第一节酸碱理论概述ppt课件.ppt

6.1 6.1 酸碱理论概述酸碱理论概述6.2 6.2 强电解质溶液强电解质溶液6.3 6.3 酸碱平衡酸碱平衡6.4 6.4 缓冲溶液缓冲溶液6.5 6.5 酸碱滴定法基本原理酸碱滴定法基本原理本章重点本章重点酸碱质子理论酸碱质子理论溶液溶液pH计算计算酸碱理论酸碱理论建立时间建立时间提出人提出人国籍国籍要点要点电离理论电离理论1887阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯S.A.Arrhenius瑞典化学家瑞典化学家水中电离出水中电离出H+和和OH-溶剂理论溶剂理论1905弗兰克林弗兰克林E.C.Franklin美国科学家美国科学家电离出溶剂电离出溶剂正负离子正负离子质子理论质子理论1923布朗斯特布朗斯特J.N.BrnstedT.M.Lorry劳莱劳莱丹麦化学家丹麦化学家英国化学家英国化学家给出质子和给出质子和接受质子接受质子电子理论电子理论1923路易斯路易斯G.N.Lewies美国化学家美国化学家接受和给出接受和给出电子对电子对软硬酸碱软硬酸碱理论理论1963佩尔松佩尔松Pearson美国化学家美国化学家将路易斯酸将路易斯酸碱分为软硬碱分为软硬交界酸碱交界酸碱6.1 酸碱理论概述酸碱理论概述 在以上的酸碱理论中，酸碱电离理论在以上的酸碱理论中，酸碱电离理论只适用于水溶液；酸碱溶剂理论有较大只适用于水溶液；酸碱溶剂理论有较大的局限性很少应用；的局限性很少应用；酸碱质子理论酸碱质子理论既适既适用于水溶液也适用于非水溶液；酸碱的用于水溶液也适用于非水溶液；酸碱的电子理论主要应用在配位化学与有机化电子理论主要应用在配位化学与有机化学中；软硬酸碱理论也只局限于配位化学中；软硬酸碱理论也只局限于配位化合物的形成中。合物的形成中。一、酸碱电离理论一、酸碱电离理论1884年年瑞典化学家阿仑尼乌斯瑞典化学家阿仑尼乌斯( (S.A.Arrhenius) )提出提出酸碱电离理论。酸碱电离理论。 电解质在水溶液中电离生成正、负离子。电解质在水溶液中电离生成正、负离子。酸酸在在水溶液中水溶液中只只能够能够电离出电离出H+一种正离子一种正离子的物质的物质 叫做酸；叫做酸；碱碱在在水溶液水溶液中只能够中只能够电离出电离出OH-一种负离子一种负离子的物的物 质叫做碱。质叫做碱。中和反应：中和反应：酸碱反应酸碱反应 盐：盐：酸碱反应的酸碱反应的产物产物要要点点 如：如：H2SO42H+SO42-， HNO3H+NO3- 所以硫酸与硝酸都是酸；所以硫酸与硝酸都是酸；又如：又如： NaOHNa+OH-，Ca(OH)2 Ca2+2OH- 所以氢氧化钠和氢氧化钙都是碱。所以氢氧化钠和氢氧化钙都是碱。局限性：局限性：1、只适用于水溶液，不适用于非水溶液。、只适用于水溶液，不适用于非水溶液。2、不能解释有的不能解释有的物质物质(NH3)不含不含OH， 却具有碱性；有的物质却具有碱性；有的物质(AlCl3)不含不含H+， 却具有酸性。却具有酸性。意义：意义：首次对酸碱赋予了科学的定义首次对酸碱赋予了科学的定义二、酸碱溶剂理论二、酸碱溶剂理论 1905年美国科学家弗兰克林年美国科学家弗兰克林( (E.C.Franklin) )提出提出了酸碱溶剂理论；了酸碱溶剂理论；酸：酸：凡是能够电离产生凡是能够电离产生溶剂正离子溶剂正离子的物质为酸；的物质为酸；碱碱: : 凡是能够电离产生凡是能够电离产生溶剂负离子溶剂负离子的物质为碱。的物质为碱。酸碱反应酸碱反应: :正离子与负离子结合生成溶剂分子的过正离子与负离子结合生成溶剂分子的过 程。程。要要点点在水溶液中，酸：凡是能够产生在水溶液中，酸：凡是能够产生H+的为酸，的为酸， HCl 碱：凡是能够产生碱：凡是能够产生OH-的为碱。的为碱。NaOHOHHOH2例如：在水溶液中，水为溶剂，例如：在水溶液中，水为溶剂，又如：又如：液态氨，液态氨，NH3为溶剂，氨自身电离为：为溶剂，氨自身电离为： 2NH3 NH4+ + NH2-在液氨中，凡能离解出在液氨中，凡能离解出NH4+的物质为酸。