大学生基础化学-电解质溶液.ppt

,电 解 质 溶 液,第三章,在溶解于水中或熔融状态下,能导电的化合物,非导电的化合物,非电解质,电解质,第三章 电解质溶液,强电解质溶液理论,第一节,一、强电解质和弱电解质,电解质,强电解质,弱电解质,在水中完全解离为离子的化合物不存在解离平衡,在水中部分解离为离子的化合物存在解离平衡,NaCl NaOH H2SO4 HNO3,HAc H2CO3H3PO4 H2C2O4,强电解质溶液理论,电解质溶液的依数性,=i bBRT,Tf=i KfbB,Tb=i KbbB,p=i K bB,公式的适用范围：难挥发电解质的稀溶液,电解质的稀溶液的 沸点、凝固点、滲透压的实验测定值偏离计算值.,强电解质溶液理论,例：0.10molKg-1 NaCl溶液,实验测得凝固点为0.348,求NaCl的校正因子i=?,解：,Tf=i b BKf,0.348,1.860.10,=,=1.87,2,实验值理论值,即求:i 的实验值=?,强电解质溶液理论,例：0.10molKg-1 NaCl溶液,实验测得凝固点为0.348,求NaCl的校正因子i=?,结论：,NaCl在水中不完全离解？,强电解质溶液理论,i的理论值应=2,i 的实验值=1.87,i 的实验值 i 的理论值,NO，是完全电离，不存在电离平衡。NaClNa+Cl-,强电解质溶液中，实验测得的解离度称为表观解离度。其表观解离度并不是100%。,例：0.10molL-1 NaCl溶液,实验测得凝固点为0.348,求NaCl的表观解离度。,根据公式推导：,表观解离度：=1.87-1=0.87=87%,强电解质溶液理论,凝固点法测定电解质的解离度,电解质 CB(molL-1)理论i 值 实验i 值 解离度,NaCl KNO3 MgCl2Ca(NO3)2,0.100.10 0.100.10,2233,1.871.792.792.48,87%79%89.5%74%,强电解质溶液理论,解离度可通过测定电解质溶液的依数性Tf、Tb、求得,弱电解质在水溶液存在解离平衡,HAc H+Ac-,例3-1：某弱酸电解质HA溶液，其质量摩尔浓度b(HA)为0.1molkg-1，测得此溶液的Tf为0.19，求该物质的解离度。(Kf=1.86),解：设解离度为：,HA H+A-,平衡时,b,b,b-b,粒子的总浓度b总=,b-b+b+b=,(1+)b,Tf=Kfb总,=Kf b(1+),=,Tf,Kfb,-1,=,=,i-1,通式,=,1.860.1,-1=,0.19,2.2%,i-1,当0.1mol/kg的电解质溶液解离度：大于30%的称为强电解质 5%30%为中强度电解质 小于5%的为弱电解质是人为的一般划分。按强电解质溶液理论，这种划分不是概念性的。即正确的划分是：,强电解质：100%解离,弱电解质：部分解离,瑞典化学家认为：,强电解质不完全解离,X射线实验和强电解质溶液理论认为：,强电解质完全解离,强电解质溶液理论,二、强电解质溶液理论要点,离子相互作用理论Debye-Hckl理论,(1)强电解质在水溶液中100%解离,(2)离子间静电吸引和排斥,形成离子氛,.,强电解质溶液理论,Na+,Cl,强电解质溶液理论,Na+,Cl,i=2,溶液极稀时，每一NaCl分子可产生两个质点,强电解质溶液理论,i 1,Na+,Cl,溶液极浓时，,强电解质溶液理论,Na+,Cl,一定浓度时，,强电解质溶液理论,Na+,Cl,一定浓度时，,强电解质溶液理论,Na+,Cl,一定浓度时，,离子氛,每一NaCl分子产生 1i2 个质点,强电解质溶液理论,统计模型,例：NaCl溶液,实验中：Na+质点浓度 1molL-1Na+Cl-质点浓度 1molL-1 Cl-,若CNaCl=1 molL-1,浓度极稀时 i=2,一定浓度时 1i2,强电解质溶液理论,Debye-Hckl理论：优点：解释强电解质的表观电离度非100%的原因缺点：只适用于1-1型电解质的稀溶液,例：NaCl溶液,实验中：aNa+CNa+aCl-CCl-,若CNaCl=1 molL-1,浓度极稀时 i=2,一定浓度时 1i2,实验中：Na+质点浓度 1molL-1Na+Cl-质点浓度 1molL-1 Cl-,：aNa+,：aCl-,强电解质溶液理论,某离子B：,aB=BCB,离子活度,活度因子,离子浓度,三、离子的活度和活度因子,（1）活度和活度因子,离子的有效浓度称为活度,强电解质溶液理论,关于活度因子 B,（2）溶液无限稀时，B=1,（3）中性分子，B=1,（5）溶液中H2O的H2O=1,（6）液态和固态的B=1,溶液中：0 B 1,（1）通常情况下：,强电解质溶液理论,（4）弱电解质溶液，B=1,注意！