无机化学教学课件8章酸碱解离平衡.ppt
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1、第8章酸碱解离平衡,Chapter 8 Ionization equilibria on acid-base,81 弱酸和弱碱的解离平衡,8 2 盐类水解,8 3 电解质溶液理论和酸碱理论的发展,Ionization equilibria on weak acid-base,Salts hydrolysis reaction,The electrolyte solution theory and development on acid-base theory,Cave formation result from acid-base reaction involving CaCO3,1887年A
2、rrhenius提出“电离说”(Arrhenius acid-base concept),酸指在水中电离出的阳离子全部为H+,都 不是离子型化合物:,碱指在水中电离出的阴离子全部为OH-,全为离子型化合物:,H2SO4=HSO4+H+,-,NaOH=Na+OH-,中和反应的实质是 H+OH-=H2O,水溶液中电解质(electrolyte)是部分电离的:,-电离度(degree of ionization),酸碱的概念在不断地发展.让我们先回忆一下Arrhenius的“电离说”,然后再介绍Bronsted-lowry酸碱理论和Lewis酸碱理论.,11 一元弱酸和弱碱的解离平衡,1 2 水的解
3、离平衡和溶液的pH,1 3 多元弱酸的解离平衡,布朗斯特(Brfnsted J N,1879-1947)丹麦物理化学家.因其酸、碱质子理论而著名于世.,81 弱酸和弱碱的解离平衡,1 4 缓冲溶液,1 解离平衡常数,11 一元弱酸和弱碱的解离平衡,例:,详见p-209,(1)一元弱酸的电离平衡,根据一元弱酸的电离平衡,近似式:,最简式:,计算H+,同理对一元弱碱:,(2)一元弱碱的电离平衡,例:,2 电离度,稀释定律:在一定温度下(为定值),某弱电解质的电离 度随着其溶液的稀释而增大,HA(aq)H+(aq)+A(aq)初始浓度 c 0 0 平衡浓度 c cc c,稀释定律,3 同离子效应(T
4、he common-ion effect),同离子效应 在弱酸或弱碱的电解质溶液中,加入与其具有共同离子的强电解质使电离平衡向左移,从而降低了弱电解质的电离度,这种影响叫同离子效应。,例如 在HAc溶液中加入一些NaAc,NaAc在溶液中完全电离,则Ac离子浓度增加很多,会使醋酸电离平衡左移,也降低HAc电离度。设在0.10moldm-3的HAc溶液中加入固体NaAc,使NaAc的浓度达0.20 moldm-3,求溶液中的H+和电离度。,解:设质子浓度c(H+)=x HAc H+Ac 开始时相对浓度 0.1 0 0.2 平衡时相对浓度 0.1x x 0.2+x,由HAc电离常数表达式,由于c/
5、Ka 500,且平衡左移,近似得:0.2+x=0.2 0.1x=0.1所以平衡常数的表达式为:,将 代入得 x=9.0106 即H+=9.010-6 moldm-3电离度=H+/c0=9.0106/0.1=9.0103,若不加入NaAc,得 c(H+)=1.3103=c(H+)/c0=1.3 所以说,加入 NaAc固体,由于Ac的影响使HAc的缩小了144倍。,1.水中的离子积常数,The ion-product and pH scale,H2O+H2O H3O+OH,m,G,Dr,=79.9kJmol1,水是一种弱电解质,解离度极小。在一定温度下存在下列平衡:,1 2 水的解离平衡和溶液的p
6、H,在一定温度下,该反应可以达到平衡状态,按照热力学原理存在下列关系:,T/K,273283291295298313333,0.1310-140.3610-140.7410-141.0010-141.2710-143.8010-1412.6010-14,不同温度时水的,水的解离或质子自递,是吸热?还是放热,在书写平衡常数时,我们知道,水是纯液体将不出现在平衡常数表达式中,故:(298.15)=c(H3O+)/cc(OH/c=1.010-14 水的离子积常数,是温度的函数,温度升高,该值增大,2.溶液的酸碱性和pH 在水溶液中总是H3O+(简写为H+)、OH共存:在酸性条件下c(H3O+)c(O
7、H-),在碱性条件下c(H3O+)c(OH-),在中性条件下c(H3O+)=c(OH-)=1.010-7 可以用 c(H3O+)或c(OH-)来衡量水溶液的酸碱性,但它们一般是很小的数值,因此取他们的负对数 lgc(H3O+)/c 或lg c(OH-)/c前者称之为pH,后者称之为pOH显然,在298.15K时,pH+pOH=14,此时c(H+)10-130 mol L-1,若要在 l mol L-1 H+的水溶液中找到一个未水合的H+,则体积要大到可容纳1070个地球.,H+H 2OH3O+,DH q=-761.5 kJ.mol-1,水溶液中H+以何种形式存在?,Solution,Quest
