普通化学第五章 酸碱平衡

,普通化学电子课件,*,*,主页,下页,上页,第一节 酸碱质子理论,第二节 水溶液的酸碱平衡,第三节 酸碱平衡的移动,第四节 缓冲溶液,第五章 酸碱平衡,*第五节 酸碱电子理论,掌握质子酸碱、酸碱共轭关系、酸碱离解常数等概念。,熟练运用近似方法计算酸碱水溶液的酸度及有关离子浓度。,掌握同离子效应、介质对酸碱平衡的影响，熟练掌握和理解缓冲溶液的计算和原理；掌握简单缓冲溶液的配制方法。,本章根本要求,本章根本要求,第五章 酸碱平衡,教 师 参 考,根本要求,1.了解酸碱理论历史开展概况，掌握酸碱质子理论,2.掌握弱酸碱的离解平衡，离子酸碱的离解平衡，pH及有关离子浓度的计算。,3.理解同离子效应、盐效应，掌握缓冲作用原理和有关计算及缓冲溶液的选择和配制。,教学重点、*难点,酸碱质子理论 酸碱平衡及其计算,*酸碱平衡及其计算 缓冲溶液pH值及其配制,教学建议,本章内容多，计算繁杂，讲解宜精勿繁，突出计算实例，建议多讲解例题。边学边练，加大练习力度，加强辅导。,本章学时 6 ,一、酸碱理论开展史简述,理论名称 提出者 论 点,电离理论,S.A.Arrhenius,W.ostwald,凡是在水溶液中电离出的阳离子仅仅是H,+,(aq)的物质称为酸；电离出的阴离子仅仅是OH,(aq)的物质称为碱,溶剂理论,E.C.Franklin,et.,凡能离解产生溶剂正离子的物质称为酸；能离解产生溶剂负离子的物质称为碱,质子理论,J.N.Bronsted,T.M.Lowry,凡能给出质子(H,+,)的物质称为酸；凡能接受(H,+,)的物质称为碱,电子理论,G.N.Lewis,凡是可以接受电子对的物质称为酸；凡是可以给出电子对的物质称为碱,第一节 酸碱质子理论,软硬酸碱,R.G.Pearson,详见书中,二、酸碱质子理论,一、酸碱的定义,能给出质子的物质：HCl、HAc、NH,4,+,、H,2,O等；叫,质子酸。,能接受质子的物质：OH,、Ac,、NH,3,、HPO,4,2,、H,2,O等；叫,质子碱,。,有些物质如 HPO42、HCO3、H2O等，既有给出质子的能力，又有接受质子的能力，因此它们在某些反响中可能是酸，而在另外一些反响中可能是碱。这类物质称为两性物质。,酸碱给出和接受质子反响可表示为：,HAc,H,+,+Ac,NH,4,+,H,+,+NH,3,HPO,4,2,H,+,+,PO,4,3,酸碱半反响,第一节 酸碱质子理论,酸碱反响的实质：,酸,H,+,+碱,质子酸与质子碱间的相互依存关系称为酸碱共轭关系。一对相应的酸和碱称为共轭酸碱对。酸碱半反响不能独立存在，有酸给出质子；一定就有碱接受质子。酸碱反响的实质是两个共轭酸碱对之间进行的质子传递。例如:,1、HCl(aq)H+(aq)+Cl(aq),H2O(l)+H+(aq)H3O+(aq),反响为：HCl(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Cl(aq),2、H2O(l)H+(aq)+OH(aq),NH3(aq)+H+(aq)NH4+(aq),反响为：H2O(l)+NH3(aq)NH4+(aq)+OH(aq),第一节 酸碱质子理论,酸碱质子传递反响的通式：,酸,（1）,+碱,（2）,酸,（2）,+碱,（1）,H,+,H,+,二、酸碱的强弱,酸碱本身给出或接受质子的能力,溶剂接受或给出质子的能力,酸碱强度,由两方面决定,2.影响因素,1.酸碱反响的方向,强酸,（1),+强碱,（2）,弱酸,（2）,+,弱碱,（1）,H,+,H,+,强酸与强碱相遇，前者极易给出质子,后者非常容易结合质子，这样强酸和强碱进行的反响程度就很大。,第一节 酸碱质子理论,酸碱可以是分子、阴离子、阳离子，,如Ac,是离子碱，是离子酸；,两性物质，,如 等。,质子理论中无盐的概念，电离理论中的盐，在质子理论中都是离子酸或离子碱，如 NH,4,Cl 中的 是离子酸，Cl,是离子碱。