=+=-,（2）平均活度和平均活度因子,强电解质在溶液中是以正负离子存在的,-和+不能分别测定,可惜！,对于11价型电解质：,1-1价型:NaCl1-2价型:MgCl2,强电解质溶液理论,平均活度：a=+C+-C-,=C,怎样求？,强电解质溶液理论,c=cB,a,=cB,通过离子强度I!,离子强度,离子强度是溶液中所有离子产生的电场强度的量度,I=(C1Z12+C2Z22+C3Z32+）,=1/2 CiZi2,I=,def,1,2,i bi Zi2,强电解质溶液理论,I单位：molkg-1,近似计算时可用ci代替bi,某溶液为0.1molL-1KCl,I1=1/2(0.112+0.1(-1)2=0.10,=0.769,a=0.0769,某溶液中含0.1molL-1KCl和0.10molL-1NaNO3,对于KCl:,I2=1/20.112+0.1(-1)2+0.1 12+0.1(-1)2=0.20,=0.696,a=0.0696,对于KCl:,离子强度越大,活度因子越小,离子活度越小,强电解质溶液理论,例:某溶液中有0.1molL-1 NaCl和0.1molL-1 HAc求溶液的离子强度 I,解:溶液中离子 Na+=Cl-=0.1molL-1,I=1/2Na+12+Cl-(-1)2,H+和Ac-可忽略不计,=1/20.112+0.1(-1)2,=0.1,强电解质溶液理论,例:某溶液中有0.1molL-1NaCl和0.1molL-1 NaAc,求溶液的离子强度 I,解:溶液中离子 Na+=Cl-=0.1molL-1 而Na+和Ac-0.1molL-1,I=1/2Na+12+Cl-(-1)2+Na+12+Ac-(-1)2=1/20.112+0.1(-1)2+0.112+0.1(-1)2=0.2,强电解质溶液理论,I?,强电解质溶液理论,计算,Debye-Hkel 经验公式：,lg=-AZ+Z-I,适用于极稀溶液,对于11型电解质,bB0.010 molKg-1,-AZ+Z-I,适用于离子强度0.10.2溶液,对于11型电解质,0.01bB0.20 molKg-1,lg=,强电解质溶液理论,A:298.15K的水溶液为0.509,例:求298K时,0.020molkg-1NaCl的渗透压,解:(1)不考虑离子强度时,=ibBRT,=ibBRT=20.0208.314298=99(kPa),强电解质溶液理论,例:求298K时,0.020 molkg-1 NaCl的渗透压,解:(2)考虑离子强度时,=i CB RT,a,=i CRT,I=1/2Na+12+Cl-(-1)2=0.02,bB=0.02 molkg-1,=-0.083,=0.83,=20.830.028.314298=82.2(kPa),强电解质溶液理论,例:求298K时,0.020 molkg-1 NaCl的渗透压,(2)考虑离子强度时,=i a RT,解:(1)不考虑离子强度时,=i bBRT,=99(kPa)实验值86.1 kPa,=82.2(kPa)接近实验值86.1 kPa,强电解质溶液理论,活度在实际应用中的注意问题:,精确度高的计算，用活度而不用浓度(考虑离子强度)(一般注明),计算要求不高时，用浓度(不考虑离子强度),强电解质溶液理论,酸 碱 质 子 理 论,第二节,强电解质,HCl HClO4HNO3H2SO4,NaOHKOH,强酸,强碱,Na3PO4Na2CO3,弱碱,NH4ClNH4NO3,弱酸,NaCl MgSO4 NaNO3 BaCl2,中性物质,弱电解质,HAc NH4+H2CO3H3PO4,HCO3HPO42-H2PO4-HS-,弱酸,弱碱,两性物质,第二节 酸碱的质子理论,酸碱理论：,Arrhenius电离理论：,酸在水中解离出的阳离子全部是H+的物质,碱在水中解离出的阴离子全部是OH-的物质,HClH+Cl-,NaOHOH-+Na+,强调：酸碱反应在水中进行,Bronsted：酸碱质子理论,酸凡能给出质子(H+)的物质,碱凡能接受质子(H+)的物质,NH4+,NH3,优点：酸碱反应可以不在水中进行,例：NH3(g)+HCl(g)NH4Cl（s）,酸碱的质子理论,Lewis:电子理论,酸凡能接受电子的物质,碱凡能提供电子的物质,Ag+,H+,Cl-,:,:,:,:,AgCl,HCl,酸,酸,碱,优点:补充定义了金属离子是酸的概念,酸碱的质子理论,第二节 