第5章酸碱平衡.ppt

第五章 酸碱平衡,5.1 酸碱质子理论概述 5.2 水的解离平衡和pH值 5.3 弱酸、弱碱的解离平衡 5.4 缓冲溶液 5.5 酸碱指示剂 5.6 酸碱电子理论与配合物概述 5.7 配位反应与配位平衡,5.1.1 历史回顾 5.1.2 酸碱质子理论的基本概念5.1.3 酸的相对强度和碱的相对强度,5.1酸碱质子理论概述,2023/8/17,5-1-2 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,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+H2O(l)H3O+(aq),HF(aq)+H2O(l)H3O+(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：,H2O(l)+H2O(l)H3O+(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+H2O OH+HAc,H+,酸(1),碱(2),酸(2),碱(1),NH4Cl水解:,+H2O H3O+NH3,H+,酸(1),碱(2),酸(2),碱(1),(4)非水溶液中的酸碱反应，例如NH4Cl的生成：,H+,液氨中的酸碱中和反应：,H+,2023/8/17,5-1-3 酸的相对强度和碱的相对强度,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。,2023/8/17,5-1-3 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，H2O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”。,水对强酸起不到区分作用，水能够同等程度地将HClO4，HCl，HNO3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,5.2 水的解离平衡与溶液的pH值,2023/8/17,5-2-1 水的解离平衡和pH值,水的解离反应,100纯水,2023/8/17,溶液的酸碱性和pH,5.3.1 一元弱酸、弱碱的解离平衡5.3.2 多元弱酸的解离平衡5.3.3 盐溶液的酸碱平衡,5.3 弱酸、弱碱的解离平衡,2023/8/17,3-2-1 解离平衡和解离常数,5-3-1 一元弱酸弱碱的解离平衡,弱电解质在水溶液中部分解离，存在解离平衡。,解离平衡,2023/8/17,解离常数,2023/8/17,例,解：HOAc H+OAc-,2023/8/17,3-2-2解离度和稀释定律,解离度,解离度可表示弱电解质解离程度的大小在温度、浓度相同条件下,越小，电解质越弱。,表示弱电解质在指定条件下解离的程度（类似于“化学平衡”讨论中的“转化率”），它不但与解离常数有关，而且与弱电解质的起始浓度有关。,5-3-1 一元弱酸弱碱的解离平衡,2023/8/17,稀释定律,2023/8/17,c(OH-)c,5-3-1 一元弱酸弱碱的解离平衡,2023/8/17,例,计算0.100molL-1氨水溶液中的c(OH-)、pH和氨水的解离度。,平衡浓度/(molL-1)0.100-x x x,2023/8/17,例,计算0.100molL-1氨水溶液中的c(OH-)、pH和氨水的解离度。,则 x=1.3410-3,pH=-lg(7.510-12)=11.12,2023/8/17,3-2-4多元弱酸的分步解,5-3-2 多元弱酸的分步解离,2023/8/17,例,已知常温、常压下H2S的溶解度为0.10molL-1，计算H2S饱和溶液中c(H+)、c(S2-)和H2S的解离度。,2023/8/17,例,已知常温、常压下H2S的溶解度为0.10molL-1，计算H2S饱和溶液中c(H+)、c(S2-)和H2S的解离度。,2023/8/17,常温下,H2S饱和溶液中,c(H2S)=0.10molL-1,调节H2S溶液的酸度，可控制c(S2-)。,例题：计算 0.010 molL-1 H2CO3溶液中的 H3O+,H2CO3,，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 c2(H3O+)成反比。,2023/8/17,3-3-1 水解反应和水解常数,5-3-3 盐溶液的酸碱平衡,水解反应,强碱弱酸盐的水解是弱酸根阴离子的水解,2023/8/17,强酸弱碱盐的水解 实际上是其弱碱阳离子的水解,2023/8/17,强酸强碱盐不水解,溶液呈中性。,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Na3PO4的水解：,例题：计算0.10molL-1Na3PO4溶液的pH值。,ceq/(molL-1)0.10 x x x,解：,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Al2S3,(NH4)2S 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。