溶液和离子平衡培训讲学.ppt

溶液和离子平衡溶液和离子平衡Johannes Nicolaus Brnsted Johannes Nicolaus Brnsted born in Varde(February 22,1879 December 17,1947)was a Danish physical chemist.Thomas Martin Lowry(October 26,1874 November 2,1936)was an English physical chemist.Thomas Martin Lowry-+实质：两个共轭酸碱对之间的质子传递！实质：两个共轭酸碱对之间的质子传递！酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱；酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱；反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的 酸和碱的方向进行；酸和碱的方向进行；对于某些物质，既可以给出质子又可以接受质子，如对于某些物质，既可以给出质子又可以接受质子，如H2O、HCO3-、HS-等，称为两性物质。等，称为两性物质。酸碱反应的实质酸碱反应的实质酸碱反应的类型酸碱反应的类型F 酸和碱的解离反应酸和碱的解离反应F 酸和碱的中和反应酸和碱的中和反应F盐的水解盐的水解H+H+H+H+H+H+氟氟磺磺酸酸是是比比硫硫酸酸更更强强的的酸酸。若若给给氟氟磺磺酸酸中中加加入入SbF5，则则其其进进一步吸引氟磺酸中硫原子的负电荷，得到比氟磺酸更强的酸。一步吸引氟磺酸中硫原子的负电荷，得到比氟磺酸更强的酸。S的有效正电荷增大，酸给出质子的能力（即酸性）增大的有效正电荷增大，酸给出质子的能力（即酸性）增大 SbF5 HSO3F是个超强酸是个超强酸,它能使几乎所有的有机化合物加合它能使几乎所有的有机化合物加合质子，得到五配位碳原子物种质子，得到五配位碳原子物种CH5+。人们将氟磺酸与。人们将氟磺酸与SbF5构成的系构成的系统称之为统称之为“魔酸魔酸”(magic acid)。v魔酸魔酸魔酸魔酸 (magic acid)(magic acid)OSbF5HOHOSOOFHOSOOFHOSOOSbF5HOHOSOOHOHOSOOFHOSOOFHOSOOFHOSOF路易斯酸碱电子理论路易斯酸碱电子理论 (Lewis acid-base electron theory)Gilbert Newton Lewis Gilbert Newton Lewis(October 23,1875-March 23,1946)was a famous American physical chemist known for his Lewis dot structures,his 1916 paper The Atom and the Molecule,which is the foundation of modern valence bond theory,developed in coordination with Irving Langmuir,and his 1923 textbook Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances,written in coordination with Merle Randall,one of the founding books in chemical thermodynamics.In 1926,Lewis coined the term photon for the smallest unit of radiant energy.He was a brother of Alpha Chi Sigma,the professional chemistry fraternity.布布朗朗斯斯特特酸酸碱碱概概念念的的核核心心系系于于分分子子或或离离子子间间的的质质子子转转移移，显显然然无无法法对对不不涉涉及及质质子子转转移移、但但却却具具有有酸酸碱碱特特征征的的反反应应做做解解释释。这这一一不不足足在在布布朗朗斯斯特特概概念念提提出出的的同同年年由由美美国国化化学学家家路路易易斯斯提提出出的的另另一一个个更更广广的的酸酸碱碱概概念念所所弥弥补补，但但后后者者直直到到20世世纪纪30年年代代才才开始在化学界产生影响。开始在化学界产生影响。