酸碱的质子理论,一、酸碱的概念,二、水的质子自递平衡,三、酸碱的强度,Bronsted：酸碱质子理论,酸凡能给出质子(H+)的物质,碱凡能接受质子(H+)的物质,一、酸碱的概念,酸碱的质子理论,（一）酸碱的定义,1、酸碱质子理论,碱比酸少一个质子,酸碱半反应,Bronsted：酸碱质子理论,酸,分子酸,离子酸,H2C204、HCl H2CO3、HAcH3PO4、H2S HCOOH、HCN,含一个以上质子H+化合物,一般为含H+的阳离子,酸碱的质子理论,碱,分子碱,离子碱,OH-、C2O42-Cl-、CO32-Ac-、PO43-S2-、COO-CN-、,NH3 CH3NH2、(CH3)2NH,一般为 含氮化合物,一般为无H+的阴离子,酸碱的质子理论,两性物质,H2O、HCO3-、H2PO4-HPO42-、HSO4-、HS-、,一般为带一个以上 质子H+阴离子,酸碱的质子理论,既可提供H+（是酸）、又可接受H+（是碱）,注意,一般地，在水溶液中:酸：不能再接受H+碱：不能再提供H+两性物质：二者均可,有关 酸、碱、两性物质的概念一定要区别开来 不要混淆,酸碱的质子理论,提问,下列各物质是酸或是碱？,HFF-HCNCN-NH4+NH3,H2CO3HCO3-CO32-,H3PO4H2PO4-HPO42-PO43-,酸碱的质子理论,小结,(1)酸或碱可以是分子也可以是离子,(2)两性物质既是酸也是碱,(3)酸碱质子理论没有盐的概念,例：Na2CO3：CO3是碱，Na+是非酸非碱,酸碱的质子理论,NH4Ac：NH4+是酸，Ac是碱,(一)酸碱的定义,2.共轭酸碱对,HB H+B-,HB是B-的共轭酸B-是HB的共轭碱,酸,碱,共轭,HBB-称为共轭酸碱对,条件,二者仅差一个均有 部分,B,H+,酸碱的质子理论,碱比其共轭酸少一个质子,常见共轭酸碱对,酸碱的质子理论,酸碱半反应,NH4+,NH3,HAc,Ac-,H3O+,H3PO4,PO43-,H3PO4,HPO42-,H3PO4,H2PO4-,HCO3-,H2CO3,OH-,HCl Cl-,H2PO4-,HPO42-,H2PO4-,PO43-,HPO42-,PO43-,CO32-,H2CO3,CO32-,HCO3-,HPO4-,H2CO3,HCO3-,H2PO4-,提问,下列是否共轭酸碱对？,酸碱的质子理论,H2PO4-,共轭酸是,共轭碱是,H2CO3,CO32-,HCO3-,共轭酸是,共轭碱是,H3PO4,HPO42-,填空,两性物质,酸碱的质子理论,（二）酸碱反应的实质,(共轭酸碱对)1,(共轭酸碱对)2,H+,酸碱反应的实质：两对共轭酸碱对之间的质子传递反应,酸碱的质子理论,酸碱反应环境：可在水溶液、非水溶剂或气相中进行,酸碱反应方向：强酸与强碱反应生成弱酸与弱碱。,（三）溶剂的拉平效应和区分效应,1.拉平效应,将不同强度的酸拉平到溶剂化质子(如氨合质子)水平的效应称为拉平效应。具有拉平效应的溶剂称为拉平溶剂。,例如：,HCl和HAc是两种强度显著不同的酸,但在液氨中均表现出强酸性。,由于NH3接受质子的能力强,上述两个反应向右进行得很完全,以致HCl和HAc都被转变成同一种酸(氨合质子即铵离子NH4+)，即它们在液氨中统统被拉平到NH4+的强度水平,故二者不存在强度上的差异。,液氨是HCl和HAc的拉平溶剂,因为：,2.区分效应,能把各种不同酸的强度区别开来的效应称为区分效应 具有区分效应的溶剂叫做区分溶剂。,例如：,HNO3、H2SO4、HCl和HClO4这四种酸在冰醋酸中是不同强度的酸,因为：,显然，酸的强度：HClO4H2SO4HClHNO3,冰醋酸的碱性较水弱,冰醋酸是上述四种酸的区分溶剂,HA+B,A+HB,(三)酸碱质子传递平衡和平衡常数,H+,K=,AHB,HAB,K是酸碱质子传递平衡常数,K值愈大,质子从HA转移给B的能力愈强,酸碱的质子理论,(一)水的质子自递平衡和水的离子积,H2O+H2O,OH-+H3O+,H+,K=,H3O+OH-,H2O H2O,二、水的质子自递平衡,酸碱的质子理论,半反应1,H2O,H+OH,H+H2O,H3O+,半反应2,总反应,K H2O2=H3O+OH-,KW=,H3O+OH-,KW=,=1.010-14,概念解释：,KW称为水的离子积,温度不变，KW不变,一般计算，KW=1.010-14,即H3O+OH-，KW不变,酸碱的质子理论,(K与温度有关(见附录三 表1),H3O+OH-,KW=,=1.010-14,无论在纯水中或酸碱溶液中，只要温度不变，KW就不变,(二)水溶液的pH,离子强度大的溶液：,KW=aH3O+aOH-,酸碱的质子理论,在纯水或中性溶液中：,H3O+=OH-,在酸性溶液中：,H3O+1.010-7 