,2023/8/17,3-3-5 盐类水解的抑制和利用,盐类水解的抑制和利用,易水解盐溶液的配制,为抑制水解，必须将它们溶解在相应的碱或酸中。,Sn2+H2O+Cl-Sn(OH)Cl+H+,2023/8/17,易水解盐溶液的配制,2023/8/17,易水解盐溶液的配制,2023/8/17,易水解盐溶液的配制,+H2O,H2S+OH-,2023/8/17,利用盐类水解进行离子的分离和提纯,如除去溶液中的Fe2+、Fe3+。,2.降低酸度，调节溶液pH=34，促使Fe3+水解，生成Fe(OH)3；,.加热，促使Fe3+水解，生成Fe(OH)3。,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,5.4 缓冲溶液,2023/8/17,3-2-5 解离平衡的移动同离子效应,5-4-1 同离子效应,例：在 0.10 molL-1 的HAc 溶液中，加入 NH4Ac(s)，使 NH4Ac的浓度为 0.10 molL-1，计算该溶液的 pH值和 HAc的解离度。,解：HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)c0/(molL-1)0.10 0 0.10ceq/(molL-1)0.10 x x 0.10+x,x=1.810-5 c(H+)=1.810-5 molL-1 pH=4.74，=0.018%,0.10 x 0.10,0.10 molL-1 HAc溶液：pH=2.89，=1.3%,2023/8/17,例,在0.100molL-1NH3H2O溶液中，加入固体NH4Cl,使其浓度为0.100molL-1，计算溶液中c(H+)、NH3H2O的解离度。,2023/8/17,例,在0.100molL-1NH3H2O溶液中，加入固体NH4Cl,使其浓度为0.100molL-1，计算溶液中c(H+)、NH3H2O的解离度。,平衡浓度/(molL-1)0.100-x 0.100+x x,c(OH-)=1.810-5 molL-1,利用同离子效应:可调节溶液的酸碱性;控制弱酸溶液中酸根离子浓度，达到离子分离、提纯的目的。,2023/8/17,3-2-6 缓冲溶液,5-4-2 缓冲溶液,加入1滴(0.05ml)1molL-1 HCl,实验：,加入1滴(0.05ml)1molL-1 NaOH,50ml纯水pH=7 pH=3 pH=11,50mLHOAcNaOAc c(HOAc)=c(NaOAc)=0.10molL-1 pH=4.74,pH=4.73 pH=4.75,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)。,2023/8/17,3-2-6 缓冲溶液,NaOAc:抵消H+物质;HOAc:抵消OH-物质。,5-4-2 缓冲溶液,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H3O+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(H3O+)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H2O，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(H3O+)或pH值基本不变。,2023/8/17,弱酸弱酸盐：例HAcNaAc，H2CO3NaHCO3,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c0(HA),c0(A)代之。,5-4-2 缓冲溶液pH值的计算,2023/8/17,例,试计算含0.100molL-1HOAc、0.100 molL-1NaOAc溶液的pH值。,2023/8/17,例,(2)在含0.100molL-1HOAc、0.100 molL-1NaOAc溶液中加入HCl，使 c(H+)=0.001molL-1，计算溶液的pH值。,HOAc+NaOAc混合溶液能抵抗少量外来酸的作用，而保持溶液pH值不变。,2023/8/17,例,(3)在含0.100molL-1HOAc、0.100 molL-1NaOAc溶液中加入NaOH,使 c(OH-)=0.001molL-1，计算溶液的pH值。,HOAc+NaOAc混合溶液能抵抗少量外来碱的作用，而保持溶液pH值不变。,2023/8/17,例,(4)在含0.10molL-1HOAc、0.10molL-1 NaOAc溶液中加入H2O.使溶液稀释10倍,计算溶液的pH值。,HOAc+NaOAc混合溶液能抵抗少量水的稀释作用，而保持溶液pH值不变。,2.弱碱 弱碱盐,NH3 H2O NH4Cl,3.