第三章酸碱平衡

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,第三章 酸碱平衡,3,酸碱质子理论概述,3.2,水的,解,离平衡和,pH,值,3.3,弱酸、弱碱的,解,离平衡,3.3,缓冲溶液,3.5,酸碱指示剂,3.6,酸碱,电,子理论与配合物概述,3.7,配位反应与配位平衡,3.1.1,历史回顾,3.1.2,酸碱质子理论的基本概念,3.1.3,酸的相对强度和碱的相对强度,3.1,酸碱质子理论概述,3.1.2,酸碱质子理论的基本概念,酸：,凡是能释放出质子（,H,+,）,的任何含氢原子的分子或离子的物种。,（质子的给予体）,碱：,凡是能与质子（,H,+,）,结合的分子或离子的物种。,（质子的接受体）,酸,H,+,+,碱,酸 ,H,+,+,碱,例：,HAc,的共轭碱是,Ac,，,Ac,的共轭酸,HAc,，,HAc,和,Ac,为一对共轭酸碱。,两性物质：,既能给出质子，又能接受质子的物质。,(1),酸碱解离反应是质子转移反应,，如,HF,在水溶液中的解离反应是由给出质子的半反应和接受质子的半反应组成的。,HF(,aq,)H,+,+F,(,aq,),H,+,+H,2,O(l)H,3,O,+,(,aq,),HF(,aq,)+H,2,O(l)H,3,O,+,(,aq,)+F,(,aq,),(2),水是两性物质，它的自身解离反应也是质子转移反应：,H,2,O(l)+H,2,O(l)H,3,O,+,(,aq,)+OH,(,aq,),H,+,酸,(1),碱,(2),酸,(2),碱,(1),(3),盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。,例如,NaAc,水解：,Ac,+H,2,O OH,+,HAc,H,+,酸,(1),碱,(2),酸,(2),碱,(1),NH,4,Cl,水解,:,+H,2,O H,3,O,+,+NH,3,H,+,酸,(1),碱,(2),酸,(2),碱,(1),(4),非水溶液中的酸碱反应，例如,NH,4,Cl,的生成：,H,+,液氨中的酸碱中和反应：,H,+,3.1.3,酸的相对强度和碱的相对强度,区分效应,：用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来，称为溶剂的,“,区分效应,”,。,例如，,H,2,O,可以区分,HAc,，,HCN,酸性的强弱。,拉平效应,：溶剂将酸或碱的强度拉平的作用，称为溶剂的,“,拉平效应,”,。,酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子的能力的强弱。,水对强酸起不到区分作用，水能够同等程度地将,HClO,4,，,HCl,，,HNO,3,等强酸的质子全部夺取过来,。,酸越强其共轭碱越弱碱越强其共轭酸越弱,选取比水的碱性弱的碱，如冰醋酸为溶剂对水中的强酸可体现出区分效应。例如上述强酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：,5.2.1,水的解离平衡,5.2.2,溶液的,pH,值,3.2,水的解离平衡与溶液的,pH,值,3.2.1,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,),水的离子积常数，简称水的离子积。,25,纯水,100,纯水,3.2.2,溶液的,pH,值,3.3.1,一元弱酸、弱碱的解离平衡,3.3.2,多元弱酸的解离平衡,3.3.3,盐溶液的酸碱平衡,3.3,弱酸、弱碱的解离平衡,3.3.1,一元弱酸、弱碱的解离平衡,1,一元弱酸的解离平衡,初始浓度,/,mol,L,-1,0.10 0,0,平衡浓度,/,mol,L,-1,0.10,x x x,x=1.310,3,解离度,(,a,),c,(H,3,O,+,)=,c,(Ac,)=1.310,3,mol,L,-1,c,(,HAc,)=(0.10,1.310,3,),mol,L,-1,0.10,mol,L,-1,c,(OH,)=7.710,12,mol,L,-1,HA(,aq,),H,+,(,aq,)+A,(,aq,),初始浓度,c,0,0,平衡浓度,c c,c,c,稀释定律：在一定温度下（,为定值），某弱电解质的解离度随着其溶液的稀释而增大。