的物质为酸。 NH4Cl 凡能离解出凡能离解出NH2-的物质为碱。的物质为碱。 NaNH2 酸碱反应为酸碱反应为:NH4+NH2-2NH3。意义：意义：酸碱溶剂理论扩展了酸碱电离理论，扩大了酸酸碱溶剂理论扩展了酸碱电离理论，扩大了酸 碱的范畴，可以在非水溶液中使用。碱的范畴，可以在非水溶液中使用。局限性：局限性：1、只适用于溶剂能离解成正、负离子的系统、只适用于溶剂能离解成正、负离子的系统 2、不适用于不能离解的溶剂及无溶剂体系、不适用于不能离解的溶剂及无溶剂体系v三、酸碱质子理论三、酸碱质子理论 1923年丹麦化学家布朗斯特年丹麦化学家布朗斯特( (J.N.Brnsted) )与英与英国化学家劳莱国化学家劳莱( (T.M.Lorry) ) 提出了酸碱质子理论提出了酸碱质子理论1、酸：凡是能够给出质子、酸：凡是能够给出质子( (H+ +) )的物质的物质( (包括包括 分子和离子分子和离子) )都是酸；都是酸； 例：例： HAc H+ + Ac- 酸酸 碱碱 NH4+ H+ + NH3 酸酸 碱碱要点要点2、碱：凡是能够接受质子的物质都为碱。碱：凡是能够接受质子的物质都为碱。 例：例： NH3 + H+ NH4+ Ac- + H+ HAc 碱碱 酸酸 （一）、酸碱质子理论（一）、酸碱质子理论3、两性物质：即能给出质子，又能接受质子的物质、两性物质：即能给出质子，又能接受质子的物质 H2O + H+ H3O+ 碱碱 H2O H+ + OH- 酸酸4、酸碱的共轭性、酸碱的共轭性HA H + A+-酸碱 彼此只差一个质子，而相互转化的一对酸碱称为共轭酸碱对。彼此只差一个质子，而相互转化的一对酸碱称为共轭酸碱对。 酸碱半反应酸碱半反应共轭酸碱对共轭酸碱对HAc Ac- NH3 NH4+结结 论论1、质子理论的酸碱概念较电离理论的概念具有、质子理论的酸碱概念较电离理论的概念具有更广泛的含义，可以是阳离子、阴离子，也可以更广泛的含义，可以是阳离子、阴离子，也可以是中性分子。是中性分子。 2、质子理论的酸碱含义具有、质子理论的酸碱含义具有相对性相对性，在某个，在某个共轭酸碱对中可能是酸而在另一个共轭酸碱对共轭酸碱对中可能是酸而在另一个共轭酸碱对中可能是碱。如同中可能是碱。如同HPO42-，在共轭酸碱对在共轭酸碱对H2PO4-HPO42-体系中为碱，而在体系中为碱，而在HPO42-PO43-体系中则为酸。因此，同一物质在不同体系中则为酸。因此，同一物质在不同环境中常会发生酸碱的改变。环境中常会发生酸碱的改变。 3、共轭酸碱对、共轭酸碱对只差一个质子只差一个质子。（二）、酸碱反应（二）、酸碱反应例如：例如：HAc在水溶液中的离解在水溶液中的离解 半反应半反应 1 HAc = H+ Ac- +）半反应）半反应 2 H2O H+ = H3O+ 酸碱反应酸碱反应 HAc H2O = H3O+ Ac- 酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1 H3O+称为水合质子，通常简写成称为水合质子，通常简写成H+。HAc在水中的离解平衡式可以简化为：在水中的离解平衡式可以简化为： HAc = H+ Ac- 同样，碱在水溶液中接受质子，也必须有溶剂水分同样，碱在水溶液中接受质子，也必须有溶剂水分子参加。如：氨的离解。子参加。如：氨的离解。 半反应半反应1 NH3 H+ = NH4+ +） 半反应半反应2 H2O = H+ OH- 酸碱反应酸碱反应 NH3 H2O = OH- NH4+ 碱碱1 酸酸2 碱碱2 酸酸1传统称之为传统称之为“盐的水解盐的水解”的反应，也是酸碱反应。的反应，也是酸碱反应。如：如：NH4Cl、NaAc的水解反应的水解反应： NH4+ H2O = H3O+ NH3 Ac- H2O = OH- HAc 显然在酸碱质子理论中没有盐这一术语，但习惯上还显然在酸碱质子理论中没有盐这一术语，但习惯上还可能要用到可能要用到“盐盐”这个词。