molL-1,在碱性溶液中：,H3O+1.010-7 molL-1,=1.010-7 molL-1,OH-,OH-,酸碱的质子理论,稀溶液：pH=-lgH3O+,pH=-lgaH3O+,离子强度大的溶液：,(或pOH=-lgaOH-),任何溶液：,pH+pOH=14.00,(或pOH=-lgOH-),酸碱的质子理论,在纯水或中性溶液中：,H3O+=OH-=1.010-7 molL-1,在酸性溶液中：,H3O+1.010-7 molL-1 OH-,在碱性溶液中：,H3O+1.010-7 molL-1 OH-,pH=7,pH7,pH7,人的血浆：H+=3.610-84.510-8molL-1,pH=7.357.45,酸碱的质子理论,酸碱的质子理论,三、酸碱的强度 给出和接受质子的能力,(一)酸和碱的解离平衡常数,Ka:称为酸的解离平衡常数 Ka值越大，酸性越强。,Kb:称为碱的解离平衡常数 Kb值越大，碱性越强。,HB+H2O,B-+H3O+,Ka=,H3O+B-,HB,B-+H2O,HB+OH-,Kb=,OH-HB,B-,酸碱的质子理论,三、酸碱的强度,(二)共轭酸碱的解离平衡常数的关系,HB B-,Kb,共轭,Ka Kb=KW,共轭关系：,Ka,通式:,酸愈强、共轭碱愈弱；碱愈强、共轭酸愈弱。,(1)一元弱酸()和一元弱碱(),HB+H2O,B-+H3O+,B-+H2O,HB+OH-,Ka=,H3O+B-,HB,Kb=,OH-HB,B-,Ka Kb=,H3O+B-,HB,OH-HB,B-,H3O+OH-,Ka Kb=,KW,HB,B-,酸碱的质子理论,同一溶液中,HB B-,Ka,Kb,HB+H2O,B-+H3O+,B-+H2O,HB+OH-,Ka,Kb,共轭,Ka Kb=KW,共轭关系：,酸碱的质子理论,例:根据查表可知,HAc的酸解离平衡常数为:Ka=1.7610-5,求NaAc的碱解离平衡常数Kb,解:,HAcAc-为共轭酸碱对,Ka Kb=KW,Kb=KW/Ka=1.0010-14/1.7610-5,=5.68 10-10,Ac-,酸碱的质子理论,(1)二元弱酸()和二元弱碱(),H2B,B2-,H2B+H2O,HB-+H3O+,HB-+H2O,H2B+OH-,Ka1=,H3O+HB-,H2B,Kb2=,OH-H2B,HB-,HB-+H2O,B2-+H3O+,B2-+H2O,HB-+OH-,Ka2=,H3O+B2-,HB-,Kb1=,OH-HB-,B2-,酸碱的质子理论,同一溶液中,(1)二元弱酸()和二元弱碱(),H2B,B2-,H2B+H2O,HB-+H3O+,HB-+H2O,H2B+OH-,Ka1=,H3O+B-,H2B,Kb2=,OH-H2B,B-,HB-+H2O,B2-+H3O+,B2-+H2O,HB-+OH-,Ka2=,H3O+B2-,HB-,Kb1=,OH-HB-,B2-,Ka1 Kb2=KW,Ka2 Kb1=KW,共轭酸,共轭碱,H2B,HB-,B 2-,Ka1,Ka2,Kb1,Kb2,共轭,共轭,Ka1 Kb2=KW,Ka2 Kb1=KW,H2CO3,HCO3-,CO32-,酸碱的质子理论,Ka1,Ka2,Kb2,Kb3,共轭,共轭,Ka1 Kb3=KW,Ka2 Kb2=KW,H3PO4,H2PO4-,HPO42-,Ka3,Kb1,PO43-,共轭,Ka3 Kb1=KW,三元弱酸和三元弱碱：,Ka1 Kb1=KW,Ka3 Kb3=KW,小心,酸碱的质子理论,同一溶液中,C2H5NH2,Ac-,Kb=4.710-4,Kb1=KW/Ka3Kb2=KW/Ka2Kb3=KW/Ka1,弱电解质在水中的解离常数,H2CO3,H3PO4,CO32-,PO43-,分子酸(碱),离子酸(碱),课本P315页,Ka1=4.3010-7Ka2=5.6110-11,Ka1=7.5210-3Ka2=6.2310-3Ka3=2.210-13,Ka=1.7610-5,HAc,NH3,Kb=1.7610-5,Kb1=KW/Ka2Kb2=KW/Ka1,C2H5NH3+,NH4+,Ka=KW/Kb,Ka=KW/Kb,Kb=KW/Ka,查表,计算,弱酸(弱碱)质子转移平衡常数,Ka与Kb的共轭关系,一元弱酸(弱碱),二元弱酸(弱碱),三元弱酸(弱碱),Ka Kb=KW,Ka1 Kb2=KW,Ka2 Kb1=KW,Ka1 Kb3=KW,Ka2 Kb2=KW,Ka3 Kb1=KW,酸碱的质子理论,小 结,酸碱的质子理论,注意,一般地，在水溶液中:两性物质既有Ka 亦有Kb,HCO3-Ka2=5.6110-11 Kb2=KW/Ka1=2.3310-8,H2PO4-Ka2=6.2310-8 