,与 的关系：,解：,c,0,0.200 0 0,c,eq,0.200(1 0.95%)0.2000.95%0.2000.95%,2.,一元弱碱的解离平衡：,例：已知,25,时，,0.200,mol,L,-1,氨水的解离度为,0.95%,，求,c,(OH,),pH,值和氨的解离常数。,3.3.2,多元弱酸溶液的解离平衡,(,分步解离）,例题：计算,0.010,mol,L,-1,H,2,CO,3,溶液中的,H,3,O,+,H,2,CO,3,，,和,OH,的浓度以及溶液的,pH,值。,结论,：,多元弱酸的解离是分步进行的，一般 溶液中的,H,+,主要来自于弱酸的第一步解离，计算,c,(H,+,),或,pH,时可只考虑第一步解离。,对于二元弱酸，当 时，,c,(,酸根离子,),，而与弱酸的初始浓度无关。,对于二元弱酸，若,c,(,弱酸,),一定时，,c,(,酸根离子,),与,c,2,(H,3,O,+,),成反比。,3.3.3,盐溶液的酸碱平衡,1,强酸弱碱盐（离子酸）,(1)+(2)=(3),则,2.,弱酸强碱盐（离子碱）,NaAc,NaCN,一元弱酸强碱盐的水溶液成碱性，因为弱酸阴离子在水中发生水解反应。如在,NaAc,水溶液中：,多元弱酸强碱盐也呈碱性，它们在水中解离产生的阴离子都是多元离子碱，它们的水解都是分步进行的。,如,Na,3,PO,4,的水解：,例题：计算,0.10,mol,L,-1,Na,3,PO,4,溶液的,pH,值。,c,eq,/(,mol,L,-1,),0.10,x,x,x,解：,3.,酸式盐,解离大于水解，,NaH,2,PO,4,溶液显弱酸性；相反，,Na,2,HPO,4,溶液解离小于水解，显弱碱性。,思考：其相关常数等于多少？,*,4.,弱酸弱碱盐,5.,影响盐类水解的因素,盐的浓度：,c,盐,水解度增大。,有些盐类,如,Al,2,S,3,(NH,4,),2,S,可以完全水解,。,温度：,水解反应为吸热反应，,0,，,T,，,水解度增大。,总之，加热和稀释都有利于盐类的水解。,溶液的酸碱度：,加酸可以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。,5.4.1,同离子效应,5.4.2,缓冲溶液,5.4.3,缓冲溶液,pH,值的计算,*,5.4.4,缓冲范围和缓冲能力,3.4,缓冲溶液,3.4.1,同离子效应,HAc,(,aq,)+H,2,O(l)H,3,O,+,(,aq,)+,平衡移动方向,NH,4,Ac(,aq,)(,aq,)+,Ac,(,aq,),Ac,(,aq,),同离子效应,：在弱电解质溶液中，加入与其含有相同离子的易溶强电解质而使弱电解质的解离度降低的现象。,例：在,0.10,mol,L,-1,的,HAc,溶液中，加入,NH,4,Ac(s),，,使,NH,4,Ac,的浓度为,0.10,mol,L,-1,，,计算该溶液的,pH,值和,HAc,的解离度。,解：,HAc,(,aq,)+H,2,O(l),H,3,O,+,(,aq,)+Ac,(,aq,),c,0,/(,mol,L,-1,),0.10,0 0.10,c,eq,/(,mol,L,-1,),0.10,x,x,0.10+,x,x,=1.810,-5,c,(H,+,)=1.810,-5,mol,L,-1,pH=4.74,，,=0.018%,0.10,x,0.10,0.10,mol,L,-1,HAc,溶液：,pH=2.89,，,=1.3%,50,mLHAc,NaAc,c,(,HAc,)=,c,(,NaAc,)=0.10molL,-1,pH=4.74,缓冲溶液：具有能保持本身,pH,值相对稳定,性能的,溶液,(,也就是不因加入少量强酸或强碱而显著改变,pH,值,的,溶液,),。