第四章电解质溶液与缓冲溶液课件.ppt

第四章电解质溶液与第四章电解质溶液与缓冲溶液缓冲溶液第1页，此课件共36页哦学习目标 会区分强电解质和弱电解质。知道弱电解质电离会区分强电解质和弱电解质。知道弱电解质电离 平衡概念平衡概念 能说出能说出pHpH与溶液酸碱性的关系，能进行有关基本与溶液酸碱性的关系，能进行有关基本 计算计算 知道酸碱质子理论知道酸碱质子理论 知道缓冲溶液的组成，了解缓冲溶液的原理，能知道缓冲溶液的组成，了解缓冲溶液的原理，能 进行缓冲溶液进行缓冲溶液pHpH的基本计算，了解缓冲溶液在医的基本计算，了解缓冲溶液在医 学上的意义学上的意义第2页，此课件共36页哦第一节第一节 弱电解质的电离平衡弱电解质的电离平衡 一、强电解质和弱电解质一、强电解质和弱电解质（一）（一）强电解质强电解质 概念：凡是在水溶液中完全电离的电解质称为强电解质。概念：凡是在水溶液中完全电离的电解质称为强电解质。概念：凡是在水溶液中完全电离的电解质称为强电解质。概念：凡是在水溶液中完全电离的电解质称为强电解质。其电离方程式通常用其电离方程式通常用其电离方程式通常用其电离方程式通常用“”“”来表示强电解质电离的不可逆来表示强电解质电离的不可逆来表示强电解质电离的不可逆来表示强电解质电离的不可逆 性、单向性。例如性、单向性。例如性、单向性。例如性、单向性。例如：HCl=H HCl=H+Cl+Cl HNO HNO3 3 3 3=H=H+NO +NO3 3 3 3-NaOH=Na NaOH=Na+OH+OH第3页，此课件共36页哦（二）弱电解质概念：凡是在水溶液中只能部分电离成离子的电解质称概念：凡是在水溶液中只能部分电离成离子的电解质称 为弱电解质。电离方程式用为弱电解质。电离方程式用“”“”表示弱电表示弱电 解质电离的可逆性、双向性。例如：解质电离的可逆性、双向性。例如：醋酸：醋酸：CHCH3 3COOH HCOOH H+CH+CH3 3COOCOO 氨水：氨水：NHNH3 3HH2 2O NHO NH4 4+OH+OH 如果弱电解质是多元弱酸，则它们的电离是分步如果弱电解质是多元弱酸，则它们的电离是分步 进行的，如碳酸的电离过程：进行的，如碳酸的电离过程：第一步电离第一步电离 H H2 2COCO3 3 H H+HCO+HCO3 3 第二步电离第二步电离 HCOHCO3 3 H H+CO+CO3 32 2 第4页，此课件共36页哦二、电离平衡和电离度二、电离平衡和电离度（一）（一）电离平衡电离平衡概念：在一定条件下，当弱电解质分子电离概念：在一定条件下，当弱电解质分子电离成离子的速率和离子重新结成离子的速率和离子重新结 合成弱电解质分子的速率相等时，电合成弱电解质分子的速率相等时，电离过程即达到动态平衡，称离过程即达到动态平衡，称 为弱电解质的电离平衡。电离平衡是为弱电解质的电离平衡。电离平衡是动态平衡。动态平衡。第5页，此课件共36页哦（二）电离常数（二）电离常数概念：电离平衡时，已解离的各离子浓度冪次概念：电离平衡时，已解离的各离子浓度冪次方乘积与未方乘积与未 解离的分子浓度的比值是一常数。解离的分子浓度的比值是一常数。例如，醋酸的电离平衡和电离常数可表示如例如，醋酸的电离平衡和电离常数可表示如下：下：KiKi为电离常数。为电离常数。KiKi 的大小可表示弱电解质（弱酸，的大小可表示弱电解质（弱酸，弱碱等弱碱等）在水溶液中电离成离子的程度，在水溶液中电离成离子的程度，KiKi 越小，则电离越小，则电离程度越小。程度越小。常用常用K Ka a表示表示弱酸的电离常数，弱酸的电离常数，K Kb b表示表示弱碱的电离常弱碱的电离常数。数。KiKi与弱与弱电解质的本性及温度有关，而与浓度无关。电解质的本性及温度有关，而与浓度无关。