路易斯酸路易斯酸(Lewis acid)：指接受电子对的物质，即电子对的指接受电子对的物质，即电子对的 接受体接受体(Electron pair acceptor);路易斯碱路易斯碱(Lewis base)：指提供电子的物质，即电子对给予体指提供电子的物质，即电子对给予体 (Electron pair donor)。酸酸碱碱反反应应是是电电子子对对接接受受体体与与电电子子对对给给予予体体之之间间形形成成配配位位共共价键的反应。价键的反应。CuCu2+2+4NH+4NH3 3 NHNH3 3 NHNH3 3 NHNH3 3 NHNH3 3 CuCu2+2+路易斯酸路易斯酸路易斯酸路易斯酸 +路易斯碱路易斯碱路易斯碱路易斯碱 酸碱加（配）合物酸碱加（配）合物酸碱加（配）合物酸碱加（配）合物弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡v 水的离子积常数水的离子积常数(ion-product constant for water)H2O+H2O H3O+OH-,简写为：简写为：H2O H+OH-水是一种很弱的电解质，只发生极少的部分解离，称为水是一种很弱的电解质，只发生极少的部分解离，称为水的自解离水的自解离 (self-dissociation)。是一个重要常数，通常称为水的离子积常数，简称水的离子积。是一个重要常数，通常称为水的离子积常数，简称水的离子积。精确的实验测得在精确的实验测得在298.15K纯水中：纯水中：ceq(H+)=ceq(OH-)=1.010-7 moldm-3根据平衡原理，根据平衡原理，298.15K时时:根据平衡原理，根据平衡原理，298.15K时时表表2-3不同温度时水离子积常数不同温度时水离子积常数T/K2732832932972983233731.110-152.910-156.810-151.010-141.010-145.510-145.510-13通常，水的离子积值与温度有一定的关系，随温度升高而增大。通常，水的离子积值与温度有一定的关系，随温度升高而增大。v 溶液的溶液的pH 由于许多化学反应和几乎全部的生物生理现象都是在由于许多化学反应和几乎全部的生物生理现象都是在H+浓度极小的溶液浓度极小的溶液中进行，因此用物质的量浓度来表示溶液的酸碱度很不方便，常用中进行，因此用物质的量浓度来表示溶液的酸碱度很不方便，常用pH值表示值表示溶液的酸度。溶液的酸度。如果如果pH值值改改变变1个个单单位，相位，相应应于于改变了改变了10倍。与倍。与pH相似，相似，和和亦可分别用亦可分别用pOH和和 来表示，则来表示，则:pH+pOH=在在T=298.15K时，时，pH+pOH=14 此时此时c（H+）10-130 mol dm-3，若，若要在要在 l mol dm-1 H+的水溶液中找到一的水溶液中找到一个未水合的个未水合的H+，则体积要大到可容纳，则体积要大到可容纳1070个地球。个地球。H+H 2OH3O+,D DH =-761.5 kJ.mol-1&水溶液中水溶液中H+以何种形式存在？以何种形式存在？v一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸、弱碱的解离平衡(The Ionization Equilibria of Weak Monoacids and Monobases)一元弱酸如乙酸（一元弱酸如乙酸（HAc）和一元弱碱如氨水（）和一元弱碱如氨水（NH3H2O），它们在水），它们在水溶液中只是部分解离，绝大部分以未解离的分子存在。溶液中始终存在着溶液中只是部分解离，绝大部分以未解离的分子存在。溶液中始终存在着未解离的弱电解质分子与解离产生的正、负离子之间的平衡。这种平衡称未解离的弱电解质分子与解离产生的正、负离子之间的平衡。这种平衡称解离平衡解离平衡。弱酸：弱酸：HAc(aq)+H2O(aq)H3O+(aq)+Ac-(aq)简写为：简写为：HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)其平衡常数，即弱酸的解离常数：其平衡常数，即弱酸的解离常数：NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH-(aq)其平衡常数，即弱碱的解离常数其平衡常数，即弱碱的解离常数:弱碱：弱碱：解离平衡常数是化学平衡常数的一种，表示弱酸弱碱的解离趋势，解离平衡常数是化学平衡常数的一种，表示弱酸弱碱的解离趋势，K值值愈大，解离程度愈大。