《酸碱电离平衡》PPT课件.ppt
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1、酸 碱 平 衡,第八章 酸碱解离平衡,一、酸碱质子理论1 酸碱的定义 酸碱质子理论(Brnsted-Lowry质子理论)2 酸碱解离平衡(质子理论)3 酸碱的强弱二、水的自偶解离平衡三、弱酸弱碱的解离平衡1 一元弱酸弱碱的解离平衡(含离子型)2 多元弱酸弱碱的解离平衡(含离子型)3 两性离子的解离平衡四、酸碱解离平衡的移动(同离子效应)五、缓冲溶液1 缓冲溶液的组成及缓冲作用2 缓冲溶液pH的计算3 缓冲溶液的配制,人们对酸碱概念的逐步认识,1887年阿仑尼乌斯()电离理论,1905年富兰克林(Franklin)溶剂理论,1923年Bronsted and Lowrey 质子理论,路易斯(Le
2、wis)酸碱电子理论,皮尔逊(Pearson)于1963年提出了软硬酸碱理论,阿仑尼乌斯根据电离理论提出:酸是在水溶液中电离出的阳离子仅仅是H+的物质;碱是在水溶液中电离出的阴离子仅仅是OH-的物质。由于水是最普遍的溶剂,所以百年来,这种观 点至今仍为许多人采用。这种观念其缺点是立论仅局限于水溶液体系,不适用于水溶剂和非水溶剂体系。,2NH3(l)NH4+NH2-,反例:,一.本章 酸碱定义,1.酸碱质子理论(Brnsted-Lowry 质子理论)能给出H+的物质为质子酸 能与H+结合的物质为质子碱NH4+NH3+H+Al(H2O)63+Al(H2O)5(OH)2+H+HCO3 CO32+H+
3、酸 碱+H+,2.酸碱质子理论,酸 H+碱 共轭关系 共轭酸 共轭碱 HCl H+Cl 酸在水中的解离(酸碱必须同时存在)HCl+H2O H3O+Cl(全部)酸1 碱2 酸2 碱1 NH4+H2O H3O+NH3(可逆)酸1 碱2 酸2 碱1,H+,H+,H+,共轭酸碱:至少两对,酸碱强弱相对关系酸碱半反应式两性物质:接受+给出质子酸碱理论没有盐的概念,酸碱的几点说明,2.酸碱质子理论,碱在水中的解离(酸碱必须同时存在)Ac+H2O HAc+OH(可逆)碱1 酸2 酸1 碱2 酸碱反应,H+,“有酸才有碱,有碱才有酸 酸中有碱,碱可变酸”(酸碱相互依存和转化),对于多元弱酸(碱),它们的共轭酸
4、碱对之间的关系依然成立,注意分清每一步解离平衡的对应关系!,Kb1=2.3 10-2,Kb2=1.6 10-7,Kb3=1.3 10-12,Kb1 Kb2 Kb3,酸碱强弱顺序,?,3.酸碱的强弱,取决于(1)酸碱本身释放质子和接受质子的能力(2)溶剂接受和释放质子的能力 例如:HAc 在水中为弱酸,但在液氨中为强酸!酸碱的强弱 用 Ka(解离平衡常数)来表征如:,-396.6-237.19-237.19-369.4(kJ/mol),水溶液中的共轭酸碱对和Ka值,水溶液中最强酸为 最强碱,H3O+(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+H2O(l)K=1,全部电离,溶剂与酸碱的相对强弱,HCl
5、、H2SO4、NaOH等强弱无法通过水溶液区分。,同一弱酸或弱碱,如溶于不同的溶剂,表现出来的强弱就不同,酸,碱,例如:醋酸在水(极弱酸)中表现为弱酸,在液氨(比水更弱的酸)中表现为强酸,在无水 H2SO4(强酸)中则表现为碱。,溶剂的拉平效应(Leveling Effect),在水中,所有酸强度均由H3O+体现,因此各种强酸的强度被拉平到H3O+水平,溶剂的区分效应(Differentialing Effect),Ka=1.58 10-6,Ka=6.31 10-9,Ka=1.58 10-9,Ka=3.98 10-10,HClO4 H2SO4 HCl HNO3,酸碱反应和酸碱强弱,强酸+强碱
6、弱酸+弱碱,(1)酸碱强弱判断反应方向,CN-+HF=F-+HCN,Ka(HF)=3.5 10-4 Ka(HCN)=4.9 10-10,(2)由反应方向判断酸碱强弱,在水溶液中,下列反应自发进行,判断各酸碱的强弱1.H3O+OH-=H2O+H2O2.S2-+H2S=HS-+HS-,酸碱强度和结构,(1)氢化物 HmX,NH3 H2O HF H2S HCl H2Se HBr H2Te HI,(2)含氧酸(成酸元素的羟基化合物),通式(HO)mXOn,HNO2 HNO3H2SO3 H2SO4,HClO HClO2 HClO3 HClO4,但对于酸仍限制在含氢的物质上,故酸碱反应也仅局限于包含质子转