这个词。 酸碱反应的实质：酸碱反应的实质： 是酸碱间质子的传递，是两个共轭酸碱对共同是酸碱间质子的传递，是两个共轭酸碱对共同作用的结果。作用的结果。 （三）、溶剂的质子自递反应（三）、溶剂的质子自递反应 例：作为溶剂的水分子是两性的，既能给出质子起例：作为溶剂的水分子是两性的，既能给出质子起酸的作用，又能接受质子起碱的作用。酸的作用，又能接受质子起碱的作用。 在水分子之间，也可以发生质子的传递作用：在水分子之间，也可以发生质子的传递作用： H2O H2O = H3O+ OH- 这种这种仅在溶剂分子之间发生的质子传递作用，称为仅在溶剂分子之间发生的质子传递作用，称为溶剂的质子自递反应溶剂的质子自递反应。反应的平衡常数称为溶剂的。反应的平衡常数称为溶剂的质子质子自递常数自递常数(Ks) ，水的，水的质子自递常数质子自递常数也称水的离子积。也称水的离子积。OHHOHOHw3wKKKs或25时 14w1001 .K14.00pOHpH14.00pppOHpHwwKK水水H2O pKs=pKw=pH+ pOH=14.0乙醇乙醇C2H5OH pKs=pC2H5OH2+ pC2H5O=19.1甲醇甲醇CH3OH pKs= pCH3OH2+ pCH3O= 16.7冰醋酸冰醋酸HAc pKs= pH2Ac+ pAc= 14.4（四）、酸碱的强度（四）、酸碱的强度1 1、定性：酸碱的强弱取决于物质给出质子或接、定性：酸碱的强弱取决于物质给出质子或接 受质子的能力的强弱。受质子的能力的强弱。 如果酸越易给出质子，酸性越强，它的共轭碱如果酸越易给出质子，酸性越强，它的共轭碱接受质子的能力越弱，碱性弱。接受质子的能力越弱，碱性弱。2、定量、定量衡量酸衡量酸(碱碱)强弱的尺度强弱的尺度 酸酸(碱碱)的解离常数的解离常数 酸在水中给出质子的能力用质子转移平衡常数的大小酸在水中给出质子的能力用质子转移平衡常数的大小来表示。来表示。aK越大，酸越强越大，酸越强aKbK越大，碱越强越大，碱越强碱的接受质子能力则由其加合质子反应平衡常数碱的接受质子能力则由其加合质子反应平衡常数的大小来衡量。的大小来衡量。bK152a2321043a33245a32107.1HSSHSOHOHHS105.6NHNHHNHOHOHNH101.8HAcAcHAcOHOHHAcKKK如：如：这三种酸的强弱顺序为：这三种酸的强弱顺序为： HSNHHAc4 根据质子酸碱的共轭特点，若一种酸的酸性越根据质子酸碱的共轭特点，若一种酸的酸性越强，其共轭碱的碱性则越弱。如：强，其共轭碱的碱性则越弱。如： 1.4SOHHSOHHSOHS101.8NHOHNHOHNHOHNH105.6AcHAcOHOHHAcOHAc2b22534b42310b2KKK由三种碱的由三种碱的Kb值值的大小可以看出。这三种碱的强的大小可以看出。这三种碱的强弱顺序与其共轭酸的正好相反，其顺序如下：弱顺序与其共轭酸的正好相反，其顺序如下：AcNHS323、Ka 、Kb的关系的关系wbaKKKwbapppKKK 共轭酸碱对的解离常数之积等于水的离子积。也共轭酸碱对的解离常数之积等于水的离子积。也就是说若知道了酸的解离常数，就可以知道其共轭就是说若知道了酸的解离常数，就可以知道其共轭碱的解离常数，反之亦然。碱的解离常数，反之亦然。a45b3NH1081的NHKK的计算已知例,.:解：解：NH4+ 是是 NH3的共轭酸，所以的共轭酸，所以 10514bwa106510811001.KKK26. 974. 400.14pppbwaKKK例：例：磷酸磷酸H3PO4，酸的强度为酸的强度为H3PO4H2PO4-HPO42-。