第九章酸碱平衡.ppt

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,*,9-1,酸碱理论,一、,S.Arrhenius,酸碱理论,（经典酸碱理论）,28,岁的瑞典科学家,S.Arrhenius,于,1887,年提出,。,二、酸、碱,质子,理论,（,Proton Theory of Acid and Base,）,1923,年由丹麦化学家,Br,nsred,（布朗斯特）和英国化学家,Lowry,（劳莱）提出。,三、酸碱电子理论,1923,年，由美国物理化学家,Lewis,提出，又称,“,Lewis,”,酸碱理论。,第九章 酸碱平衡,一、,S.Arrhenius,酸碱理论,（一）酸碱定义,电离时产生的,阳离子全部是,H,+,的化合物称为,“,酸,”,；电离时产生的,阴离子全部是,OH,-,的化合物称为,“,碱,”,。,（二）,S.Arrhenius,酸碱理论,的,优点,1.,从组成上,揭示了酸碱的本质,，指出,H,+,是酸的特征，,OH,-,是,碱的特征。,2.,解释了,“,中和热,”,的值：,（放热）,3,.,找出了衡量,酸、碱强度的标度,（,K,a,、,K,b,、,pH,）。,（三）,S.Arrhenius,酸碱理论,的,局限性,酸碱被限于水溶液,非水体系不适用,例,:,液氨中，,KNH,2,(,氨基化钾,),使酚酞变红,碱？,碱？,酸？,水溶液中,HSO,4,-,酸？碱？,Na,2,CO,3,碱？,二、酸、碱质子理论,（一）酸碱定义,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,”,。,（二）酸碱举例,酸,分子,HCl,H,2,SO,4,H,3,PO,4,H,2,O,离子,NH,4,+,HSO,4,-,H,2,PO,4,-,HPO,4,2-,碱,分子,H,2,O,NH,3,，,Na,2,CO,3,离子,OH,-,HSO,4,-,H,2,PO,4,-,HPO,4,2-,两性物,分子,H,2,O,离子,HSO,4,-,H,2,PO,4,-,HPO,4,2-,（三）酸碱共轭关系,酸强度,，其共轭碱（,conjugate base,）,强度。,（四）酸碱反应的实质,例：,（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。,质子传递,酸,1,碱,2,碱,1,酸,2,如：,HCl,Cl,-,+H,+,NH,4,+,NH,3,+H,+,单独一对共轭酸碱本身是不能发生酸碱反应的,酸碱半反应,HCl,+NH,3,Cl,-,+NH,4,+,两对共轭酸碱对才能发生酸碱反应,（五）酸碱质子理论的,优点,和,局限性,1,、优点：,（,1,）扩大了酸、碱范围，不局限于水溶液体系,（,2,）把阿仑尼乌斯理论中的电离、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,3,三、酸碱电子理论,(Lewis,酸碱电子理论,),（一）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,）,H,+,Cu,2+,Ag,+,BF,3,碱,电子给予体（,Electron donor,）,OH,-,NH,3,F,-,（二）酸碱反应的实质,通过电子对的授,-,受形成配位键，,生成酸碱配合物。,例,:,H,+,+OH,-,HOH,H,+,+,Cl,-,H,Cl,BF,3,+F,-,BF,4,-,酸 碱 酸碱配合物,（三）酸碱电子理论,优、,缺点,优点：,酸碱范围几乎无所不包,凡“缺电子”的分子或离子都是酸,例如金属阳离子,M,n,+,H,+,BF,3.,凡可给出“电子对”的分子,或,离子都是碱。,大多数无机和有机化合物可视为酸碱加合物（配合物）。,缺点：,太笼统，酸碱特征不易掌握。,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,一、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,-,9-2,水的离子积和,pH,相应的浓度平衡常数为：,纯水浓度,H,2,O,为一常数，,298 K,为,1000 g.dm,-3,/18 g.mol,-1,=55.56 mol.dm,-3,令,，,称为水的,“,离子积常数,”,，得：,经测定：,298K,，,纯水中：,K,w,=(1.004,10,-7,),2,=1.008,10,-14,温度,T,，,则,K,w,，,T,/K,K,w,273,1.139,10,-15,295,1.000,10,-14,298,1.008,10,-14,323,5.474,10,-14,373,5.5,10,-13,R.T.:,K,w,=1.010,-14,H,2,O,电离是一个吸热过程,二、溶液的酸碱性及,pH,标度,由于水溶液中存在,H,2,O,的自偶电离平衡：,H,2,O+H,2,O=OH,-,+H,3,O,+,简写为：,H,2,O=H,+,+OH,-,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,pH,标度,为了方便指示水溶液的酸碱性，丹麦,生理学家索仑生,S.P.L.S,rensen,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）,又,pH +,pOH,=,pK,w,pH,pOH,pH +,pOH,=14,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,例：,某水溶液中,H,+,=3.0,10,-10,mol,dm,-3,求其,pH,值,。