第五章+水溶液中的离子平衡2.ppt
两个一元弱酸的混合体系：两个一元弱酸的混合体系：HA1 +HA2 HA1(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+A1-(aq)x+y x HA2(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+A2-(aq)x +y y 如果如果Ka1CHA1 Ka2CHA2，则，则 (HA CHA)HAc,Ka1=1.8 10-5;HCN,Ka2=4.93 10-10 两个一元弱碱的混合体系：两个一元弱碱的混合体系：B1 +B2 如果如果Kb1CB1 Kb2CB2，则，则P332/例例12-6 HCOOH(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+HCOO-(aq)平衡平衡 0.100 x 4.41 10-3 xx=HCOO-=3.86 10-3(mol/L)HCOOH=0.100 x=9.61 10-2(mol/L)CH3COOH(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+CH3COO-(aq)平衡平衡 0.100 y 4.41 10-3 yy=CH3COO-=3.98 10-4(mol/L)CH3COOH=0.100 y=9.96 10-2(mol/L)弱酸（弱酸（HA）和强酸（）和强酸（HX）的混合溶液）的混合溶液 如果如果Ka比较小，比较小，HA电离产生的电离产生的H3O+也比较小，可忽也比较小，可忽略略(强酸强酸浓度不是太小浓度不是太小)，因此，因此H3O+=CHX（酸性溶液（酸性溶液中水自电离产生的中水自电离产生的H3O+忽略）忽略）如如果果Ka比比较较大大，HA电电离离产产生生的的H3O+也也比比较较大大，不不能能忽略。酸性溶液中水自电离产生的忽略。酸性溶液中水自电离产生的H3O+忽略忽略例例3:由由HAc和和HCl组组成成的的溶溶液液，其其中中HAc的的浓浓度度为为 0.1 mol/L，HCl的的浓浓度度为为 0.1 mol/L，计计算算溶溶液液中中各各离离子子的平衡浓度？（的平衡浓度？（HAc的的Ka=1.8 10-5）解解:HAc +H2O H3O+Ac-平衡：平衡：0.1 x CHCl x Ka=CHX x/(0.1 x)=1.8 10-5 x=1.8 10-5 mol/L H3O+=CHCl =0.1 mol/L Ac-=x=1.8 10-5 mol/L HAc=0.1 x=0.1 mol/L 例例4:计算计算 0.10 mol/L H2SO4 溶液的溶液的 H3O+、HSO4-和和SO42-?已知已知 HSO4-的的 Ka=1.2 10-2 解解:H2SO4+H2O H3O+HSO4-(完全电离完全电离)HSO4-(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+SO42-(aq)起起始始 0.1 0.1 0转化转化 x x x平衡平衡 0.1 x 0.1+x x Ka=x(0.1+x)/(0.1 x)x2+0.112x 0.0012=0,x=9.85 10-3(mol/L)H3O+=0.1+x=0.11(mol/L)SO42-=x=9.85 10-3(mol/L)HSO4-=0.1 x=0.090(mol/L)HSO4-的水溶液只能作为弱酸，不能作为弱碱！的水溶液只能作为弱酸，不能作为弱碱！弱碱（弱碱（B）和强碱（）和强碱（MOH）的混合溶液）的混合溶液 如果如果Kb比较小，比较小，B电离产生的电离产生的OH-也比较小，可忽也比较小，可忽略略(强强碱浓度不是太小碱浓度不是太小)，因此，因此OH-=CMOH（碱性溶液（碱性溶液中水自电离产生的中水自电离产生的OH-忽略）忽略）如如果果Kb比比较较大大，B电电离离产产生生的的OH-也也比比较较大大，不不能能忽忽略。碱性溶液中水自电离产生的略。碱性溶液中水自电离产生的OH-忽略忽略 B(aq)+H2O(l)OH-(aq)+BH+(aq)平衡：平衡：CB x x+CMOH x5.2.