Kb3=KW/Ka1=1.3310-12,HPO42-Ka3=2.210-12 Kb2=KW/Ka2=1.6110-7,pKa=-lgKapKb=-lgKb,HAc NH3C2H5NH2,Ka1=4.3010-7Ka2=5.6110-11Ka1=7.5210-3Ka2=6.2310-3Ka3=2.210-13Ka=1.7610-5Kb=1.7610-5Kb=4.710-4,H2CO3,H3PO4,Ka(或Kb),pKa或(pKb),6.3710.25 2.12 7.2112.67 4.75 4.75 3.33,酸碱的质子理论,(三)酸碱的强弱,Ka越大，酸性越强,酸碱的质子理论,HAc Ka=1.7610-5HCN Ka=4.9310-10,例：,酸性：HAcHCN,NH3 Kb=1.7610-5CH3NH2 Kb=1.1810-3,碱性：CH3NH2NH3,Kb越大，碱性越强,三、酸碱的强度,共轭酸越强，其共轭碱越弱 共轭碱越强，其共轭酸越弱,根据共轭酸碱对：KaKb=KW,或:Kb=KW Ka,/,酸碱的质子理论,(三)酸碱的强弱,Ka越大，酸性越强,Kb越大，碱性越强,三、酸碱的强度,例：,HAc Ka=1.7610-5HCN Ka=4.9310-10,酸性：HAcHCN,Ac-Kb=5.5910-10CN-Kb=2.0310-5,碱性：CN-Ac-,酸碱的质子理论,注意,在水溶液的pH值计算中:,Cl-、NO3-为极弱碱，溶液的pH值不受其影响；同理，Na+、K+亦然。,例:,NaCl、NaNO3为中性溶液,NH4Cl为酸性溶液,NaAc为碱性溶液(Na+极弱酸,忽略不计),(NH4+酸性,Cl-极弱碱性,忽略不计),(四)平衡移动,(1)浓度对平衡移动的影响,(2)同离子效应,(3)盐效应,酸碱的质子理论,三、酸碱的强度,(弱电解质的)解离度,=,已离解的分子数,弱电解质的总分子数,HB,B-+H+,例：,CHB 0 0,初始时,平衡时,B-H+,HB,=,H+,CHB,=,B-,CHB,酸碱的质子理论,(1)浓度对平衡移动的影响,H+=CHB,(或B-=CHB),HB,B-+H+,CHB 0 0,初始时,平衡时,B-H+,HB,Ka,=,H+B-,HB,=,CHB,CHBCHB,2,2,CHB,CHB H+,CHBCHB,CHB,酸碱的质子理论,Ka,=,CHB,1,2,当C/Ka500时,1 1,5%,Ka,=,CHB,2,酸碱的质子理论,与CHB的平方根成反比，Ka不变,(2)同离子效应,在溶液中,加入与弱电解质具有相同离子的强电解质,弱电解质的解离度将减少,例:,HB,B-+H+,+NaB,H+减少,=,H+,CHB,减少,+HCl,B-减少,=,B-,CHB,减少,酸碱的质子理论,(3)盐效应,在溶液中,加入与弱电解质不相同离子的强电解质,弱电解质的解离度将稍有增大,例:,HB,B-+H+,平衡向右移动,加入NaNO3:,I 增大,减小,aH+和aB-减小,H+和B-增大,=,B-,CHB,增大,=,H+,CHB,酸碱的质子理论,例：某温度时，HA的Ka=1.010-5求(1)0.10molL-1 HA溶液,HA的解离度。(2)(1)溶液中含强电解质0.10molL-1 NaA时,HA的解离度。(3)(1)溶液中含强电解质0.10molL-1 NaCl时,HA的解离度。,解：,(1),C/Ka=,0.1/1.010-5,500,=1.010-2,酸碱的质子理论,(2)CHA=0.10molL-1,CNaA=0.10molL-1,设：平衡时H+=x molL-1,HA,H+A-,平衡时,x,+x,0.1,0.1,0.10 0 0.10,初始时,弱电解质 x 0.1,0.10,0.10,x,Ka=,H+A-,HA,=,x 0.10,0.10,=x,H+=x,=1.010-5,(molL-1),-x,=1.010-4,=,H+,CHB,(3)0.10 molL-1 NaCl溶液 I=0.10,=0.69,Ka=,H+A-,HA,aH+aA-,aHA,H+A-,CHA,=,=,2 H+2,HA,=1.410-3,=1.410-2,=,H+,CHB,molL-1,弱电解质(HA)离解度的影响因素,CHA(molL-1)0.10,H+(molL-1)1.010-3,1.010-2,浓度增大,0.20,1.410-3,0.710-2,同离子效应,0.10,1.010-5,1.010-4,(加入0.10 molL-1 NaA),1.410-3,1.410-2,盐效应,0.10,(加入0.10 