由多元弱酸酸式盐组成的缓冲溶液如 NaHCO3 Na2CO3,NaH2PO4 Na2HPO4,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 300mL 0.50molL-1 H3PO4和 500mL 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,2023/8/17,5-4-4 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 2.0L0.10molL-1的 Na3PO4 溶液和 2.0L 0.10molL-1的NaH2PO4 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 Na2HPO4 Na3PO4,小于所需pH值，说明 应过量，则 2.0L Na3PO4 应全部用上,设需0.10molL-1 NaH2PO4 xL。,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2.12L缓冲溶液,初始浓度/(molL-1),平衡浓度/(molL-1),(2L Na3PO4+0.12L NaH2PO4)。,例：欲用等体积的 NaH2PO4 溶液和 Na2HPO4 溶液配制 1.00L pH=7.20 的缓冲溶液，当将50.00mL的该缓冲溶液与5.00mL 0.10molL-1 HCl混合后，其 pH值变为 6.80，问 缓冲溶液中NaH2PO4 和 Na2HPO4 的浓度是多大？如果该缓冲溶液是由0.500molL-1 H3PO4和1.0molL-1 NaOH配制，应分别取多少毫升？,解：,5.5 酸碱指示剂,石蕊 红 5.0 紫 8.0 蓝,pH试纸在不同的pH溶液中显不同的颜色,5.6 酸碱电子理论与配合物概述,5.6.1 酸碱电子理论5.6.2 配合物的组成和命名,2023/8/17,5-6-1 酸碱电子理论,lewis 酸：凡是可以接受电子对的分子、离子或原子，如Fe3+,Fe,Ag+,BF3等。,lewis 碱：凡是给出电子对的离子或分子，如:X,:NH3,:CO,H2O:等。,lewis酸与lewis碱之间 以配位键结合生成 酸碱加合物。,BF3+F,Cu2+4 NH3,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,实验,CuSO4溶液(浅蓝色),适量氨水,Cu2(OH)2SO4(蓝色),2Cu2+SO42-+2NH3H2O Cu2(OH)2SO4+2NH4+,Cu2(OH)2SO4+8NH3H2O 2Cu(NH3)42+8H2O+2OH-+SO42-,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,8-1-1 配合物的组成,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,5.6.2 配合物的组成和命名,Cu(NH3)4SO4,Cu,NH3,4,SO4,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,Fe(CO)5,Fe,CO,5,配合物的组成,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,1.形成体中心离子或中心原子为,如 Fe3+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Ag+,配合物的组成,具有能接受孤电子对空轨道的原子或离子,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,2.配位个体、配体及配位原子,如 Cu(NH3)42+、Fe(CO)5,如 Cu(NH3)42+Fe(CO)5配体 NH3 CO,常见的配体 阴离子：X-、OH-、CN-中性分子：NH3、H2O、CO、RNH2(胺）,即能提供孤电子对的分子或离子,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,2.配位个体、配体及配位原子,常见的配位原子：N、O、S、C、卤素原子,如 Cu(NH3)42+Fe(CO)5配体 NH3 CO配位原子 N C,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,2.配位个体、配体及配位原子,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,常见单齿配体,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,常见多齿配体,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,3.配位数与一个形成体成键的配位 原子总数,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,配合物的化学式和命名,1.配合物的化学式,原则,如 CrCl2(H2O)4Cl；Cr(NH3)5(H2O)Cl3,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,2.配合物的命名,原则遵循一般无机物命名原则,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,原则,命名原则:服从一般无机化合物的命名原则。