多元弱酸（弱碱）的电离平衡多元弱酸（弱碱）的电离平衡多元弱酸：电离出多元弱酸：电离出2个或个或2个以上的个以上的H3O+，且部分电离，且部分电离多元弱碱：电离出多元弱碱：电离出2个或个或2个以上的个以上的OH-，且部分电离，且部分电离 多元弱酸：多元弱酸：H2CO3、H2C2O4、H3PO4多元弱碱：多元弱碱：Na2S、Na3PO4 二元弱酸的电离平衡：二元弱酸的电离平衡：H2A H2A(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+HA-(aq)Ka1=H3O+HA-/H2A H2A的一级解离常数的一级解离常数 HA-(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+A2-(aq)Ka2=H3O+A2-/HA-H2A的二级解离常数的二级解离常数 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH-(aq)Kw=H3O+OH-物料平衡：物料平衡：CH2A=H2A+HA-+A2-电荷平衡：电荷平衡：H3O+=HA-+2A2-+OH-等式右边三项的物理意义：等式右边三项的物理意义：第第1项：一级电离的贡献项：一级电离的贡献第第2项：二级电离的贡献项：二级电离的贡献第第3项：水自电离的贡献项：水自电离的贡献一般一般Ka1 Ka2，差，差3 4个数量级个数量级 例：例：H2CO3，Ka1=4.3 10-7，Ka2=4.8 10-11 二元弱酸作为一元弱酸来处理（忽略二级电离）！二元弱酸作为一元弱酸来处理（忽略二级电离）！CH2A 400Ka1，近似式：，近似式：CH2A 400Ka1，最简式：，最简式：H2A(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+HA-(aq)起始起始 CH2A 0 0转化转化 x x x平衡平衡 CH2A x x x Ka1=x2/(CH2A x)CH2A x=H2A CH2A,得到最简式：得到最简式：推导：推导：例例5:计算计算 0.1 mol/L 的的 H2C2O4溶液中各离子的浓度溶液中各离子的浓度?已知已知:Ka1=5.9 10-2 Ka2=6.4 10-5 解：解：CH2C2O4 400Ka1 H2C2O4(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+HC2O4-(aq)(1)平衡平衡 C x x xHC2O4-=H3O+=0.0528(mol/L)H2C2O4=c H3O+=0.1 0.0528=0.0472(mol/L)OH-=Kw/H3O+=1.89 10-13(mol/L)HC2O4-(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+C2O42-(aq)(2)Ka2=H3O+C2O42-/HC2O4-=C2O42-C2O42-=Ka2=6.4 10-5(mol/L)纯二元弱酸（纯二元弱酸（H2A）水溶液中的）水溶液中的 A2-=Ka2 !(1)+(2)得到得到H2C2O4总的电离反应：总的电离反应：H2C2O4(aq)+2H2O(l)2H3O+(aq)+C2O42-(aq)H2C2O4总的电离反应平衡常数：总的电离反应平衡常数：K=Ka1 Ka2=H3O+2C2O42-/H2C2O4问题：问题：H3O+=2C2O42-（X，不成立，不成立）三元弱酸的电离平衡：三元弱酸的电离平衡：H3A H3A(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+H2A-(aq)Ka1=H3O+H2A-/H3A H3A的一级解离常数的一级解离常数 H2A-(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+HA2-(aq)Ka2=H3O+HA2-/H2A-H3A的二级解离常数的二级解离常数 HA2-(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+A3-(aq)Ka3=H3O+A3-/HA2-H3A的三级解离常数的三级解离常数CH3A Ka2 Ka3 三元弱酸作为一元弱酸来处理（忽略二级电离和三三元弱酸作为一元弱酸来处理（忽略二级电离和三级电离）！级电离）！H3A(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+H2A-(aq)起起始始 CH3A 0 0转化转化 x x x平衡平衡 CH3A x x x Ka1=x2/(CH3A x)CH3A x=H3A CH3A,得到最简式：得到最简式：推导：推导：H3A(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+H2A-(aq)平平衡衡 0.1 x x x问题：计算问题：计算0.1 mol/L的的H3A水溶液中各物种的浓度？