,HA +B,A,+HB,酸（1）,碱（2）,碱（1）,酸（2）,HB +C,B,+HC,酸（2）,碱（3）,碱（2）,酸（3）,由于上述反响均正向进行，故以上所有酸碱的强弱序为：,HA,酸（1）,HB,酸（2）,HC,酸（3）,酸的强弱序,C,碱（3）,B,碱（2）,A,碱（1）,碱的强弱序,规律：在任意一对共轭酸碱对中，假设共轭酸的酸性很强，,那么其对应的共轭碱的碱性就很弱，反之亦然。,例如：,1溶剂相同时，酸碱的强弱决定于酸碱给出或接受质子能力的强弱。给出质子能力强的酸是强酸，结合质子能力强的碱是强碱。,第一节 酸碱质子理论,酸越强，其共轭碱越弱；,碱越强，其共轭酸越弱。,2同一物质在不同溶剂中的酸碱性有很大的差异，甚至于酸碱的性质会发生变化。,水溶液中，HClO4、HCl、HBr、HNO3、H2SO4等强酸均能与水作碱发生质子传递作用，反响通式为：,HB,(aq),+H,2,O,(l),H,3,O,+,(aq),+B,(aq),H,+,由于上述酸给质子的能力特强，这些强酸一旦溶于水后，立即与水反响，生成酸性次于它们的弱酸 H3O+(aq)。这样，不管物质的酸性有多强当然要比H3O+(aq)强在水溶液中，它们统统被水拉平到同一强度的酸H3O+(aq)水平。,上述效应称为溶剂的拉平效应。,第一节 酸碱质子理论,水溶液中有一些物质的酸性位于 H3O+(aq)以下，它们都是比 H3O+(aq)酸性更弱的酸，当它们溶于水后也与水发生质子传递反响，反响进行的程度很小，并会随它们与水作用的强弱而表达出水溶液的酸性大小，从而可以区别出它们的酸性强弱。,这种溶剂能区别不同酸碱之间相对强度差异的作用叫做溶剂的区分效应。,问题：,水溶液中同浓度的 HClO,4,的酸性比 HCl强吗？,第一节 酸碱质子理论,问题：,水作溶剂时，溶液中最强的酸是什么？最强的碱是什么？,水作溶剂溶于强酸时，水是作为碱接受质子的，由于水的碱性比一般的弱酸要强，因此，水溶剂不能区别出 HCl、H2SO4、HNO3、HClO4的酸性强弱。但假设将它们溶于纯醋酸中，由于醋酸的碱性比水弱，接受质子能力差，HClO4就比 HCl更易给出质子从而表现出更强的酸性。,第一节 酸碱质子理论,HClO,4,K,a,=2.010,7,、H,2,SO,4,K,a,=1.310,6,HCl ,K,a,=1.010,3,、HNO,3,K,a,=22,一、水的离解平衡,纯水的离解反响在酸碱质子理论中也可以看成是水分子之间的质子自递反响，即：,H2O +H2O H3O+OH,上述自递反响在一定温度下到达平衡，其平衡常数为：,(,c,eq,(,H,3,O,+,),/,c,),(,c,eq,(,OH,),/,c,),(,c,eq,(,H,2,O,),/,c,),2,K,第二节 水溶液中的酸碱平衡,K,w,=,(,c,eq,(,H,3,O,+,),/,c,),(,c,eq,(,OH,),/,c,),因为,c,=1,moldm,-3,在不考虑常数单位时，可将上式简化：,K,w,=,c,eq,(,H,3,O,+,),c,eq,(,OH,),温度一定时纯水中,H,3,O,+,和,OH,的浓度乘积为一常数，此常数不因体系中,H,3,O,+,和,OH,的浓度改变而改变。,K,w,只随温度变化而变化。,问题：水的离子积常数只随温度变化，此常数是不是只适用于纯水中？当水溶液中引入其它离子如 H3O+或 OH时，此常数还是不变吗？,K,w,称为水的离子积常数,，简称,水的离子积,。