H+,Ac,-,HAc,K,a,=,H,+,Ac,-,HAc,稀溶液,=c,16,H,+,2,+,K,a,H,+,-,K,a,c,0,=0,令,c,0,为,HAc,溶液的起始浓度，平衡时有：,H,+,=Ac,-,HAc,=c,0,H,+,K,a,=,H,+,2,c,0,-H,+,H,+,=？,17,当,c,0,/,K,a,400,H,+,2,c,0,K,a,=,H,+,2,c,0,-H,+,H,+,=,K,a,c,0,对于一元弱碱,:,OH,-,=,K,b,c,0,18,一般来说,K,a,10,-2,强酸,K,b,10,-2,强碱,=10,-2,-10,-5,中强酸,=10,-2,-10,-5,中强碱,10,-5,弱酸 ,10,-5,弱碱,对于指定的酸（碱），,K,只与温度有关,，而与酸（碱）溶液的起始浓度无关。,19,电离度（,),：即电离平衡时电解质已,电离部分占总量的百分比。,电解质在指定条件下电离的程度不但与,K,有关，而且与电解质的起始浓度有关。,对于弱酸,:,=,K,a,c,0,弱碱,:,=,K,b,c,0,20,例：,298K,K,a,(,HAc,)=1.810,-5,c,0,1.0,0.42%,0.10,1.33%,0.010,4.20%,0.0010,13.3%,21,例,1,：求,0.10moldm,-3,HAc,溶液的,H,+,和,电离度,(298 K,K,a=1.8,10,-5,),。,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,22,（,1,）精确解上述方程,得：,23,（,2,）,用近似公式,:,c,/,K,a,=5682,400,时,K,a,=,x,2,/0.10,与精确解,(1.34,10,-3,),相对误差,400,可用近似公式得：,=,x,2,0.05-x,1.1,10,-7,x=7.4,10,-5,H,+,=HS,-,=7.410,-5,mol,dm,-3,28,S,2-,由第二步电离计算：,可见，二元弱酸水溶液中，,二元弱酸根,K,a,2,H,+,=HS,-,=7.410,-5,mol,dm,-3,29,H,2,S(aq),中,S,2-,与,H,+,的关系,H,2,S(aq)=H,+,+HS,-,K,a1,=(H,+,HS,-,)/H,2,S,HS,-,=H,+,+S,2-,K,a2,=(H,+,S,2-,)/HS,-,K,a1,K,a2,=(H,+,2,S,2-,)/H,2,S,S,2-,=(,K,a1,K,a2,H,2,S)/H,+,2,即,S,2-,与,H+,2,成反比，受,H,+,控制,。,30,2-3,缓冲溶液,31,例：,HAc+NaAc,溶液,强电解质,弱电解质,根据浓度改变使平衡移动的规律,，,将使电离度,。,1,、,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，使前者的电离平衡的电离度减小的方向移动，称为“同离子效应”。,32,教材,P107,例,4.4,，求,OH,-,和,解：,NH,3,H,2,O=NH,4,+,+OH,-,起始相对浓度,0.10 0 0,平衡相对浓度,0.10-,x,x,x,OH,-,=1.34 10,-3,mol,dm,-3,=1.34%,K,a,=,x,2,0.1,x,=,x,2,0.1,=,1.8 10,-5,NH,3,H,2,O+NH,4,Cl:,33,加入,NH,4,Cl,后：,解：,NH,3,H,2,O=NH,4,+,+OH,-,起始相对浓度,0.10 0.2 0,平衡相对浓度,0.10-,y,0.2+,y,y,K,a,=,y,(0.2+,y,),0.1,y,y=OH,-,=9.0,10,-6,mol,dm,-3,，,=9.0,10,-3,%,34,2,缓冲溶液的概念,缓冲溶液,能够抵抗外加的少量强酸、强碱或稀释的影响，本身的,pH,不显著变化的溶液。,35,缓冲溶,液,应用：工业、农业、生物、医学、化学,例,1,：,人血,，,人生命有危险。,人血中含缓冲对：,，,例,2,：分析化学,NH,3,NH,4,Cl pH=9.0,缓冲液中,:,完全，而,不沉淀。,例,3,：土壤中，硅酸，磷酸，腐植酸与其盐组成“缓冲对”，,pH=5.08.0,的土壤适合农作物生长。,36,3,、缓冲作用原理,定性解释,例：,HAc,NaAc,缓冲溶液,c,HAc,、,c,NaAc,较大，而,H,+,较小。,外加少量,HCl(aq,),：,HAc,的电离平衡左移，,，重新平衡时,H,+,增加不多,。,外加少,NaOH(aq,),：,HAc,电离平衡右移，,，重新平衡时,H,+,减少不多。,加少量水稀释：,c,HAc,，,据稀释律：,，,，使达到新平衡时,H,+,减少不多。,37,4,、缓冲溶液的定量计算：,HAc,NaAc,缓冲溶液,:,NaAc,Na,+,+Ac,-,HAc,=H,+,+Ac,-,K,a=(H,+,Ac,-,)/,HAc,K,a=(H,+,c,盐,)/(,c,酸,-H,+,),c,酸,-H,+,c,酸,H,+,K,a,c,酸,/,c,盐,38,对酸,盐组成的酸性缓冲液：,对碱,盐组成的,碱,性缓冲液：,取负对数,：,可见，缓冲液,pH,（或,pOH,）,值取决于共轭酸碱对的浓度比。,若,C,酸,/C,共轭碱（或,C,碱,/C,共轭酸）,=1,：,1,，此时“缓冲能力”最大。,39,通常,c,酸,c,盐,（或,c,碱,c,盐,）浓度各为,0.1,或,1 mol,dm,-3,而,c,酸,/,c,共轭碱,（或,c,碱,/,c,共轭酸,）,=1/10-10/1,，得：,pH=,p,K,a,1,（,缓冲范围）,pOH,=,p,K,b,1,共轭酸,碱对作缓冲溶液时，它们不应与在该缓冲溶液中的反应物或产物发生化学反应。,自学,P112,例,4.6,40,2-4,盐效应（,Salt Effect,）,例,1,：把,NaCl(s,),加入到,HAc,溶液中,No.,溶液,1,1.3%,2,1.7%,41,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,，,导致正、负离子的平均活度系数,f,，,而离子活度,a,，,不易重新结合成为弱酸（弱碱）分子。,42,lg,f,=-0.509 Z,+,Z,-,I,(298 K),a,i,=,f,(,c,i,/,c,i,),显然，“同离子效应”发生的同时，也有“盐效应”，但前者影响大得多。,“盐效应”不要求定量计算,。,43,2-5,酸碱指示剂,(1),定义,:,借助颜色变化指示溶液酸碱性的物质，称为“酸碱指示剂”。,例：甲基橙（,HIn,）,是一种弱酸，在水溶液中存在电离平衡：,红色,黄色,(2),电离常数（酸常数）,：,K,i,=,H,+,In,-,HIn,在一定温度下，,K,i,为常数,44,In,-,:,HIn,观察到溶液颜色,1/1,橙（中间色）,10/1,黄（碱色）,1/10,红（酸式）,In,-,(黄),HIn,(,红,),=,K,i,H,+,45,(3),指示剂