7、移的反应。,酸碱质子理论扩充了酸碱范围,并适用于非水的质子溶剂中应用。,酸碱质子理论的优缺点,优点,不足,N2O4=NO+NO3-BF3+F-=BF4-,二、水的自偶解离平衡,水本身电离平衡H2O+H2O H3O+OH 在25 C,由电导等方法测得 H3O+=OH=1.0 107(mol/dm3)则 Kw=H3O+OH=1.0 1014(无量纲)Kw 称为水的离子积,是水的解离常数。Kw随温度的增加,略有增加。Kw也可由 求得 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)-237.2-237.2-237.2-157.3(kJ/mol)=79.90,纯水时:,H3O+=OH=1.0
8、107(mol/dm3)pH=-lg H3O+=7=pOH加入0.10 mol/dm3 强酸时,OH=Kw/H3O+=1.0 1014/1.0 101=1.0 1013(mol/dm3)加入0.10 mol/dm3 强碱时,H3O+=Kw/OH=1.0 1014/1.0 101=1.0 1013(mol/dm3)水溶液中(纯水、或酸碱溶液),H3O+和OH 同时存在,Kw是个常数。(酸溶液中也有OH,碱溶液中也有H3O+),pH 和 pOH 一般的取值范围是 1-14,pH值越大,溶液酸性越弱,碱性越强。,HAc+H2O=H3O+Ac-,Ac-+H2O=OH-+HAc,共轭酸碱满足:,Kw=K
9、a Kb,酸碱解离常数,三、弱酸弱碱的解离平衡,HAc+H2O=H3O+Ac-,分为两个部分:一元弱酸弱碱的解离平衡 多元元弱酸弱碱的解离平衡,1.首先:一元弱酸弱碱的解离平衡,简化为:HB=H+B-,一元弱酸弱碱的解离平衡例:求0.10 mol/dm3 HAc水溶液的酸度,已知 Ka=1.76 105 解:HAc+H2O H3O+Ac 0.10-x x x 设 H3O+的平衡浓度为 x 则 Ka=H3O+Ac/HAc=x2/(0.10-x)x2/0.10=1.76 105 x=H3O+=(0.10 1.76 105)0.5=1.3 103(mol/dm3)解离度=x/C0=1.3 103/0
10、.10=0.013(1.3%),计算0.100molL-1氨水溶液中的c(OH-)、pH和氨水的解离度。,pH=-lg(7.510-12)=11.12,一元弱酸(碱)溶液的 H3O+(或 OH)的简化公式,假定:(1)在 0.10 mol/dm3 HA水溶液中,水本身的解离可忽略,即由 H2O H3O+产生的H3O+10-7(mol/dm3);(2)HA的解离度 5%,或 c/K 380(400)其中,c 为HA的起始浓度;K 为平衡常数。一元弱酸(碱)溶液的 H3O+(OH)的简化公式:,例:,将2.45克固体NaCN配制成500 cm3的水溶液,计算此溶液的酸度是多少。已知:HCN的Ka
11、为4.931010。,解:CN的浓度为 2.45/(49.0 0.500)=0.100(mol/dm3)CN+H2O OH+HCN=Kw/Ka=1.00 1014/4.93 1010=2.03 105因为 c/Kb=0.100/2.03 105=4.93 103 400则 OH=(Kbc)0.5=(2.03 105 0.100)0.5=1.42 103(mol/dm3)pH=14.0 pOH=14.0 2.85=11.15,计算:C(Ac-)=0.10 molL-1 的NaAc 水溶液中的氢氧根离子浓度 C(OH-)和溶液的pH值,练习,H2CO3+H2O=H3O+HCO3-,HCO3-+H2
