酸堿平衡基礎知識概述(ppt 50頁)

1、8.1 酸堿平衡理論酸堿平衡理論第八章第八章 酸堿平衡酸堿平衡8.2 酸堿溶液酸堿溶液pH值的計算值的計算1 8.1 酸堿平衡的理論基礎酸堿平衡的理論基礎1. 阿侖尼烏斯的電離理論阿侖尼烏斯的電離理論2 2. 酸堿質(zhì)子理論酸堿質(zhì)子理論3. 酸堿離解平衡酸堿離解平衡4. 路易斯酸堿理論路易斯酸堿理論(自學自學)8.1.1. 阿侖尼烏斯的電離理論阿侖尼烏斯的電離理論 (1887年年)1)酸：酸：凡在水溶液能電離產(chǎn)生凡在水溶液能電離產(chǎn)生H+的物質(zhì)；的物質(zhì)； HCl， H2SO4, HAc等等2)堿：堿：能電離產(chǎn)生能電離產(chǎn)生OH-的物質(zhì)的物質(zhì): NaOH, KOH等等 中和反應中和反應: 酸和堿反應；

2、產(chǎn)物為水和鹽。酸和堿反應；產(chǎn)物為水和鹽。3) 如何衡量酸堿強度？如何衡量酸堿強度？ 電離度電離度( ) 酸堿電離平衡常數(shù)酸堿電離平衡常數(shù) (Ka): 溫度一定時，溫度一定時，不隨不隨HA的濃度變化而變化的濃度變化而變化3 %100HAHAKcHAcaHAHA在在cHA一定的條件下，一定的條件下， 值越大值越大，說明弱，說明弱酸電離程度越大，說明該酸酸性愈強；酸電離程度越大，說明該酸酸性愈強；一元酸一元酸: HA H+ + A-多元酸多元酸: 電離步驟多，復雜電離步驟多，復雜4 注意注意: 在阿侖尼烏斯理論中，討論的酸堿在阿侖尼烏斯理論中，討論的酸堿強度僅代表酸堿在水中的電離出強度僅代表酸堿在水

3、中的電離出H+和和OH-離子的能力；不適于非水溶液。離子的能力；不適于非水溶液。溶液酸度的衡量方法溶液酸度的衡量方法: pH值值 pH= lgH+ pOH= -lgOH-5 14.00ppOHpH KW同一溶液：同一溶液：水溶液的酸堿性：水溶液的酸堿性：由于水呈中性，且水中：由于水呈中性，且水中： H+ = OH = 1.010 7 mol L 1所以：所以： H+ = OH = 1.010 7 mol L 1 溶液呈中性，溶液呈中性， pH=7 H+ OH , H+ 1.010 7 mol L 1 溶液呈酸性，溶液呈酸性， pH7 H+OH , H+ 76 8.1.2. 酸堿質(zhì)子理論酸堿質(zhì)子

4、理論 在在1923年由年由Brnsted提出提出 1)酸：酸：凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)都是酸；凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)都是酸； 2)堿堿：凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)都是堿；凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)都是堿； 質(zhì)子質(zhì)子酸和質(zhì)子堿可以是分子或離子，酸和質(zhì)子堿可以是分子或離子，質(zhì)子酸堿理論中不存在鹽的概念質(zhì)子酸堿理論中不存在鹽的概念。 HAc、NH4+、HSO4-是酸；是酸； Cl-、NH3、HSO4-是堿是堿7 酸堿存在著對應的相互依存的關系；物酸堿存在著對應的相互依存的關系；物質(zhì)的酸性或堿性要通過給出質(zhì)子或接受質(zhì)的酸性或堿性要通過給出質(zhì)子或接受質(zhì)子來體現(xiàn)。質(zhì)子來體現(xiàn)。 酸酸 H+ + 堿堿 HAc H+ + Ac- 共軛關

5、系共軛關系共軛酸共軛酸共軛堿共軛堿3). 酸堿共軛關系酸堿共軛關系8 HAc的共軛堿是的共軛堿是Ac- ，Ac-的共軛的共軛酸酸HAc，HAc和和Ac-為一對共軛酸堿，為一對共軛酸堿，稱為稱為共軛酸堿對共軛酸堿對。 兩性物質(zhì)：兩性物質(zhì)：既能給出質(zhì)子，又能接受既能給出質(zhì)子，又能接受質(zhì)子的物質(zhì)。質(zhì)子的物質(zhì)。等。如：HS,OH,HCO,)OFe(OH)(H ,HSO232524HAc H+ + Ac-9 酸酸 H+ +堿堿 AcHHAc 10 OHH3O+H2O H2O +3OHOHKwKw：水的離子積，：水的離子積，25時為時為10-14，pKw = 14. 實質(zhì)是實質(zhì)是兩個共軛酸堿對之間的質(zhì)子傳