molL-1 NaCl),原始浓度,注意:,同离子效应盐效应,亦包含盐效应(可忽略),酸碱的质子理论,浓度增大,同离子效应,盐效应,离解度,影响因素,减少,明显减少,稍增大,小结:,酸碱溶液pH的计算,第三节,求下列溶液的pH值：(用最简式),0.01 molL-1 HCl pH=?,0.01 molL-1 NaOH pH=?,0.01 molL-1 HAc pH=?,0.01 molL-1 NaAc pH=?,0.01 molL-1 H2CO3 pH=?,0.01 molL-1 Na2CO3 pH=?,0.01 molL-1 NaHCO3 pH=?,0.01 molL-1 NH4Ac pH=?,酸碱溶液pH的计算,2,12,一、弱酸或弱碱溶液,1.一元弱酸(HB)溶液,C molL-1 HB 溶液,(例：HAc HCOOH NH4Cl HCN),NH4+,HB在水溶液中的质子转移,HB+H2O,B-+H3O+,H2O+H2O,OH-+H3O+,H+,H+,Ka=,H3O+B-,HB,H3O+OH-,KW=,H3O+,=,B-+OH-,得质子产物,失质子产物,酸碱溶液pH的计算,HB=C H3O+,Ka=,H3O+B-,HB,H3O+OH-,KW=,OH-=,KW,B-=,Ka(C H3O+),H3O+,H3O+,H3O+,=,B-+OH-,H3O+=,Ka(C H3O+),H3O+,KW,H3O+,酸碱溶液pH的计算,H3O+2+KaH3O+KaC+KW=0,(C/Ka500，CKa20KW),可忽略,可忽略,KaC=0,H3O+=KaC,最简式,酸碱溶液pH的计算,Ka,=,CHB,2,H+=CHB,H3O+=KaC,H3O+2+KaH3O+KaC+KW=0,(C/Ka500，CKa20KW),不可忽略,可忽略,H3O+=,-Ka+Ka2+4KaC,2,近似式,酸碱溶液pH的计算,(C/Ka500，CKa20KW),H3O+=KaC,(C/Ka500，CKa20KW),H3O+=,-Ka+Ka2+4KaC,2,一元弱酸H3O+的计算公式,近似式,最简式,酸碱溶液pH的计算,注意,是酸先求H3O+公式中用 Ka,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下HAc的Ka=1.7410-5,求0.10 molL-1 HAc溶液的pH值。,解：,算出H3O+pH值,步骤,先判断HAc的酸碱性,选择公式条件的计算,选择计算公式,HAc为酸,公式中用Ka,求H3O+,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下HAc的Ka=1.7410-5,求0.10 molL-1 HAc溶液的pH值。,解：,C/Ka=0.10/1.7410-5,CKa20KW,选择,H3O+=KaC,H3O+=0.101.7410-5,=1.3210-3 molL-1,pH=-lgH3O+=2.28,500,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下NH3的Kb=1.7910-5,求0.10 molL-1 NH4Cl溶液的pH值。,解：,NH4+为酸,公式中用Ka,求H3O+,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下NH3的Kb=1.7910-5,求0.10 molL-1 NH4Cl溶液的pH值。,Ka=,Kw,Kb,=,1.010-14,1.7910-5,=5.5910-10,C/Ka=0.10/5.5910-10,CKa20KW,选择,H3O+=KaC,500,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下NH3的Kb=1.7910-5,求0.10 molL-1 NH4Cl溶液的pH值。,H3O+=0.105.5910-10,=7.4810-6 molL-1,pH=-lgH3O+=5.13,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下HAc的Ka=1.7410-5,求1.0 10-5 molL-1 HAc溶液的pH值。,解：,C/Ka=1.0 10-5/1.7410-5500,CKa20KW,选择,H3O+=KaC,H3O+=,pH=-lgH3O+=5.15,H3O+=,-Ka+Ka2+4KaC,2,7.1210-6,molL-1,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下一氯乙酸的Ka=1.4010-3,求0.10 molL-1一氯乙酸溶液的pH值。