如果化合物的负离子是一个简单离子，叫某“化”某；如果化合物的负离子是一个复杂离子，叫某“酸”某。配合物内界命名次序为：配位数(一、二、三、四)-配位体名称-合(表示配位结合)-中心离子名称-中心离子氧化数(、),Co(NH3)6Cl3 三氯化六氨合钴()Pt(NH3)4(OH)2二氢氧化四氨合铂()K2PtCl6 六氯合铂()酸钾H2PtCl6 六氯合铂()酸,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,例：Co(NH3)6 3+六氨合钴()离子Cu(NH3)4(H2O)2 2+四氨二水合铜()离子Fe(CN)6 3-六氰合铁()离子Cr(en)3 3+三(乙二胺)合铬()离子K2PtCl6 六氯合铂()酸钾CuSiF6 六氟合硅()酸铜H4 Fe(CN)6 六氰合铁()酸Co(NH3)6 Cl3 三氯化六氨合钴()Cu(NH3)4 SO4 硫酸四氨合铜(),主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,2.配合物的命名,命名顺序：不止一种配体,中间以分开。（1）先无机配体，后有机配体PtCl2(Ph3P)2 二氯 二(三苯基磷)合铂(II)(2)先列出阴离子，后列出阳离子，中性分子（的名称）KPtCl3NH3 三氯一氨合铂(II)酸钾(3)同类配体（无机或有机类）按配位原子元素符号的英文字母顺序排列。,Co(NH3)5(H2O)Cl3三氯化五氨一水合钴()Fe(CO)5 五羰基合铁Pt(NH3)2Cl2 二氯二氨合铂(),主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,3.配体的命名,(1)带倍数词头的无机含氧酸根阴离子配体，命名时要用括号括起来，如：(三磷酸根)。有的无机含氧酸阴离子，即使不含倍数词头，但含有一个以上代酸原子，也要用括号“()”,(2)有些配体具有相同的化学式，但由于配位原子不同，而有不同的命名。另外，某些分子或基团，作配体后读法上有所改变,主要内容,镧系、锕系元素通性2.我国稀土元素资源和提取3.核反应类型,如:ONO-(O为配位原子)亚硝酸根 NO2-(N为配位原子)硝基 SCN-(S为配位原子)硫氰酸根 NCS-(N为配位原子)异硫氰酸根 CO 羰基 NO 亚硝基 OH-羟基,Na3Ag(S2O3)2 二(硫代硫酸根)合银()酸钠NH4Cr(NCS)4(NH3)2 四(异硫氰酸根)二氨合铬()酸铵,5.7 配位反应与配位平衡,5.7.1 配离子的解离常数和稳定常数*5.7.2 配体取代反应和电子转移反应*5.7.3 关于配合物稳定性的进一步讨论,Cu(NH3)4SO4 Cu(NH3)42+SO42-,Cu(NH3)4SO4在水溶液中,5.7.1配合物的解离常数和稳定常数,8-3-1 配位平衡及其平衡常数,5.7.1配合物的解离常数和稳定常数,Cu(NH3)42+Cu2+4NH3 K不稳=510-14实际上，Cu(NH3)42+在溶液中是分步解离的Cu(NH3)42+Cu(NH3)32+NH3 Cu(NH3)32+Cu(NH3)22+NH3 Cu(NH3)22+Cu(NH3)2+NH3 Cu(NH3)2+Cu2+NH3,实际上 Cu(NH3)42+在溶液中是分步解离的,Cu(NH3)42+Cu2+4NH3 K不稳=510-14实际上，Cu(NH3)42+在溶液中是分步解离的Cu(NH3)42+Cu(NH3)32+NH3 Cu(NH3)32+Cu(NH3)22+NH3 Cu(NH3)22+Cu(NH3)2+NH3 Cu(NH3)2+Cu2+NH3,实际上Cu(NH3)42+在溶液中也是分步生成的,8-3-2 配离子稳定常数的应用,配离子稳定常数的应用,1.计算配合物溶液中有关的离子浓度,例1.c(Cu(NH3)42+)=1.0103molL-1,c(NH3)=1.0molL-1,计算溶液中c(Cu2+)。,平衡浓度/molL-1 x 1.0 1.0103,x=4.810-17,c(Cu2+)=4.810-17molL-1,1.计算配合物溶液中有关的离子浓度,开始浓度/molL-1 0.10 0.50 0,x=9.910-8,c(Ag+)=9.910-8molL-1,例2 将10.0mL、0.20molL-1AgNO3溶液与 10.0mL、1.00molL-1NH3H2O混合，计算 溶液中c(Ag+)。,平衡浓度/molL-1 x 0.50-20.10+2x 0.10-x,2.判断配离子之间的转化,例3 向Ag(NH3)2+溶液中加入KCN,通过计算判断Ag(NH3)2+能否转化为Ag(CN)2-？,Ag(NH3)2+能转化为Ag(CN)2-,并转化完全。,向着生成更稳定的配离子方向进行,2.判断配离子之间的转化,配离子的稳定常数相差越大,转化越完全。,例4 向Ag(NH3)2+溶液中加入Na2S2O3,判断Ag(NH3)2+能否转化为Ag(S2O3)23-？,2.判断配离子之间的转化,水溶液中离子的配合反应，实为配离子之间的转化。Cu(H2O)42+4NH3 Cu(NH3)42+4H2O,