无机及分析化学第7章之酸碱平衡.ppt

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1、无机及分析化学第7章 水溶液中的解离平衡之酸碱平衡,1,酸：能给出质子(H)的物质；如碱：能接受质子(H)的物质。如它们之间的关系可如下表示：酸 质子 碱；共轭酸碱对 酸碱半反应 如 HAc H Ac这种因质子得失而相互转变的每一对酸碱，称为共轭酸碱对。不再提盐的水解反应，而是共轭酸或碱的离解反应。,7.1 酸碱平衡,7.1.1 酸碱质子理论,1.酸碱的定义,如 解离反应：HAc H2O H3O+Ac-NH4Cl 水解反应：NH4+H2O H3O+NH3 NaAC 水解反应：Ac-H3O HAc+OH-盐水解反应即为成盐离子(离子酸、碱)和溶剂水之间的质子转移反应。溶剂水的质子自递反应：H2O

2、+H+H3O+,7.1.1 酸碱质子理论,2.酸碱反应的实质,酸1 碱2 酸2 碱1,弱酸HA：HA H2O H3O+A-,7.1.1 酸碱质子理论,3.酸碱强度和解离常数,p+p=14.00,弱碱A-：A-H2O HAOH-,共轭酸碱对中，酸越强，则其共轭碱越弱。,7.1.1 酸碱质子理论,二元酸碱的共轭关系,三元酸碱的共轭关系,(二元离子碱),(三元离子碱),(二元酸),(三元酸),7.1.1 酸碱质子理论,【例7.1】利用磷酸的解离常数计算 的，并判断其水溶液的酸碱性。,解 离子碱的解离反应为：,作为酸时的解离常数为显然，其，说明 在水溶液中得质子的能力大于失质子的能力，所以水溶液呈碱性

3、。,7.1.1 酸碱质子理论,【例7.2】由解离常数比较下列碱的相对强弱：,所求碱的 为,解 共轭酸，,11.88 7.62 6.80 3.75 4.05 4.74,碱性相对强弱为：,7.1.1 酸碱质子理论,【例7.3】由解离常数确定下列溶液在相同浓度下，pH大小顺序：,NaOH，NH4Ac，NaAc，HCN，Na3PO4，NaCN，H3PO4，HCl。,NaOHNa3PO4 NaCNNaAcNH4Ac HCNH3PO4HCl,解 先分类：,NaOH,Na3PO4(14-12.33)NaAc(14-4.74)NaCN(14-9.21),NH4Ac,HCN(9.21)H3PO4(2.12)(N

4、H4)2SO4(14-4.74),HCl,酸碱理论的总结适用于任何溶剂具有质子自递作用的体系(如乙醇、液氨、冰醋酸等)；酸碱反应的实质就是质子的传递；扩大了酸碱的概念又有较强的适用性。本课程以下均用酸碱的质子理论来探讨。,7.1.1 酸碱质子理论,(1)在酸碱平衡体系中选取零水准(质子参考水准或质子基准态物质)，作为计算得失质子数的基础。*零水准：与质子转移直接有关的大量的物质。通常是起始的酸碱组分，或是反应物,有时也用产物。,7.1 酸碱平衡,1.质子条件式(PBE)用来表示在质子转移反应中得失质子数相等的数学表达式。,列质子条件式的步骤：,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,(2)从质子参考水

5、平出发，将溶液中其他组分与之比较得失质子多少。(3)根据得失质子等衡原理写出质子条件式。(4)涉及到多级离解的物质时，与零水准比 较，质子转移数在2或2以上的，它们的浓 度项之前必须乘以相应的系数，以保持得 失质子的平衡。质子条件式中，不出现作为参考水准的物质。,2.列质子条件式的步骤,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,【例7.4】写出下列水溶液的PBE。,NH4H2PO4 得质子产物 参考水准 失质子产物PBE:,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,【例7.4】写出下列水溶液的PBE。,得质子产物 参考水准 失质子产物PBE:,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,【例7.4】写出下列水溶液的PBE。,

6、HCl+HCN 得质子产物 参考水准 失质子产物PBE:,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,【例7.4】写出下列水溶液的PBE。,得质子产物 参考水准 失质子产物解法一 PBE:,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,【例7.4】写出下列水溶液的PBE。,得质子产物 参考水准 失质子产物解法二PBE:,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,1.一元弱酸(碱)溶液(部分电离，通常电离度较小),将 代入上式得：此为精确公式,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,一元弱酸HA的质子平衡条件为：H+=A-+OH-,2.一元弱酸(碱)溶液,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,若(c为HA总浓度)，则 且式中 项可忽略(忽略水的