,解：,pH,一、一元弱酸（弱碱）的电离平衡,(,一）电离平衡常数,(,二）电离度（,）,(,三）有关电离的计算,（四）影响电离平衡的因素,二、多元弱酸的电离平衡,9-3,弱酸弱碱的电离平衡,强电解质在溶液中是,完全电离,的。,HCl,H,+,（aq,）,+,Cl,-,（aq,）,HNO,3,H,+,（aq,）,+NO,3,-,（aq）,NaOH,Na,+,（,aq,）,+OH,-,（,aq,）,等,如：,一、强电解质,弱电解质：,弱酸、弱碱在水中不完全电离。,二、弱电解质,（一）电离度（,）,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。,例：,在溶液中：,HAc,电离：,酸常数,在水溶液中，共轭酸碱对的强度还可以定量表示。,（二）电离常数（酸常数、碱常数）,共轭碱,Ac,-,电离：,碱常数,其中,对应于,（水的自偶电离）,Kw,称为水的离子积常数，简称“离子积”。,（三）电离度与电离平衡常数的关系,例：,HAc,=H,+,+Ac,-,当,5%,或,c,/,K,a,500,时，,1-,1,上式简化为：,K,a,=,c,2,或,=(,K,a,/,c,),起始相对浓度,c,0 0,平衡相对浓度,c-c,c,c,例：,298K,，,K,a,(,HAc,)=1.76,10,-5,按 式计算,c,1.0,0.42%,0.10,1.33%,0.010,4.20%,0.0010,13.3%,可见,:,K,a,比,更反映弱酸（弱碱）的本质。,三、,“,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,”,。,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，,NH,3,（,l,）把,HAc,和,HCl,的酸性,“,拉平,”,。原因是,NH,3,(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,”,。,例,2,、,H,2,O,是,HCl,、,HBr,、,HI,的拉平试剂,而,CH,3,OH,是,HCl,、,HBr,、,HI,的区分试剂,原因,，原因是,CH,3,OH,碱性较弱（难接受,H,+,），,故把,HCl,、,HBr,、,HI,酸性强弱区分开来。,9-3,水溶液化学平衡的计算,一、一元弱酸,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,例,1,：求,0.10mol,dm,-3,HAc,溶液的,pH,和,电离度,(298 K,K,a,=1.8,10,-5,),。,（,2,）用近似公式,:,c,/,K,a,=5682,500,K,a,=X,2,/0.10,得：,与精确解,(1.34,10,-3,),相对误差,1%,（,1,）精确解上述方程,（或写为,%=1.3),得：,二、影响电离平衡的因素,1.,温度,2.,同离子效应,3.,盐效应,T,/K,K,a,(,HAc,),K,b,(NH,3,),273,1.65710,-5,1.34710,-5,283,1.72910,-5,1.57010,-5,293,1.75310,-5,1.71010,-5,303,1.76010,-5,1.82010,-5,在,R.T.,范围，,K,a,随,T,的变化小，可忽略。,1,、温度的影响,K,a,随,T,的变化,T,，,K,2,、同离子效应,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,但,K,a,不变（因,T,不变）。,例：把,NaAc(s,),加到,溶液中，使,（忽略溶液体积的变化），求,H,+,和,（已知,298K,，,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,H,+,(,K,a,c,酸,)/,c,共轭碱,汉德森公式,K,a,=(H,+,c,共轭碱,)/,c,酸,=1.76 10,-5,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,:,H,+,=1.310,-3,=1.3%,可见，,NaAc,的加入,，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，使前者的电离平衡的电离度减小的方向移动，称为,“