,第二节 水溶液中的酸碱平衡,温度,/K,273,295,373,Kw,0.13,10,-14,1.0,10,-14,7.4,10,-14,二、水溶液的酸碱性及pH,298.15K,时：,K,w,=,c,eq,(,H,+,),c,eq,(,OH,),=1.0010,14,c,eq,(,H,+,),c,eq,(,OH,)或,c,eq,(,H,+,)=1.00 10,7,呈中性,c,eq,(,H,+,),c,eq,(,OH,)或,c,eq,(,H,+,)1.00 10,7,呈酸性,c,eq,(,H,+,),c,eq,(,OH,)或,c,eq,(,H,+,)1.00 10,7,呈碱性,pH=lg(,c,eq,(,H,3,O,+,),/,c,)or,pH=lg,c,eq,(,H,+,),p,K,w,=,pH+pOH=14.00,pH=pOH 或,pH=7.00,为中性,pH,pOH 或,pH,7.00,为酸性,pH,pOH 或,pH,7.00,为碱性,第二节 水溶液中的酸碱平衡,三、水溶液中共轭酸碱对的,K,a,与,K,b,的关系,共轭酸的反响 HB(aq)+H2O(l)B(aq)+H3O+(aq),共轭碱的反响 B(aq)+H2O(l)HB(aq)+OH(aq),K,a,=,c,eq,(,B,),c,eq,(,H,3,O,+,),c,eq,(,HB,),(1),K,b,=,c,eq,(,HB,),c,eq,(,OH,),c,eq,(,B,),(2),(1)式与(2)式相乘：,K,a,K,b,=,K,w,=,c,eq,(,H,3,O,+,),c,eq,(,OH,),结论：,对于共轭酸碱对来说它们有关系：,K,w,=,K,a,K,b,pK,w,=,p,K,a,+,p,K,b,或,第二节 水溶液中的酸碱平衡,例题 NH3 的 Kb 为1.8105，求弱酸 NH4+的 Ka 为多少？,解：NH3 和 NH4+是一对共轭酸碱对，故,Ka Kb=Kw,Ka=Kw/Kb,=1.01014/1.8105,=5.6109,问题：,质子理论中 CO,3,2,是质子碱，但其,K,b,无法查出，请问你会设法求出吗？,提示：,CO,3,2,的共轭酸是H,CO,3,，故,K,b,(,CO,3,2,),=,K,w,/,K,a,(,H,CO,3,),第二节 水溶液中的酸碱平衡,一、弱酸的离解平衡,强酸：在水溶液中全部离解的酸称为强酸，强酸水溶液的酸度计算很容易。如0.10moldm-3 HCl,c(H3O+)=0.10 moldm-3。,弱酸：在水溶液中局部离解给出质子的分子、离子物质称为弱酸，弱酸离解只给出一个质子的称为一元弱酸，能给出两个或两个以上的质子称为多元弱酸。,一、一元弱酸的离解平衡,HB(aq)+H,2,O(l),B,(aq)+H,3,O,+,(aq),K,a,=,c,eq,(,B,),c,eq,(,H,3,O,+,),c,eq,(,HB,),(5-5),第二节 水溶液中的酸碱平衡,Ka为酸的离解常数，它与酸的本性及温度有关，而与物质的浓度无关。Ka愈大那么说明酸的离解程度愈大，其酸性也就愈强。,化学上还经常用离解度来表示酸的离解程度。其值为酸已离解的浓度与酸原始浓度之比。即：=(c0 ceq)/c0100%,一元弱酸溶液的酸度计算就是求算溶液中H3O+(aq)的浓度，当弱酸的酸性不是十分弱且弱酸的浓度又不是很小时，水溶剂自身的质子传递反响所产生的H3O+(aq)可以忽略不计，溶液中的H3O+(aq)主要来源于弱酸的离解，这样利用式5-5就可求算出溶液中的H3O+(aq)浓度。,第二节 水溶液中的酸碱平衡,HB(aq)+H,2,O(l),B,(aq)+H,3,O,+,(aq),c,0,/,(moldm,-3,),c,0,(HB),0 0,c,eq,/,(moldm,-3,),c,eq,(H,B,),c,eq,(,B,),c,eq,(H,3,O,+,),K,a,=,c,eq,(,B,),c,eq,(H,3,O,+,),c,eq,(HB),对于纯酸来说，可以有：,c,eq,(HB),c,0,(HB),c,eq,(H,3,O,+,),，,c,eq,(H,3,O,+,),c,eq,(,B,)，,上式为：,K,a,=,c,eq,2,(H,3,O,+,),c,0,(HB),c,eq,(H,3,O,+,),c,eq,2,(H,3,O,+,),+,K,a,c,eq,(H,3,O,+,),K,a,c,0,(HB),=,0,解得：,+,c,eq,(H,3,O,+,),=,K,a,2,+,