7、解离)。,若，则弱酸的解离度很小，可认为HAc，,即,若，且，则得最简式（常用）,2.其他酸碱溶液pH的计算,其他酸碱溶液pH的计算，可以采用一元弱酸溶 液pH计算途径和思路作类似处理，此处不再一 一推导。在实际工作中，当溶液pH计算要求精 度不是很高时，可直接使用最简式进行计算。各种酸碱溶液的pH计算的最简式如下：,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,2.其他酸碱溶液pH的计算,(1)一元弱酸(碱)或 如,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,(2)多元弱酸(碱)按一元酸碱近似处理：或 如 等。,2.其他酸碱溶液pH的计算,7.1.2 酸碱溶液pH的计算,(3)两性物质 可分为几种情况考虑：二元酸式盐

8、 NaHA：如 三元酸式盐 NaH2A：如 Na 2 HA：如 弱酸弱碱盐 AB：,(4)缓冲溶液 共轭酸碱对，HAA：如 等。,例7.4 计算0.10molL-1 ClCH2COOH 的pH.（pKa=2.86）(P136),pH=1.96.用最简式:pH=1.89.,解 Kac=10-2.860.10=10-3.8610Kw c/Ka=0.10/10-2.86=72105,用(7.6)近似计算公式计算：,【例7.5】分别计算下述溶液的pH(最简式)。,(1)0.10 HA(p=4.54)溶液解 一元弱酸：,(2)0.010 溶液解 一元离子酸：,【例7.5】分别计算下述溶液的pH(最简式)

9、。,(3)0.010 溶液解 二元离子碱：,(4)0.010 溶液解 三元酸的酸式盐：,在弱电解质溶液中，加入含有共同离子的强电解质，可使弱电解质的电离度降低，这种效应称同离子效应（common ion effect）。,7.1.3 同离子效应和缓冲溶液,1.同离子效应,2.缓冲溶液 在 某种 溶液中加入少量强酸或强碱，溶液体系的pH几乎不发生变化，即它能够抵抗外来少量强碱或强酸作用；或稍加稀释，其pH不易发生改变,称缓冲作用。具有缓冲作用的溶液叫作缓冲溶液,(1)缓冲溶液的组成共轭酸碱对混合液,一般可以分为三种类型：弱酸及其对应的盐 如HAc-NaAc;弱碱及其对应的盐 如NH4+-NH3;

10、不同程度的酸式盐 如NaH2PO4-Na2HPO4.,2.缓冲溶液,7.1.3 同离子效应和缓冲溶液,(2)缓冲溶液的计算,7.1.3 同离子效应和缓冲溶液,2.缓冲溶液,当c(HA)和c(A-)较大时，可得缓冲溶液中H+的最简式：,(3)缓冲范围和缓冲容量,定义：指溶液具有缓冲能力的pH范围。对弱酸（碱）和其共轭碱（酸）组成的缓冲溶液，缓冲范围为：当缓冲溶液的总浓度一定时，缓冲对组分浓度的比值越接近1，则缓冲容量越大；当比值为11时，缓冲容量最大。,7.1.3 同离子效应和缓冲溶液,2.缓冲溶液,(4)缓冲溶液的选择,缓冲溶液对反应过程应没有干扰。需要控制pH应在缓冲溶液的缓冲范围内()。缓

11、冲溶液应有足够的缓冲容量，即缓冲组分浓度要适当大(0.11mol/dm3)且比较接近。当 1时，缓冲容量最大(最佳缓冲pH)。生命体中、生活中的缓冲体系及其重要性。,7.1.3 同离子效应和缓冲溶液,2.缓冲溶液,(5)缓冲溶液的配制,采用相同浓度的弱酸（或弱碱）及其盐溶液按不同体积混合来配制所需缓冲溶液。采用在一定量的弱酸中加一定量的强碱，通过中和反应生成的盐和剩余的弱酸组成缓冲溶液。采用在一定量的弱酸（或弱碱）溶液中加入固体盐类的配制。,7.1.3 同离子效应和缓冲溶液,2.缓冲溶液,【例7.7】欲配制pH为5.5的缓冲溶液，应选下列_物质。(A)HAc（p=4.74）及其盐(B)甲酸（p

12、=3.74）及其盐(C)六次甲基四胺（p=8.85）及其盐(D)氨水（p=4.74）及其盐解 为使缓冲溶液的缓冲容量较大，应尽可能使，所以应选择(C)。,7.1.3 同离子效应和缓冲溶液,2.缓冲溶液,【例7.10】用1.0molL1氨水和固体NH4Cl为原料，如何配制500mLpH为9.0，其中氨水浓度为0.20molL1的缓冲溶液？解 由附录得,NH4+将数据代入 需1.0molL1氨水体积为 配制方法：先将9.6克NH4Cl固体溶于少量水中，然后加入100mL1.0molL1氨水，稀释至500mL，摇匀后即得pH为9.0的缓冲溶液。,5.缓冲溶液在医学上的意义,7.2 强电解质溶液,The End,Thanks for Your Attention!,