愈大，解离程度愈大。我们可以根据解离常数的大小判断弱电解质的相对强弱。通常情况下人我们可以根据解离常数的大小判断弱电解质的相对强弱。通常情况下人们把值介于们把值介于10-2-10-7之间的酸叫弱酸，而小于之间的酸叫弱酸，而小于10-7的酸叫极弱酸。的酸叫极弱酸。对于给定的电解质而言，解离常数与温度有关而与浓度无关。但一般说对于给定的电解质而言，解离常数与温度有关而与浓度无关。但一般说来受温度的影响不大，而且研究多为常温下的解离平衡。来受温度的影响不大，而且研究多为常温下的解离平衡。v共轭酸碱对的解离平衡常数共轭酸碱对的解离平衡常数 之间的关系之间的关系 v一元弱酸的解离度 、解离平衡常数 及初始浓度 的关系设有一元弱酸的解离平衡：设有一元弱酸的解离平衡：H A(aq)H+(aq)+A-(aq)初始浓度：初始浓度：c0 0 0解离达到平衡时的浓度：解离达到平衡时的浓度：c0-x x x在一定温度下，在一定温度下，不随浓度而改变，为一个常数。不随浓度而改变，为一个常数。但是，电解质溶液的解离度与初始浓度的平方根成但是，电解质溶液的解离度与初始浓度的平方根成反比，即浓度越稀解离度越大，以离子形式存在于反比，即浓度越稀解离度越大，以离子形式存在于溶液中的比例越多溶液中的比例越多稀释定律稀释定律。类似地，对于一元弱碱亦存在着稀释定律：类似地，对于一元弱碱亦存在着稀释定律：v多元弱电解质的分级解离多元弱电解质的分级解离 分子中含有两个或两个以上可解离的氢原子的酸，称为多元酸。氢硫酸分子中含有两个或两个以上可解离的氢原子的酸，称为多元酸。氢硫酸(H2S)、碳酸、碳酸(H2CO3)为二元弱酸，磷酸为二元弱酸，磷酸(H3PO4)为三元酸。多元弱酸在溶液为三元酸。多元弱酸在溶液中的解离是分步（级）进行的，氢离子是依次解离出来的，其解离常数中的解离是分步（级）进行的，氢离子是依次解离出来的，其解离常数分别用分别用K a1，K a2，表示。表示。例如例如H2S解离：解离：一级解离一级解离 H2S(aq)H+(aq)+HS-(aq)二级解离二级解离 HS-(aq)H+(aq)+S2-(aq)o计算0.1moldm-3饱和H2S溶液中H+、HS-和S2-的浓度。（已知每升水中可溶解2.24升H2S气体）同离子效应和缓冲溶液同离子效应和缓冲溶液 v同离子效应同离子效应(common-ion effect)&同离子效应同离子效应：在弱电解质溶液中，加入与弱电解质具有相同离子的：在弱电解质溶液中，加入与弱电解质具有相同离子的 强电解质时，可使弱电解质的解离度降低的现象。强电解质时，可使弱电解质的解离度降低的现象。例如例如1.在氨水中加入一些在氨水中加入一些NH4Cl，由于后者是强电解质，在溶液中完全，由于后者是强电解质，在溶液中完全 解离，于是解离，于是NH4+浓度大大增加，使平衡浓度大大增加，使平衡 NH3H2O NH4+OH-向左移动，从而降低了氨的解离度。向左移动，从而降低了氨的解离度。例如例如2.对于醋酸溶液，当加入强电解质对于醋酸溶液，当加入强电解质NaAc时，时，Ac-浓度大大增加，使浓度大大增加，使 解离平衡解离平衡 HAc H+Ac-向左移动，向左移动，HAc的解离度降低。的解离度降低。例题：例题：1、计算0.20 moldm-3NH3H2O的解离度。2、在0.40moldm-3氨水溶液中，加入等体积0.40moldm-3NH4Cl溶液，求混合溶液中OH-浓度、pH值和NH3H2O的解离度。并将结果与上例进行比较。v缓冲溶液缓冲溶液(buffered solution)50 cm3 HAc-NaAc 溶液溶液c(HAc)=c(NaAc)=0.10 moldm-3pH=4.74缓冲溶液的特性缓冲溶液的特性：向缓冲溶液中加入少量强酸或强碱或将溶液：向缓冲溶液中加入少量强酸或强碱或将溶液 适当稀释，而溶液本身适当稀释，而溶液本身pH能保持相对稳定！能保持相对稳定！