第6页，此课件共36页哦一些弱酸和弱碱的电离常数如表一些弱酸和弱碱的电离常数如表4-14-1所示：所示：（表（表中中K Ka1a1、K Ka2a2 、K Ka3a3分别是多元弱酸的一级电离常数、二级电离分别是多元弱酸的一级电离常数、二级电离常数、三级电离常数、三级电离常数。）常数。）表表4-1 4-1 一些弱酸和弱碱的电离常数（一些弱酸和弱碱的电离常数（25250 0C C）第7页，此课件共36页哦 （三）电离度（三）电离度概念：在一定温度下，弱电解质在水溶液中达到电离平衡时，概念：在一定温度下，弱电解质在水溶液中达到电离平衡时，已电离的弱电解质分子数已电离的弱电解质分子数占电离前该弱电解质分子总数占电离前该弱电解质分子总数 的百分数。的百分数。用符号用符号表示。表示。已解离的分子数已解离的分子数分子总数分子总数第8页，此课件共36页哦三、同离子效应三、同离子效应概念：在弱电解质溶液中，加入一种与弱电解质含有相同概念：在弱电解质溶液中，加入一种与弱电解质含有相同 离子的强电解质时，可使弱电解质的解离度降低。离子的强电解质时，可使弱电解质的解离度降低。例如：在例如：在HAc HAc 溶液中，若加入少量含有相同离子溶液中，若加入少量含有相同离子的强电解质的强电解质NaAcNaAc。HAc H+Ac-NaAcNa+Ac-第9页，此课件共36页哦第二节第二节 酸碱质子理论酸碱质子理论酸碱质子理论认为：凡能给出质子的物质都是酸，凡能接受酸碱质子理论认为：凡能给出质子的物质都是酸，凡能接受质子的物质都是碱，酸是质子的给体，碱是质子的接受体。质子的物质都是碱，酸是质子的给体，碱是质子的接受体。一、酸碱的定义一、酸碱的定义酸 H+碱第10页，此课件共36页哦（1 1）上述关系式又称酸碱的共轭关系，酸失去质子后即成为其共轭）上述关系式又称酸碱的共轭关系，酸失去质子后即成为其共轭碱，碱得到质子后即成为其共轭酸。碱，碱得到质子后即成为其共轭酸。（2 2）酸和碱可以是中性分子，也可以是阳离子或阴离子。）酸和碱可以是中性分子，也可以是阳离子或阴离子。（3 3）有些物质既可以作为酸给出质子，又可以作为碱接受质子，如：）有些物质既可以作为酸给出质子，又可以作为碱接受质子，如：H H2 2O,HCOO,HCO3 3-这些物质称为两性物质。这些物质称为两性物质。（4 4）在质子理论中没有盐的概念。）在质子理论中没有盐的概念。（5 5）酸碱质子理论体现了酸和碱的关系：相互依存、相互转化。而且）酸碱质子理论体现了酸和碱的关系：相互依存、相互转化。而且酸越强，其共轭碱就越弱，反之亦然。酸越强，其共轭碱就越弱，反之亦然。第11页，此课件共36页哦二、酸碱反应的实质二、酸碱反应的实质酸碱反应的实质是两对共轭酸碱对之间的质子传递：酸碱反应的实质是两对共轭酸碱对之间的质子传递：酸酸1+1+碱碱2 2 碱碱1+1+酸酸2 2酸碱反应是较强的酸与较强的碱作用，生成较弱的碱和较酸碱反应是较强的酸与较强的碱作用，生成较弱的碱和较弱的酸的过程：弱的酸的过程：较强酸较强酸 +较强碱较强碱 =较弱碱较弱碱 +较弱酸较弱酸第12页，此课件共36页哦第三节第三节 溶液的酸碱性溶液的酸碱性一、水的电离一、水的电离（一）水的质子自递反应：（一）水的质子自递反应：质子自递反应：发生在同种溶剂分子之间的质子传递作用。质子自递反应：发生在同种溶剂分子之间的质子传递作用。水的质子自递反应可表示如下：水的质子自递反应可表示如下：在一定温度下水的质子自递反应（也称水的电离反应）在一定温度下水的质子自递反应（也称水的电离反应）达到达到平衡时，平衡时，第13页，此课件共36页哦式中的式中的HH2 2OO可看成是一常数，将它与可看成是一常数，将它与K K合并，得：合并，得：K Kw w：水的离子积常数。：水的离子积常数。