6、遞。兩個共軛酸堿對之間的質(zhì)子傳遞。4). 酸堿反應實質(zhì)酸堿反應實質(zhì)11 (1) 酸在水溶液中給出質(zhì)子酸在水溶液中給出質(zhì)子 酸堿反應酸堿反應 AcHHAc H3O+H2O H+ + AcH3O+HAc H2O + 堿堿2 酸酸1 酸酸2 堿堿1 (2) 堿在水溶液中接受質(zhì)子堿在水溶液中接受質(zhì)子 酸堿反應酸堿反應 OHHH2O NH4+NH3 H+ + OHNH4+NH3 H2O +12 (3) 鹽類水解反應也是離子酸堿間鹽類水解反應也是離子酸堿間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程。的質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程。H+NH4Cl水解：水解：H+Ac+H2O OH + HAcNaAc水解：水解： + H2O H3O+ + NH34NH

7、13 8.1.3. 酸堿離解平衡酸堿離解平衡酸堿強弱取決于酸堿強弱取決于物質(zhì)給出質(zhì)子或接受質(zhì)子物質(zhì)給出質(zhì)子或接受質(zhì)子能力的強弱能力的強弱； 依據(jù)依據(jù): : 電離度和電離平衡常數(shù)電離度和電離平衡常數(shù)(Ka, Kb) 對于：對于：HAc H+Ac-HAcAcHKa34NHOHNHKbNH3+H2O NH4+OH-14 共軛酸堿常數(shù)的關系：共軛酸堿常數(shù)的關系：A + H2O OH + HA)(A-AHAOHKb)(HAcaWKKHHAHAOH Ka Kb = KW = 10-1415 2. 強酸強酸(堿堿)溶液溶液8.2 酸堿溶液酸堿溶液pH值的計算值的計算3. 一元弱酸一元弱酸(堿堿)溶液溶液 1

8、6 4. 緩沖溶液緩沖溶液5. 多元酸多元酸(堿堿)溶液溶液 1. 質(zhì)子條件質(zhì)子條件8.2.1. 質(zhì)子條件質(zhì)子條件質(zhì)子平衡質(zhì)子平衡(條件條件)式式: 在酸堿反應達到平衡后，酸失去的質(zhì)在酸堿反應達到平衡后，酸失去的質(zhì)子和堿得到的質(zhì)子的物質(zhì)的量必然相等。子和堿得到的質(zhì)子的物質(zhì)的量必然相等。推導時，應注意推導時，應注意 (1) 選取質(zhì)子參考水平：選取質(zhì)子參考水平： (2) 確定得失質(zhì)子的組分：確定得失質(zhì)子的組分： (3) 根據(jù)質(zhì)子得失守恒寫出質(zhì)子等衡式根據(jù)質(zhì)子得失守恒寫出質(zhì)子等衡式 (4) 考慮多級離解物質(zhì)得失質(zhì)子情況考慮多級離解物質(zhì)得失質(zhì)子情況17 18 Na2CO3的水溶液中存在離解平衡的水溶液

9、中存在離解平衡: CO32- + H2O HCO3- + OH- CO32- + 2H2O H2CO3 + 2OH- H2O H+ + OH-質(zhì)子條件式質(zhì)子條件式: H+ + HCO3- + 2H2CO3 = OH-19 或根據(jù)或根據(jù)物料平衡和電荷平衡來寫質(zhì)子條件物料平衡和電荷平衡來寫質(zhì)子條件物料平衡物料平衡: 假設初始假設初始Na2CO3濃度為濃度為c， CO32-+HCO3- +H2CO3 = c Na+ = 2c H+ +Na+ = HCO3-+ 2CO32-+ OH-綜上，仍可得到質(zhì)子條件式綜上，仍可得到質(zhì)子條件式: H+ + HCO3- + 2H2CO3 = OH-8.2.2. 強酸

10、強酸(堿堿)溶液溶液 HA H+ + A- 2 H2O H3O+ + OH-20 在溶液中，在溶液中，H+ = 強酸完全電離強酸完全電離 (cHA) + H2O的自電離產(chǎn)生的自電離產(chǎn)生awcHKH(1)強酸和堿溶液的濃度強酸和堿溶液的濃度 10-6 mol dm-3時，時，按最簡式計算按最簡式計算: H+ = ca;(2) 處于較低濃度時，按處于較低濃度時，按教材教材p238公式計算公式計算21 8.2.3 一元弱酸一元弱酸(堿堿)溶液溶液一元弱酸一元弱酸 HA(aq) H+(aq) + A(aq) 初始濃度初始濃度 c 0 0平衡濃度平衡濃度 c-H+ H+ A-或或平衡濃度平衡濃度 c c