12、O=H3O+CO3-,Ka1=4.30 10-7,Ka2=5.61 10-11,2、多元弱酸弱碱的解离平衡,CO32-+H2O=HCO3-+OH-,HCO3-+H2O=H2CO3+OH-,Kb1=1.78 10-4,Kb2=2.33 10-8,二元酸,二元碱,第一步解离常数 第二步解离常数 第三步解离常数,Ka1(H2CO3)Kb2(CO3-)=Kw,Ka2(H2CO3)Kb1(CO3-)=Kw,无机弱多元酸碱:Ka1/Ka2 104有机弱多元酸碱:Kb1/Kb2 101.5,(1),(2),(3),(4),第一步解离的H+对其后各步解离具有强烈抑制作用,在计算多元酸碱水溶液pH时,若要求相对
13、误差 2.5%只要 Ka1/Ka2 101.6可以只考虑第一步解离而完全忽略以后各步解离对溶液酸度的影响,c/c,Ka1,400,c(H+)/c=,c/c,Ka1,400,c(H+)/c=,2、多元弱酸弱碱的解离平衡,分步电离 H2S:H2S+H2O H3O+HS Ka1=H3O+HS/H2S=9.1 108 HS+H2O H3O+S2 Ka2=H3O+S2/HS=1.1 1012一般来说,第二部电离较第一步电离更难,Ka1 较Ka2 大几个数量级。,例:,解:H2S+H2O H3O+HS 平衡浓度:0.1-x x+y x-y HS+H2O H3O+S2 x-y x+y y Ka1=H3O+H
14、S/H2S=9.1 108 Ka2=H3O+S2/HS=1.1 1012 Ka1 Ka2,且 c/Ka1=0.1/9.1 108 400 H3O+x+y x(9.1 108 0.1)0.5=9.5 105(mol/dm3)pH=4.02,计算0.10 mol/dm3 H2S 水溶液的H3O+和 S2,以及H2S 的解离度。,解:H2S+H2O H3O+HS 平衡浓度:0.10-x x+y x-y HS+H2O H3O+S2 x-y x+y y S2=Ka2(HS/H3O+)=Ka2(x-y/x+y)x y,HS H3O+S2 Ka2=1.1 1012(mol/dm3)H2S的电离度=x/c=9
15、.5 105/0.10=9.5 104(0.1%),可见:溶液中绝大部分是未电离的H2S分子。,一个重要的结论弱二元酸水溶液中,酸根离子的物质的量浓度,数值约等于 Ka2氢离子的浓度远大于酸根离子浓度的2倍,?计算0.10 mol/dm3 Na2S 水溶液中的 S2 和OH,以及 S2的解离度。,Ka2(H2S)=1.1 1012,Ka1(H2S)=9.1 108,?计算0.10 mol/dm3 Na2CO3 水溶液的pH。已知:,Ka2(H2CO3)=5.6 1011,Ka1(H2CO3)=4.3 107,例:,解:S2+H2O OH+HS HS+H2O OH+H2S Kb1=Kw/Ka2=
16、1.0 1014/1.1 1012=9.1 103 Kb2=Kw/Ka1=1.0 1014/9.1 108=1.1 107 Kb1 Kb2,计算时不必考虑第二步解离,计算0.10 mol/dm3 Na2S 水溶液中的 S2 和OH,以及 S2的解离度。,例:,解:S2+H2O OH+HS 平衡浓度:0.10 x x x c/Kb1=0.10/9.1 103=11 400 不能简化计算,解一元二次方程得:x=OH=2.5 102(mol/dm3)S2=0.10 x=0.10 0.025=7.5 102(mol/dm3)S2的解离度=x/c=0.025/0.10=0.25(25%),例:,解:H2
17、PO4+H2O H3O+HPO42 Ka2(H3PO4)=6.23 108 H2PO4+H2O OH+H3PO4 Ka2 Kb3 溶液显酸性,两性离子的解离平衡试定性说明为什么 NaH2PO4 溶液显酸性。,H+,H+,金属离子某些金属离子如Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+等的水溶液具有酸性。为什么?,AlCl3(s)+6H2O=Al(H2O)63+3Cl-,Al(H2O)63+H2O=Al(H2O)5OH2+H3O+,Al(H2O)5OH2+H2O=Al(H2O)4(OH)2+H3O+,Al(H2O)4(OH)2+H2O=Al(H2O)3(OH)3+H3O+,多元弱酸弱碱(小结),1.
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