在一定温度下，纯水中在一定温度下，纯水中H H3 3O O+离子的平衡浓度与离子的平衡浓度与OHOH-离子的平离子的平衡浓度的乘积为一定值（室温下一般为衡浓度的乘积为一定值（室温下一般为Kw=1.0 X 10=1.0 X 10-14-14）此关系也适用于任何水溶液。此关系也适用于任何水溶液。第14页，此课件共36页哦（二）共轭酸碱对的（二）共轭酸碱对的KaKa与与kbkb的关系的关系现以共轭酸碱对现以共轭酸碱对HB-BHB-B-为例进行推导。共轭酸碱对为例进行推导。共轭酸碱对HB-BHB-B-在在溶液中存在如下质子转移反应：溶液中存在如下质子转移反应：达到平衡时达到平衡时以上两式相乘得：以上两式相乘得：共轭酸碱对中的弱酸的共轭酸碱对中的弱酸的K Ka a，与其共轭碱的与其共轭碱的K Kb b的乘积等于的乘积等于K Kw w第15页，此课件共36页哦二、溶液的酸碱性和二、溶液的酸碱性和pH pH（一一）酸碱性与酸碱性与HH+的关系的关系常温时溶液的酸碱性与常温时溶液的酸碱性与HH+和和OHOH 的关系为：的关系为：中性溶液中性溶液 HH+=OH=OH=110=1107 7mol/Lmol/L酸性溶液酸性溶液 HH+1101107 7 mol/L OH mol/L OH 碱性溶液碱性溶液 HH+1101107 7 mol/L OH mol/L OH（二二）pHpH对于对于H H+离子浓度很低的溶液，常用离子浓度很低的溶液，常用pHpH（即氢即氢离子浓度的负对离子浓度的负对数值）来表示溶液的酸碱性。数值）来表示溶液的酸碱性。pH=lgH+中性溶液中中性溶液中 酸性溶液中酸性溶液中 碱性溶液中碱性溶液中 第16页，此课件共36页哦1.1.一元弱酸一元弱酸pHpH计算计算:以以HBHB表示弱酸，表示弱酸，HBHB起始浓度设为起始浓度设为c c。平衡浓平衡浓度：度：通常通常一元弱酸溶液一元弱酸溶液 的最简计算公式，满足的两个的最简计算公式，满足的两个条件是，条件是，和和 。第17页，此课件共36页哦能力拓展请同学们思考一下怎样计算一元弱碱溶液的请同学们思考一下怎样计算一元弱碱溶液的pHpH？第18页，此课件共36页哦例例4-14-1计算计算298298K K时，时，0.100.10mol.L-1HAcmol.L-1HAc溶液的溶液的pHpH。解：已知解：已知计算：计算：第19页，此课件共36页哦例例4-24-2计算计算298298k k时时0.100.10mol.L-1NaAcmol.L-1NaAc溶液的溶液的pHpH值。值。解：解：用最简公式计算：用最简公式计算：第20页，此课件共36页哦（三三）酸碱指示剂酸碱指示剂以酚以酚酞为酞为例例讨论讨论指示指示剂剂的的变变色原理。以色原理。以HInHIn代表酚代表酚酞酞指示指示剂剂的的酸式（无色），酸式（无色），InIn代表酚代表酚酞酞指示指示剂剂的碱式（的碱式（红红色），色），则则酚酚酞酞在水溶液中的在水溶液中的电电离平衡可表示离平衡可表示为为：HIn HIn H H+In+In酚酚酞酞酸式酸式 酚酚酞酞碱式碱式无色无色 红红色色 由于酚酞的酸式是无色的，所以在酸性溶液中不显色，由于酚酞的酸式是无色的，所以在酸性溶液中不显色，但在溶液中加入碱时，平衡向右移动，当溶液中碱式但在溶液中加入碱时，平衡向右移动，当溶液中碱式InIn增加到一定浓度时，溶液即显红色。增加到一定浓度时，溶液即显红色。第21页，此课件共36页哦 指示剂由一种颜色过渡到另一种颜色时溶液指示剂由一种颜色过渡到另一种颜色时溶液pHpH的变化的变化范围，称为指示剂的变色范围。其变色范围为：范围，称为指示剂的变色范围。其变色范围为：pH=pKpH=pKHInHIn11。