,解：,C/Ka=0.1/1.4010-3500,CKa20KW,选择,H3O+=KaC,H3O+=,pH=-lgH3O+=1.95,H3O+=,-Ka+Ka2+4KaC,2,1.1110-2,molL-1,酸碱溶液pH的计算,2.一元弱碱(B-)溶液,C molL-1 B-溶液,(例：NH3 HCOONa NaAc NaCN),HCOO-Ac-CN-,一、弱酸或弱碱溶液,B-在水溶液中的质子转移,B-+H2O,HB+OH-,H2O+H2O,H3O+OH-,H+,H+,Kb=,OH-HB,B-,H3O+OH-,KW=,OH-,=,HB+H3O+,失质子产物,得质子产物,酸碱溶液pH的计算,近似式,最简式,OH-2+KbOH-KbC+KW=0,(C/Kb500，CKb20KW),OH-=KbC,(C/Kb500，CKb20KW),OH-=,-Kb+Kb2+4KbC,2,酸碱溶液pH的计算,注意,是碱先求OH-公式中用 Kb,比较前面:,是酸先求H3O+公式中用 Ka,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下NH3的Kb=1.7910-5,求0.010 molL-1 NH3溶液的pH值。,解：,算出 pOH值,步骤,先判断NH3的酸碱性,选择公式条件的计算,选择计算公式,NH3为碱,公式中用Kb,求OH-,OH-,pOHpH,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下NH3的Kb=1.7910-5,求0.010 molL-1 NH3溶液的pH值。,解：,C/Kb=0.010/1.7910-5,CKb20KW,选择,H3O+=KbC,OH-=KbC,OH-=0.0101.7910-5,=4.2110-4 molL-1,500,酸碱溶液pH的计算,pOH=-lgOH-=3.38,例：已知室温下NH3的Kb=1.7910-5,求0.010 molL-1 NH3溶液的pH值。,pH=14 pOH=143.38=10.62,H3O+=,1.010-14,OH-,pH=-lgH3O+=10.62,OH-=4.2110-4,或：,4.2110-4,=2.410-11,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下HAc的Ka=1.7410-5,求0.10 molL-1 NaAc溶液的pH值。,NaAcAc-为碱,公式中用Kb,求OH-,酸碱溶液pH的计算,Kb=,Kw,Ka,=,1.010-14,1.7410-5,=5.7510-10,C/Kb=0.10/5.7510-10,CKb20KW,选择,H3O+=KaC,例：已知室温下HAc的Ka=1.7410-5,求0.10 molL-1 NaAc溶液的pH值。,OH-=KaC,OH-=KbC,解:,500,注意,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下HAc的Ka=1.7410-5,求0.10 molL-1 NaAc溶液的pH值。,OH-=0.105.7510-10,=7.5810-6 molL-1,pOH=-lgOH-=5.12,pH=145.12=8.88,Kb=5.7510-10,酸碱溶液pH的计算,二、多元弱酸弱碱溶液,1.多元弱酸(HnB)溶液,C molL-1 HnB 溶液,n2,二元弱酸：H2CO3 H2S H2C2O4,三元弱酸：H3PO4 H3BO4,六元弱酸：H6Y2+(乙二胺四乙酸 EDTA),例：,H2CO3在水溶液中的质子转移,H2CO3+H2O,HCO3-+H3O+,HCO3-+H2O,CO32-+H3O+,H+,Ka1=,H3O+HCO3-,H2CO3,Ka2=,H3O+CO32-,HCO3-,第一步,第二步,=4.4610-7,=4.6810-11,H+,酸碱溶液pH的计算,Ka1Ka2,第一步产生的H3O+第二步产生的H3O+,可忽略不计,H2CO3+H2O,HCO3-+H3O+,Ka1=,H3O+HCO3-,H2CO3,与一元弱酸类似,酸碱溶液pH的计算,(C/Ka1500，CKa120KW),H3O+=Ka1C,(C/Ka1500，CKa120KW),H3O+=,-Ka1+Ka12+4Ka1C,2,多元弱酸H3O+的计算公式,近似式,最简式,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下H2CO3的Ka1=4.4610-7,Ka2=4.6810-11求0.040 molL-1 H2CO3(饱和)溶液的pH值。