11、 c c 按按酸堿電離平衡酸堿電離平衡的方法來計算的方法來計算: 24,%5 500 )2( , %5 500 ) 1 ( 2a2a2cKKKHKccKHcHKcHcKcHcHHAAHKaaaaaa應按下式計算：時時，當時，當22 11 , %5 500 1 aa2a22cKKccHcKccccccHcHHAAHKKaa，時時，當?shù)年P系：與電離度 稀釋定律：稀釋定律：在一定溫度下在一定溫度下( Ka為定值為定值)，某弱電解質(zhì)的解離度隨著其溶液的稀釋某弱電解質(zhì)的解離度隨著其溶液的稀釋而增大。而增大。23 例題例題1： 計算計算0.10 moldm-3 HAc溶液的溶液的pH、pOH 和電離度。和

12、電離度。135151033. 11076. 1,10. 0500)1076. 1/(10. 0/LmolcKHKLmolcKcaaa用近似公式計算：先進行近似條件判斷：解：解：24 88. 2lgHpH%33. 1%10010. 01033. 13醋酸的解離度12.11pH-14pOH25 26 例題例題2：(p239) 計算計算1 10-4 moldm-3 H3BO3溶液的溶液的pH值。值。 (pKa = 9.24)62. 6dm104 . 210105001010/10/3724. 9424. 524. 94pHmolcKHKcaa按最簡式計算，先進行近似條件判斷：解：解：一元弱堿一元弱堿

13、: 與一元弱酸相似與一元弱酸相似 B-+H2O HB + OH-HBOHBKb24%5 500 %5 500 2abcKKKOHKccKOHKcbbbb時：時，當時：時，當27 c0 0.200 0 0在在25時，時， 0.200moldm-3氨水的解離度為氨水的解離度為 0.95%，求，求OH, pH值和氨的離解常數(shù)。值和氨的離解常數(shù)。)aq(OH (aq)NH O(l)H (aq)NH423ceq 0.200(1 0.95%) 0.2000.95% 0.2000.95%OH-=0.2000.95%=1.910-3 (mol.dm-3)pH=14-pOH=14-(-lg1.910-3)=11

14、.2728 532334108 . 1109 . 1200. 0)109 . 1 (NHOHNHKb8.2.4 兩性物質(zhì)溶液兩性物質(zhì)溶液針對針對NaHCO3、K2HPO4、NaH2PO4即可即可給出質(zhì)子又可接受質(zhì)子的物質(zhì)，酸堿平給出質(zhì)子又可接受質(zhì)子的物質(zhì)，酸堿平衡復雜，需要簡化處理。衡復雜，需要簡化處理。NaHA: HA- H+ + A2- HA- + H2O H2A + OH- H2O OH- + H+質(zhì)子條件質(zhì)子條件: H2A+H+ = A2- + OH-29 2111212a12120K/c20cK,)(aaaaaaawaaKKHcKKcKHKwcHAHAKKHAKKH進一步近似若且近似

15、30 例題例題8-5(p242): 鄰苯二甲酸氫鉀鄰苯二甲酸氫鉀 0.1mol L-1。pKa1= 2.89； pKa2 = 5.54. 求求pH值。值。cKa2 = 0.10 10-5.54 20 Kwc/Ka1= 0.10 /10-2.89 2022. 410101022. 454. 589. 221pHKKHaa32 8.2.5 緩沖溶液緩沖溶液平衡移動方向平衡移動方向1.同離子效應：同離子效應： NaAc(aq) Na+(aq) + Ac-(aq)HAc(aq) H+(aq) + Ac-(aq)同離子效應同離子效應：在弱電解質(zhì)溶液中，加入與其：在弱電解質(zhì)溶液中，加入與其含有相同離子的易

16、溶強電解質(zhì)，使弱電解質(zhì)含有相同離子的易溶強電解質(zhì)，使弱電解質(zhì)的電離平衡向左移動，的電離平衡向左移動，使弱電解質(zhì)的電離使弱電解質(zhì)的電離度度降低的現(xiàn)象。降低的現(xiàn)象。33 平衡移動方向平衡移動方向 NaCl Cl-(aq) + Na+(aq)HAc(aq) H+(aq) + Ac-(aq)2.鹽效應鹽效應 鹽效應：鹽效應：在弱電解質(zhì)溶液中，加在弱電解質(zhì)溶液中，加入沒有共同離子的易溶強電解質(zhì)而使入沒有共同離子的易溶強電解質(zhì)而使弱電解質(zhì)的電離度增大的作用。弱電解質(zhì)的電離度增大的作用。3. 緩沖溶液的定義：緩沖溶液的定義： 能抵抗少量外加強酸、強堿和能抵抗少量外加強酸、強堿和水的稀釋而保持體系的水的稀釋而