从上式可知，当从上式可知，当pHpKpHpKHInHIn1 1时，时，呈酸式色呈酸式色 当当pHpKpHpKHInHIn1 1时，时，呈碱式色呈碱式色 当当pH=pKpH=pKHInHIn时，观察到的是指示剂的中间色，即两种颜色时，观察到的是指示剂的中间色，即两种颜色的混合色。此时是指示剂变色最灵敏的一点，此时的混合色。此时是指示剂变色最灵敏的一点，此时pHpH叫指示叫指示剂的理论变色点。剂的理论变色点。第22页，此课件共36页哦第四节第四节 缓冲溶液缓冲溶液 一、缓冲溶液的组成及缓冲作用实验：样品实验：样品1 1，40ml 0.10molL40ml 0.10molL-1-1NaClNaCl溶液溶液 样样品品2,2,40ml40ml含含HAcHAc和和NaAcNaAc均均为为0.10molL0.10molL-1-1的的溶溶液液操操作作：加加入入合合适适指指示示剂剂，分分别别加加入入0.010mol0.010mol强强酸酸（HClHCl）观察现象：观察现象：pHpH值的变化值的变化第23页，此课件共36页哦 0.10 molL-1 NaCl溶液NaCl溶液中加入0.010 molL-1 HCl 一滴，溶液的pH由7变为2，改变了5个pH单位。第24页，此课件共36页哦0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液0.10 molL-1 HAc 0.10 molL-1 NaAc溶液溶液中加入0.010 molL-1 HCl一滴，溶液的pH由4.75变为4.74，改变仅0.01pH单位。第25页，此课件共36页哦结论：结论：HAcHAc和和NaAcNaAc混合溶液有抵抗外来少量强酸、混合溶液有抵抗外来少量强酸、强碱而保持强碱而保持pHpH值基本不变的能力。值基本不变的能力。缓冲作用：溶液具有抵抗外来缓冲作用：溶液具有抵抗外来少量少量强酸、强强酸、强碱或适当稀碱或适当稀释，而保持其释，而保持其pHpH值值几乎不变几乎不变的作用。的作用。缓冲溶液：具有缓冲作用的溶液。缓冲溶液：具有缓冲作用的溶液。第26页，此课件共36页哦组成：缓冲对（缓冲系）组成：缓冲对（缓冲系）抗酸成分抗酸成分抗碱成分抗碱成分 1.1.弱酸及其共轭碱弱酸及其共轭碱 抗碱成分抗碱成分 抗酸成分抗酸成分 HAc -NaAcHAc -NaAc NaHCO NaHCO3 3 -Na-Na2 2COCO3 3 NaH NaH2 2POPO4 4-Na-Na2 2HPOHPO4 4 H H2 2C C8 8H H4 4O O4 4-KHC-KHC8 8H H4 4O O4 4 (邻苯二甲酸邻苯二甲酸)（邻苯二甲酸氢钾）（邻苯二甲酸氢钾）缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成:第27页，此课件共36页哦2.2.弱碱及其共轭酸弱碱及其共轭酸 抗酸成分抗酸成分 抗碱成分抗碱成分 NHNH3 3HH2 2O -NHO -NH4 4ClCl CH CH3 3NHNH2 2 -CH-CH3 3NHNH3 3+ClCl-(甲胺甲胺)（盐酸甲胺）（盐酸甲胺）第28页，此课件共36页哦二、缓冲作用原理二、缓冲作用原理HAcHAcNaAcNaAc HAc HAcH H2 2O O H H3 3O O+Ac+Ac-NaAc Na NaAc Na+Ac+Ac-当在该溶液中加入少量强酸时，当在该溶液中加入少量强酸时，H H+Ac Ac-HAc HAc 当溶液中加入少量强碱时，当溶液中加入少量强碱时，OH OH-+HAc+HAc 2H2H2 2O O Ac-Ac-NaAcNaAc为抗酸成分为抗酸成分HAcHAc为抗碱成分为抗碱成分第29页，此课件共36页哦由于缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和由于缓冲溶液中同时含有较大量的抗碱成分和抗酸成分，它们通过弱酸解离平衡的移动以达抗酸成分，它们通过弱酸解离平衡的移动以达到消耗掉外来的少量强酸、强碱，或对抗稍加到消耗掉外来的少量强酸、强碱，或对抗稍加稀释的作用，使溶液稀释的作用，使溶液H H+离子或离子或OHOH-离子浓度未有离子浓度未有明显的变化，因此具有缓冲作用。