,解：,算出H3O+pH值,步骤,先判断H2CO3 的酸碱性,选择公式条件的计算,选择计算公式,H2CO3为酸,公式中用Ka,求H3O+,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下H2CO3的Ka1=4.4610-7,Ka2=4.6810-11求0.040 molL-1 H2CO3(饱和)溶液的pH值。,Ka1Ka2,第一步产生的H3O+第二步产生的H3O+,可忽略不计,解：,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下H2CO3的Ka1=4.4610-7,Ka2=4.6810-11求0.040 molL-1 H2CO3(饱和)溶液的pH值。,解：,C/Ka1=0.040/4.4610-7,CKa120KW,选择,H3O+=Ka1C,H3O+=4.4610-70.040,=1.3310-4molL-1,pH=-lgH3O+=3.29,500,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下H2CO3的Ka1=4.4610-7,Ka2=4.6810-11 求0.040 molL-1 H2CO3(饱和)溶液中的 H3O+、HCO3-、CO32-和OH-。,酸碱溶液pH的计算,设：第一步解离出的H3O+x 第二步解离出的H3O+y,H2CO3在水溶液中的质子转移,H2CO3+H2O,HCO3-+H3O+,H+,第一步,x,x,HCO3-+H2O,CO32-+H3O+,第二步,H+,y,x-y,y,-y,+y,x+,C(x+y),Ka1=4.3010-7 Ka2=5.6110-11,yx,H2CO3在水溶液中的质子转移,H2CO3+H2O,HCO3-+H3O+,H+,第一步,x,x,HCO3-+H2O,CO32-+H3O+,第二步,H+,y,x-y,y,-y,+y,x+,C(x+y),x,Ka1=4.3010-7 Ka2=5.6110-11,yx,Ka2=,H3O+CO32-,HCO3-,=,x y,x,y,例：已知室温下H2CO3的Ka1=4.4610-7,Ka2=4.6810-11 求0.040 molL-1 H2CO3(饱和)溶液中的 H3O+、HCO3-、CO32-和OH-。,HCO3-x,CO32-Ka2,=1.3110-4 molL-1,=4.6810-11 molL-1,H3O+=x=1.3110-4 molL-1,前面已计算,酸碱溶液pH的计算,H3O+=Ka1C,例：已知室温下H3PO4的Ka1=7.510-3,Ka2=6.210-8,Ka3=2.210-13 求0.10molL-1 H3PO4溶液中的H3O+、H2PO4-、HPO42-和PO43-。,H2PO4-H3O+,HPO42-Ka2,Ka3=,H3O+PO43-,HPO42-,H3O+=,-Ka1+Ka12+4Ka1C,2,酸碱溶液pH的计算,2.多元弱碱(B)溶液,C molL-1 Bn-溶液,n2,例：二元弱碱：Na2CO3 Na2S Na2C2O4,三元弱碱：Na3PO4 Na3BO4,n-,CO32-S2-C2O42-,PO43-BO43-,二、多元弱酸弱碱溶液,Na2CO3在水溶液中的质子转移,CO32-+H2O,HCO3-+OH-,HCO3-+H2O,H2CO3+OH-,H+,Kb1=,OH-HCO3-,H2CO3,Kb2=,OH-H2CO3,HCO3-,第一步,第二步,=1.7810-4,=2.3310-8,H+,Kb1Kb2,第一步产生的OH-第二步产生的OH-,可忽略不计,CO32-+H2O,HCO3-+O-,Kb1=,OH-HCO3-,CO32-,与一元弱碱类似,(C/Kb1500，CKb120KW),OH-=Kb1C,(C/Kb1500，CKb120KW),OH-=,Kb1+Kb12+4Kb1C,2,多元弱碱OH-的计算公式,近似式,最简式,酸碱溶液pH的计算,解：,算出OH-pOH值 pH值,步骤,先判断Na2SO3 的酸碱性,选择公式条件的计算,选择计算公式,Na2SO3为碱,公式中用Kb,求OH-,酸碱溶液pH的计算,例：已知室温下H2SO3的Ka1=1.5410-2,Ka2=1.0210-7求0.10 molL-1