而其各自对应的共轭碱的解离常数分别为：而其各自对应的共轭碱的解离常数分别为：12POHa,wPOHb,7POHa,wHPOb,2HPOa,wPOb,101.3101.6102.3434242242434KKKKKKKKK碱的强度碱的强度: PO43- HPO42- H2PO4-wwwKKKKKKKKK132231bababa4243POHHPOH31106 .7aK2442HPOHPOH82103 . 6aK3424POHHPO133104 . 4aK例例2：计算：计算 HCO3- 的的 Kb 。 解：解： HCO3-为两性物质，既可作为酸又可为两性物质，既可作为酸又可作为碱。作为碱。HCO-3作为碱时：作为碱时： HCO3- H2O = H2CO3 OH- 8714awb103.2102.4100.112KKK结论：结论：酸越强，其相应的共轭碱就越弱酸越强，其相应的共轭碱就越弱 。 或碱越强，其相应的共轭酸就越弱或碱越强，其相应的共轭酸就越弱 。意义：意义： 酸碱质子理论扩大了酸碱的概念和应酸碱质子理论扩大了酸碱的概念和应用范围，把酸碱不仅局限于水溶液或能够用范围，把酸碱不仅局限于水溶液或能够发生自身解离的溶剂中，对非水溶液及无发生自身解离的溶剂中，对非水溶液及无溶剂条件下的酸碱反应也能给出很好的解溶剂条件下的酸碱反应也能给出很好的解释。释。 即把水溶液和非水溶液统一起来。即把水溶液和非水溶液统一起来。四、酸碱的电子理论四、酸碱的电子理论 1 9 2 3 年 ， 美 国 化 学 家 路 易 斯年 ， 美 国 化 学 家 路 易 斯(G.N.Lewis)提出了酸碱的电子理论。提出了酸碱的电子理论。要点：要点：酸酸凡是能够接受电子对的分子或离子都是酸；凡是能够接受电子对的分子或离子都是酸；碱碱凡是能够给出电子对的分子或离子都为碱。凡是能够给出电子对的分子或离子都为碱。如：如： H+为酸，为酸，OH- -为碱，是因为为碱，是因为：H + OH = H2O+- H + NH3 = NH4+ 氨为碱，氨为碱，因为因为NH3可以提供电子对。可以提供电子对。局限性：因为酸碱电子理论对酸碱的认识过于广泛，局限性：因为酸碱电子理论对酸碱的认识过于广泛， 反而不易表达和掌握酸碱的特征。除了在反而不易表达和掌握酸碱的特征。除了在 有机合成化学中经常用酸碱电子理论来解有机合成化学中经常用酸碱电子理论来解 释许多反应现象外，在大多数情况下都是释许多反应现象外，在大多数情况下都是 用酸碱质子理论来讨论酸碱的反应与分类。用酸碱质子理论来讨论酸碱的反应与分类。意义：意义：酸碱的电子理论极大地扩展了酸碱的范酸碱的电子理论极大地扩展了酸碱的范 围，使酸碱不仅局限于含有质子的物质围，使酸碱不仅局限于含有质子的物质 或离子。或离子。五、软硬酸碱理论五、软硬酸碱理论1963年美国化学家佩尔松年美国化学家佩尔松(R.G.Pearson)提出了软硬提出了软硬酸碱理论。酸碱理论。 硬酸：硬酸：电荷较多，半径较小，外层电子被原子电荷较多，半径较小，外层电子被原子核束缚得较紧而不易变形的正离子，如核束缚得较紧而不易变形的正离子，如B+，Al3+，Fe3+等。等。 交界酸：交界酸：介于二者之间。介于二者之间。 Fe2+ ，Cu2+软酸：软酸：电荷较少，半径较大，外层电子被原子核电荷较少，半径较大，外层电子被原子核束缚得较松因而容易变形的正离子，如束缚得较松因而容易变形的正离子，如Cu+，Ag+， Cd2+等。等。 硬碱：硬碱：其配位原子是一些电负性大、吸引电子其配位原子是一些电负性大、吸引电子 能力强、半径较小、难失去电子、不易能力强、半径较小、难失去电子、不易 变形的元素。如变形的元素。如F-，OH-等；等； 软硬酸碱规则：软硬酸碱规则：硬酸与硬碱结合，软酸与软碱结合，硬酸与硬碱结合，软酸与软碱结合， 常可形成稳定的配合物。常可形成稳定的配合物。 简称：简称：“硬亲硬，软亲软硬亲硬，软亲软”。交界碱：交界碱：介于二者之间。介于二者之间。 Br 、NO - 软碱：软碱：其配位原子是一些电负性较小、吸引其配位原子是一些电负性较小、吸引 电子能力弱，半径较大，易失去电子，电子能力弱，半径较大，易失去电子， 容易变形，容易变形， 如如I -，SCN -，CN -等。