17、保持體系的pH值基本值基本不變的溶液稱為不變的溶液稱為緩沖溶液緩沖溶液。 緩沖溶液能緩沖溶液能保持體系的保持體系的pH值基值基本不變的作用稱為本不變的作用稱為緩沖作用緩沖作用。34 加入加入1滴滴(0.05mL) 1molL-1 HCl加入加入1滴滴(0.05mL) 1molL-1 NaOH實驗：實驗：50ml純水純水pH = 7pH = 3pH = 11結(jié)論結(jié)論: 水不具備緩沖能力水不具備緩沖能力35 50 mL 0.10 moldm-3 HAc0.10 mol dm-3 NaAc 混合溶液：混合溶液：pH = 4.74(1)加入加入1滴滴(0.05mL) 1.0 moldm-3 HCl：

18、pH = 4.75(2) 加入加入1滴滴 (0.05ml) 1.0 moldm-3 NaOH： pH = 4.76結(jié)論結(jié)論: HAc-NaAc溶液具備緩沖能力溶液具備緩沖能力36 由弱酸及其共軛堿、弱堿及其共由弱酸及其共軛堿、弱堿及其共軛酸組成；軛酸組成； 組成緩沖溶液的弱酸及其共軛堿、組成緩沖溶液的弱酸及其共軛堿、弱堿及其共軛酸稱為緩沖對。弱堿及其共軛酸稱為緩沖對。 例：例： HAc-NaAc NH3-NH4Cl H2CO3-NaHCO3 NaHCO3 -Na2CO34. 緩沖溶液的組成：緩沖溶液的組成：37 5. 緩沖作用原理：緩沖作用原理：HAcNaAc溶液：溶液：大量極少量大量抗酸抗堿

19、 )(Ac H HAc )( HAcAcHaKAcHAcHa K38 加入少量加入少量強酸強酸時，溶液中存在的大量的時，溶液中存在的大量的Ac與外加的少量的與外加的少量的H+結(jié)合成結(jié)合成HAc，當達到新，當達到新平衡時平衡時HAc略有增加，略有增加，Ac略有減少，略有減少， 變化不大，溶液的變化不大，溶液的H+或或pH值基本不變。值基本不變。AcHAc 加入少量加入少量強堿強堿時，溶液中大量的時，溶液中大量的HAc與外的少量的與外的少量的OH生成生成Ac和和H2O，當達到，當達到新平衡時新平衡時c(Ac)略有增加，略有增加，c(HAc)略有減略有減少，變化不大，溶液的少，變化不大，溶液的c(H

20、+)或或pH值基值基本不變。本不變。AcHAc39 應注意的是：應注意的是： 緩沖溶液的緩沖能力是有限的，緩沖溶液的緩沖能力是有限的，當加入大量強酸、強堿，或過度稀釋當加入大量強酸、強堿，或過度稀釋時，會導致溶液中大量的時，會導致溶液中大量的Ac和和HAc減少，使緩沖溶液失去緩沖作用。減少，使緩沖溶液失去緩沖作用。40 6. 緩沖溶液緩沖溶液pH值的計算值的計算AHAHaKAHAlg)HA(ppHa K兩邊取負對數(shù)，則(aq)A (aq)OH OH HA(aq)32平衡濃度平衡濃度HAcNaAc)10 ( lg ppH4b(aaKccK鹽）41 弱堿和弱堿鹽組成的緩沖溶液：弱堿和弱堿鹽組成的緩

21、沖溶液：)a(bb)a(bblgppOH, )OH(鹽鹽ccKccKc）體系（如：鹽43434b)a(bb)10 ( lgp14pHNHNHClNHNHKccK42 在緩沖體系除參與和在緩沖體系除參與和 H+或或 OH作作用外，不能與其它物質(zhì)發(fā)生反應用外，不能與其它物質(zhì)發(fā)生反應。 7. 緩沖溶液的選擇和配制原則：緩沖溶液的選擇和配制原則： pKa或或 14-pKb盡可能接近所需溶盡可能接近所需溶 液的液的pH值；值； 若若 pKa 或或14-pKb 與所需與所需pH不相不相等，依所需等，依所需pH調(diào)整調(diào)整 ?；?BH()B()A()HA(cccc43 欲配制的欲配制的緩沖溶液緩沖溶液的的 pH 值值應選擇的緩沖組分應選擇的緩沖組分74. 4p NaAc - HAc 5pHaK21. 7p HPO Na -PO NaH 7pHa24242K26. 9p14 Cl NH- O H NH 9pHb423K33.10p CONa-NaHCO 10pHa2323K35.12