,3.4.2,缓冲溶液,加入,1,滴,(0.05,ml)1molL,-1,HCl,加入,1,滴,(0.05,ml)1molL,-1,NaOH,实验：,50,ml,纯水,pH=7 pH=3 pH=11,pH=4.73,pH=4.75,缓冲作用原理,加入少量强碱,：,溶液中大量的,A,与外加的少量的,H,3,O,+,结合成,HA,，,当达到新平衡时,，,c,(HA),略有增加,，,c,(A,),略有减少，,变化不大，因此溶液的,c,(H,3,O,+,),或,pH,值基本不变。,加入少量强酸,：,溶液中较大量的,HA,与外加的少量的,OH,生成,A,和,H,2,O,，,当达到新平衡时,c,(A,),略有增加,c,(HA),略有减少，变化不大，因此溶液的,c,(H,3,O,+,),或,pH,值基本不变。,3.4.3,缓冲溶液,pH,值的计算,弱酸,弱酸盐,：,例,HAc,NaAc,，,H,2,CO,3,NaHCO,3,式中,c,(HA),c,(A,),为,平衡浓度，但是，由于同离 子效应的存在，通常用初始浓度,c,0,(HA),c,0,(A,),代,之。,2.,弱碱,弱碱盐,NH,3,H,2,O NH,4,Cl,3.,由多元弱酸酸式盐 组成的缓冲溶液,如,NaHCO,3,Na,2,CO,3,NaH,2,PO,4,Na,2,HPO,4,溶液为酸性或中性,溶液为碱性,应按水解平衡精确计算。,结论：,缓冲溶液的,pH,值主要是由,或 决定的，,缓冲溶液的缓冲能力是有限的；,缓冲能力与缓冲溶液中各组分的浓度有关，,c,(HA),，,c,(B),及,c,(A,),或,c,(BH,+,),较 大时,缓冲能力强。,。,例题,：求,300,mL,0.50molL,-1,H,3,PO,4,和,500,mL,0.50molL,-1,NaOH,的混合溶液的,pH,值。,解：先反应再计算,反应,继续反应,例题,若在,50.00,ml 0.150molL,-1,NH,3,(,aq,),和,0.200,mol,L,-1,NH,4,Cl,组成的缓冲溶液中，加入,0.100,ml 1.00,mol,L,-1,的,HCl,，,求加入,HCl,前后溶液的,pH,值各为多少？,解：加入,HCl,前,:,4.,缓冲溶液的缓冲性能的计算,加入,HCl,后,:,NH,3,(,aq,)+H,2,O(l),(,aq,)+OH,(,aq,),加,HCl,前浓度,/(,mol,L,-1,),0.150-0.0020-,x 0.200+0.0020+x x,0.150 0.200,加,HCl,后初始浓度,/(,mol,L,-1,),0.150-0.0020 0.200+0.0020,平衡浓度,/(,mol,L,-1,),*,3.4.4,缓冲范围和缓冲能力,缓冲溶液的选择和配制,原则：,所选择的缓冲溶液，除了参与和,H,+,或,OH,有关的反应以外，不能与反应系统中的其它物质发生副反应；,欲配制的缓冲溶液的,pH,值,应选择的缓冲组分,或 尽可能接近所需溶液的,pH,值；,若 或 与所需,pH,不相等，依所需,pH,调整,例题,今有,2.0,L0.10molL,-1,的,Na,3,PO,4,溶液和,2.0,L 0.10molL,-1,的,NaH,2,PO,4,溶液，仅用这两种溶液（不可再加水）来配制,pH=12.50,的缓冲溶液，能配制多少升这种缓冲溶液？,解：缓冲组分应为,Na,2,HPO,4,Na,3,PO,4,小于所需,pH,值，说明 应过量，则,2.0,L Na,3,PO,4,应全部用上,设需,0.10,mol,L,-1,NaH,2,PO,4,x,L,。,反应前,n,/,mol,20.10 0.10,x,0,反应后,n,/,mol,0.20 0.10,x,0 0.20,x,解得,x,=0.12,能配制,2.12,L,缓冲溶液,初始浓度,/(,mol,L,-1,),平衡浓度,/(,mol,L,-1,),(2,L Na,3,PO,4,+0.12L NaH,2,PO,4,),。,例：欲用等体积的,NaH,2,PO,4,溶液和,Na,2,HPO,4,溶液配制,