加入加入1滴滴(0.05cm3)1moldm-3 HCl加入加入1 滴滴(0.05cm3)1moldm-3 NaOH50 cm3 纯水纯水 pH=7pH=4.75pH=3pH=11pH=4.73缓冲溶液的缓冲原理缓冲溶液的缓冲原理 HAc H+Ac-大量大量(抗碱抗碱)小量小量 大量大量(抗酸抗酸)外加少量强酸外加少量强酸(H)，平衡向左移动，平衡向左移动 外加适量碱外加适量碱(OH-)，平衡向右移动，平衡向右移动对对HAcNaAc溶液：溶液：对对NH3NH4Cl溶液：溶液：NH3(aq)+H2O(l)OH-(aq)+MH4+(aq)大量大量(抗酸抗酸)小量小量 大量大量(抗碱抗碱)外加少量强碱外加少量强碱(OH-)，平衡向左移动，平衡向左移动 外加适量酸外加适量酸(H)，平衡向右移动平衡向右移动F缓冲溶液缓冲溶液pH的计算通式的计算通式(HendersonHesselbalch equation)对于弱酸及其盐的缓冲溶液对于弱酸及其盐的缓冲溶液共轭酸共轭酸 H+共轭碱共轭碱两侧同时取负对数两侧同时取负对数初始浓度初始浓度初始浓度初始浓度 c(c(共轭酸共轭酸共轭酸共轭酸)0 c()0 c(共轭碱共轭碱共轭碱共轭碱)平衡浓度平衡浓度平衡浓度平衡浓度 c(c(共轭酸共轭酸共轭酸共轭酸)-)-x x x x c(c(共轭碱共轭碱共轭碱共轭碱)+)+x x 对于弱碱及其盐的缓冲溶液对于弱碱及其盐的缓冲溶液共轭碱共轭碱+H2O OH-+共轭酸共轭酸同理可推导出：同理可推导出：例题：例题：计算含有0.10 moldm-3HAc和0.30 moldm-3NaAc溶液pH值为多少？100cm3缓冲溶液中，加入1.0cm3的1.0moldm-3盐酸，求其pH值 。（已知HAc的pKa=4.75）9.多相离子平衡与溶度积多相离子平衡与溶度积v多相离子平衡多相离子平衡 (沉淀沉淀-溶解平衡溶解平衡,precipitation dissolution equilibrium)在一定条件下，当沉淀和溶解的速率相等时，便建立起了固相和液相中离在一定条件下，当沉淀和溶解的速率相等时，便建立起了固相和液相中离子之间的动态平衡，即为子之间的动态平衡，即为多相离子平衡多相离子平衡(亦称为：亦称为：异相平衡，异相平衡，heterogeneous equilibrium)。溶解溶解沉淀沉淀Ks 称称为为难难溶溶电电解解质质的溶度的溶度积积常数常数，简简称称溶度溶度积积(solubility product constant)。F对于一般的难溶电解质对于一般的难溶电解质AnBm来说，存在如下沉淀来说，存在如下沉淀-溶解平衡溶解平衡：若已知难溶电解质若已知难溶电解质AnBm的溶度积常数（的溶度积常数（Ks），可求其溶解度），可求其溶解度（s）；反之已知溶解度也可求出其溶度积常数。二者关系如下：）；反之已知溶解度也可求出其溶度积常数。二者关系如下：v溶度积规则溶度积规则Qc Ks，过饱和溶液，过饱和溶液(oversaturated solution):沉淀析出，直到达到沉淀析出，直到达到 饱和溶液为止。饱和溶液为止。沉淀的生成沉淀的生成沉淀的溶解沉淀的溶解沉淀的转化沉淀的转化分步沉淀分步沉淀v多相离子平衡的移动多相离子平衡的移动沉淀的生成沉淀的生成判断依据：判断依据：判断依据：判断依据：Qc Ks时沉淀生成时沉淀生成完全沉淀：完全沉淀：完全沉淀：完全沉淀：离子浓度小于离子浓度小于10-6moldm-3判断下列条件下是否有沉淀生成（体积变化忽略）。将10cm3 0.02moldm-3CaCl2 溶液与等体积等浓度的Na2C2O4溶液混合。在1.0moldm-3 CaCl2溶液中通入CO2气体至饱和。；若往10cm3 0.02moldm-3 BaCl2溶液中加入 10.0cm3 0.02moldm-3Na2SO4溶液 10.0cm3 0.04moldm-3Na2SO4溶液问溶液中Ba2+是否沉淀完全？沉淀的溶解沉淀的溶解当当当当Qc Ks时沉淀溶解时沉淀溶解沉淀的转化沉淀的转化298.15K时，19.7gBaCO3能否溶解于1dm3浓度为0.15moldm-3的K2CrO4溶液中，并全部转化为BaCrO4沉淀？分步沉淀分步沉淀向含有浓度均为0.01 moldm-3的I-、Cl-和Br-混合溶液中逐步滴加AgNO3溶液（忽略溶液体积的变化）。判断三种离子的沉淀顺序，并判断当最后沉淀的离子刚开始沉淀时，前面两种离子是否沉淀完全（或者说这三种离子能否完全分离）。沉淀顺序：沉淀所需沉淀剂浓度最小的最先沉淀沉淀顺序：沉淀所需沉淀剂浓度最小的最先沉淀沉淀顺序：沉淀所需沉淀剂浓度最小的最先沉淀沉淀顺序：沉淀所需沉淀剂浓度最小的最先沉淀沉淀完全：浓度小于沉淀完全：浓度小于沉淀完全：浓度小于沉淀完全：浓度小于1010-6-6molmol dmdm-3-3沉淀分离：当后沉淀的离子刚开始沉淀时，前一沉淀分离：当后沉淀的离子刚开始沉淀时，前一沉淀分离：当后沉淀的离子刚开始沉淀时，前一沉淀分离：当后沉淀的离子刚开始沉淀时，前一 种沉淀离子已经沉淀完全种沉淀离子已经沉淀完全种沉淀离子已经沉淀完全种沉淀离子已经沉淀完全此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