明显的变化，因此具有缓冲作用。第30页，此课件共36页哦三、缓冲溶液三、缓冲溶液pHpH值的计算值的计算pHpH缓冲对的性质缓冲对的性质浓度浓度共轭酸碱对间的质子传递平衡可用通式表示如下：共轭酸碱对间的质子传递平衡可用通式表示如下：HB+H HB+H2 2O O H H3 3O O+B+B-式中式中HBHB表示共轭酸，表示共轭酸，B B-表示共轭碱。表示共轭碱。共轭碱共轭酸第31页，此课件共36页哦代入公式，得代入公式，得解：解：第32页，此课件共36页哦四、缓冲容量与缓冲溶液的配制四、缓冲容量与缓冲溶液的配制1 1.选择适当的缓冲对，使所选缓冲对中共轭选择适当的缓冲对，使所选缓冲对中共轭酸的酸的pKa pKa 与欲配制的缓冲溶液的与欲配制的缓冲溶液的pHpH值尽可值尽可能相等或接近，偏离的数值不应超过缓冲能相等或接近，偏离的数值不应超过缓冲溶液的缓冲范围。溶液的缓冲范围。2 2.要有适当的浓度，要有适当的浓度，为了保证缓冲溶液中有足够的抗酸成分为了保证缓冲溶液中有足够的抗酸成分和抗碱成分，一般所需弱酸和共轭碱等缓冲对的总浓度和抗碱成分，一般所需弱酸和共轭碱等缓冲对的总浓度范围在范围在0.05mol/L0.5 mol/L0.05mol/L0.5 mol/L之间为好之间为好。3.3.按照计算出的结果配制缓冲溶液，为计算方便，常采用相按照计算出的结果配制缓冲溶液，为计算方便，常采用相同浓度的共轭酸和共轭碱同浓度的共轭酸和共轭碱 第33页，此课件共36页哦五、缓冲溶液在医学中的意义五、缓冲溶液在医学中的意义1.1.血液中的缓冲系血液中的缓冲系血液中的缓冲对主要有：血液中的缓冲对主要有：血浆：血浆：细胞：细胞：第34页，此课件共36页哦碳酸氢盐缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能碳酸氢盐缓冲系在血液中浓度最高，缓冲能力最大，力最大，维持血液正常维持血液正常pHpH值的作用也最重要。值的作用也最重要。第35页，此课件共36页哦2.人体正常人体正常pH值的维持值的维持 人体血液的人体血液的pH值为值为7.357.45。血液的主。血液的主要缓冲系统存要缓冲系统存 在如下平衡在如下平衡COCO2(2(溶解溶解)+H H2 2O O H H2 2COCO3 3 H H+HCO+HCO3 3-当人体代谢过程中产生的酸性物质进入血液时，当人体代谢过程中产生的酸性物质进入血液时，HCOHCO3 3就就会立即与它结合生成会立即与它结合生成H H2 2COCO3 3，H H2 2COCO3 3不稳定又会分解成不稳定又会分解成COCO2 2和和H H2 2O O，形成的，形成的COCO2 2由肺部排出，消耗掉的由肺部排出，消耗掉的HCOHCO3 3可通过肾脏的可通过肾脏的调节得以补偿，这样就能抑制酸度变化，而使血液的调节得以补偿，这样就能抑制酸度变化，而使血液的pHpH保保持在正常范围。持在正常范围。当人体代谢过程中产生的碱性物质进入血液时，身体的补当人体代谢过程中产生的碱性物质进入血液时，身体的补偿机制由通过降低肺部偿机制由通过降低肺部COCO2 2的排出量和通过肾脏增加对的排出量和通过肾脏增加对HCOHCO3 3的排泄来配合缓冲系统，从而使血液的的排泄来配合缓冲系统，从而使血液的pHpH不因碱性代谢物不因碱性代谢物的产生而发生改变。的产生而发生改变。第36页，此课件共36页哦