等。离子氛的形成造成了溶液中能够自由移动的粒子数离子氛的形成造成了溶液中能够自由移动的粒子数的减少。的减少。(1) 强电解质理应在水中是全部解离；强电解质理应在水中是全部解离；(2)强电解质溶液，离子浓度较大，离子间静电作用比较显著强电解质溶液，离子浓度较大，离子间静电作用比较显著，每一个离子都被周围电荷相反的离子包围着，形成，每一个离子都被周围电荷相反的离子包围着，形成离子氛离子氛(ion atmosphere)6.2 强电解质溶液强电解质溶液活度活度离子在化学反应中起作用的有效浓度。离子在化学反应中起作用的有效浓度。 用用a表示。表示。 caa活度活度c浓度浓度 活度系数活度系数，电解质溶液的活度与其实际浓度的比值电解质溶液的活度与其实际浓度的比值。ca 意义：意义：活度系数衡量活度与浓度的差异。表示了活度系数衡量活度与浓度的差异。表示了 离子间力对化学作用能力影响的大小，也离子间力对化学作用能力影响的大小，也 是衡量溶液偏离理想溶液的尺度。是衡量溶液偏离理想溶液的尺度。 讨论：讨论： 通常通常 1。 (1)在较稀的弱电解质或极稀的强电解质溶液中在较稀的弱电解质或极稀的强电解质溶液中,离子的离子的总浓度很低，离子间力很小，总浓度很低，离子间力很小， 接近于接近于1，可认为，可认为a = c。 (2)在一般的强电解质溶液中，离子的总浓度很高，离在一般的强电解质溶液中，离子的总浓度很高，离子间力较大，子间力较大， 就小于就小于1，因此活度就小于浓度。在这，因此活度就小于浓度。在这种情况下，严格地讲，各种平衡常数的计算就不能用种情况下，严格地讲，各种平衡常数的计算就不能用离子的浓度，而应用活度离子的浓度，而应用活度 。(3)中性分子活度系数中性分子活度系数 近似等于近似等于1。 计算计算：（强电解质稀溶液）（强电解质稀溶液）德拜德拜休克尔公式（休克尔公式（DebyeHckel） 1512. 0lg2iiIaBIZ ：活度系数；：活度系数；Zi ：离子的电荷；离子的电荷；I：离子强度；离子强度；B：常数，常数，25时为时为0.00328； ）计；（，以于水化离子的有效半径为离子体积系数，约等m10pm12)Z(212nn222211cZcZcI离子强度离子强度2ii21ZcI离子强度越大，说明离子间相互作用越为强烈。离子强度越大，说明离子间相互作用越为强烈。德拜德拜休克尔极限公式（休克尔极限公式（I 0.01） 1512.0lg2IIZii近似计算：近似计算： 当离子强度较小时（即溶液浓度很稀时），不需当离子强度较小时（即溶液浓度很稀时），不需要考虑离子的大小要考虑离子的大小 扩大的德拜扩大的德拜休克尔公式：休克尔公式： IZii25.0lg例例1计算计算0.10mol/L HCl 溶液中溶液中H+的活度的活度aH+。 解：解： aH+ = H+ cH+ = H+0.10221iiZcI = 1/2(0.10 molL-112 + 0.10 molL-112 ) = 0.10 molL-1 aH+ = 0.830.10 molL-1= 0.083 molL-1 )(212ClCl2HH_ZcZc H+ = 0.831512.0lg2IIZii例例2计算计算0.050 molL-1AlCl3 溶液中溶液中Cl-和和 Al3+的活度。的活度。 )(21212ClCl2AlAl2ii_33ZcZcZcI = 1/2(0.050 molL-132 + 0.050 molL-1312 ) = 0.30 molL-1 1 -1 -AlAlLmol0055. 011. 0Lmol050. 011. 033a解：解：1512.0lg2IIZii1 -1 -ClClLmol099. 066. 0Lmol050. 0366. 0-a结论：结论：同样离子强度下，高价离子的影响要大得多。同样离子强度下，高价离子的影响要大得多。