8、ion 1,1.本质 结构复杂的弱酸或弱碱分子,发生下列电离:HIn+H2O H3O+In 2.变色原理 HIn的颜色与In有明显的差异,分别称酸式色和碱式色 3.变色范围 当酸式和碱式的浓度之比为10(或0.1)时表现酸式颜色(或碱式颜色),由 pH=pKHIn+lg(HIn/In-)=pKHIn 1 知变色范围一般约为两个pH单位。若两者颜色差异大时,会减小;反之增大,3 酸碱指示剂(Acid-base indicator),H2S H+HSHS H+S2 H2O H+OH,8-1-3 多元弱酸的解离平衡(polyprotic weak acids),计算 0.100 molL-1 H2S
9、溶液中 H+,OH,S2的浓度及pH值.,H2S H+HS平衡浓度/(molL-1)0.100 x x+y+z x-y,HS H+S2平衡浓度/(mol L-1)x y x+y+z y,H2O H+OH平衡浓度/(mol L-1)x+y+z z,Solution,可以解离出多个质子的酸,质子是分步给出的称之为分步电离,H2S 2H+S2-,H2S饱和溶液中 c(H2S)=0.10 molL-1,结 论,多元弱酸的离解是分步进行的,一般 溶液中的 H+主要来自于弱酸的第一步离解,计算 c(H+)或 pH 时 可只考虑第一步离解.,对于二元弱酸,当 时,c(酸根离子),而与弱 酸的初始浓度无关.如
10、对于H2S,c(S2),但 c(H+)2 c(S2),对于二元弱酸,若 c(弱酸)一定时,c(酸根离子)与 c2(H+)成反比,如对于 饱和 H2S,,1 缓冲溶液的概念2 缓冲溶液pH值的计算3 缓冲溶液的选择和配制原则,8-1-4 缓冲溶液(buffer solution),50 mLHAcNaAc(c(HAc)=c(NaAc)=0.10molL-1)pH=4.74,缓冲溶液的特性:向缓冲溶液中加入少量强酸或强碱或将溶液适当 稀释,而溶液本身pH值能保持相对稳定,1 缓冲溶液的概念(the characteristics of the buffered solutions),加入1滴(0.
11、05ml)1molL-1 HCl,加入1滴(0.05ml)1molL-1 NaOH,实验:,50 mL 纯水 pH=7 pH=3 pH=11,pH=4.73 pH=4.75,什么是缓冲溶液?,缓冲的缓冲原理,HAcNaAc溶液:,加入少量强酸时,溶液中大量的Ac与外加的少量的H+结合成 HAc,当达到新平衡时,c(HAc)略有增加,c(Ac)略有减少,变化不大,因此溶液的c(H+)或pH值基本不变,加入少量强碱时,溶液中大量的HAc与外加的少量的OH生成 Ac和H2O,当达到新平衡时,c(Ac)略有增加,c(HAc)略有 减少,变化不大,因此溶液的c(H+)或pH值基本不变,弱酸共轭碱组成的缓
12、冲溶液:HAcNaAc,H2CO3NaHCO3 HA H+A 初始浓度 ca 0 cs 平衡浓度 ca x x cs+x,2 缓冲溶液pH值的计算(calculate the pH of buffered solutions),若 不太大(10-4),则 x 很小,ca x ca cs+x cs,对缓冲对,对缓冲对,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 缓冲能力与缓冲中各组分的浓度有关,ca(cb)及 cs较 大时,缓冲能力 强,,结 论,缓冲能力大,即缓冲区间为:,若在 50.00 mL 0.150 mol L-1 NH3(aq)和 0.200 mol L-1 N
13、H4Cl组成的缓冲溶液中,加入0.100 mL 1.00 mol L-1的HCl,求加入HCl前后溶液的pH值各为多少?,加入 HCl 前,Example,Solution,加入 HCl 后,,反应前n/mmol,反应后n/mmol,(1)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 与反应体系中的其它物质发生副反应.,3 缓冲溶液的选择和配制原则(the principle for preparing the buffer solution),欲配制的缓冲溶液的 pH 值,应选择的缓冲组分,(2)或 尽可能接近所需的pH值,,(3)若 或 与所需pH不相等,依所需pH调整
14、或,现有 2.0L0.10molL-1的 Na3PO4 溶液和2.0L 0.10 molL 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?,Example,Solution,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 的 NaH2PO4 xL,Na3PO4+NaH2PO4 2Na2HPO4,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,end
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- 无机化学 教学 课件 酸碱 解离 平衡
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