水溶液中各物种的浓度？HA2-=Ka2 A3-=Ka2 Ka3/H3O+二元弱碱的电离平衡：二元弱碱的电离平衡：Na2S Na2S 2Na+S2-S2-(aq)+H2O(l)OH-(aq)+HS-(aq)Kb1=OH-HS-/S2-S2-的一级解离常数的一级解离常数 Kb1=Kw/Ka2 HS-(aq)+H2O(l)OH-(aq)+H2S(aq)Kb2=OH-H2S/HS-S2-的二级解离常数的二级解离常数 Kb2=Kw/Ka1Ka1,Ka2分别为分别为H2S的一级解离常数和二级解离常数！的一级解离常数和二级解离常数！一般一般Kb1 Kb2二元弱碱作为一元弱碱来处理（忽略二级电离）！二元弱碱作为一元弱碱来处理（忽略二级电离）！CS2-400Kb1，近似式：，近似式：CS2-400Kb1，最简式：，最简式：S2-(aq)+H2O(l)OH-(aq)+HS-(aq)起始起始 CS2-0 0转化转化 x x x平衡平衡 CS2-x x x Kb1=x2/(CS2-x)CS2-x=S2-CS2-,得到最简式：得到最简式：推导：推导：例例6：算：算 0.1 mol/L Na2S 溶液中溶液中OH-、S2-、HS-、H3O+和和H2S的浓度的浓度?已知已知:H2S 的的 Ka1=9.1 10-8 Ka2=1.1 10-12 S2-(aq)+H2O(l)OH-(aq)+HS-(aq)平衡平衡 C x x x Kb1=KW/Ka2=9.1 10-3Na2S 2Na+S2-C=0.1 Kb2 Kb3三三元元弱弱碱碱作作为为一一元元弱弱碱碱来来处处理理（忽忽略略一一级级电电离离和和二二级级电电离）！离）！C Kw/Ka1 Ka1 Ka2 Kw 酸性酸性 Ka2 Kw/Ka1 Ka1 Ka2 Kw/Ka1 酸性酸性 Na2HPO4水溶液：水溶液：Na2HPO4 2Na+HPO42-HPO42-+H2O H3O+PO43-Ka=Ka3=1 10-13HPO42-+H2O H2PO4-+OH-Kb=Kw/Ka2=1.6 10-7 Ka3 Kw/Ka2 碱性碱性H2CO3 的的 Ka1=4.3 10-7，Ka2=5.6 10-11 NaHCO3水溶液水溶液:Ka2 Kw/Ka1 碱性碱性 H3O+计算公式的推导：计算公式的推导：H2A是二元弱酸（是二元弱酸（Ka1，Ka2），），NaHA的浓度的浓度CNaHA Na+HA HA-的初始浓度为的初始浓度为C HA-+H2O H3O+A2-Ka=Ka2 HA-+H2O H2A +OH-Kb=Kw/Ka1 H2O+H2O H3O+OH-Kw=H3O+OH-物料平衡：物料平衡：C=HA-+H2A +A2-电荷平衡：电荷平衡：H3O+Na+=HA-+2A2-+OH-Na+=C=HA-+H2A+A2-代入电荷平衡式得：代入电荷平衡式得：H3O+H2A =A2-+OH-(*)由由Ka=Ka2=H3O+A2-/HA-得：得：A2-=Ka2HA-/H3O+由由Kb=Kw/Ka1=OH-H2A/HA-=KwH2A/(H3O+HA-)得：得：H2A=H3O+HA-/Ka1或或直直接接由由Ka1的的定定义义可可得得：H2A=H3O+HA-/Ka1将将A2-的的表表达达式式，H2A 的的表表达达式式以以及及OH-=Kw/H3O+代入等式代入等式(*),可得：可得：CHA-HA-(CHA-不是太小不是太小)精确表达式：精确表达式：近似式近似式（Ka2C 20Kw，C 20Ka1）（Ka2C 20Kw）近一步近似：近一步近似：（C 20Ka1）最简式最简式例例7：计算：计算0.10 mol/L NaHCO3溶液中各组分的浓度？溶液中各组分的浓度？已知：已知：H2CO3 的的 Ka1=4.3 10-7、Ka2=5.6 10-11NaHCO3 Na+HCO3-Na+=0.10 mol/L,HCO3-的初始浓度为的初始浓度为0.10 mol/L (1)HCO3-+H2O H3O+CO32-Ka=Ka2(2)HCO3-+H2O OH-+H2CO3 Kb=Kw/Ka1物料平衡：物料平衡：C=HCO3-+CO32-+H2CO3 (3)由由(1)得：得：Ka2=CO32-H3O+/HCO3-于是，于是，CO32-=Ka2HCO3-/H3O+由由(2)得：得：Kw/Ka1=H2CO3OH-/HCO3-=H2CO3Kw/(H3O+HCO3-)于是，于是，H2CO3=H3O+HCO3-/Ka1或者直接由或者直接由Ka1的定义得的定义得H2CO3=H3O+HCO3-/Ka1将将CO32-,H2CO3的表达式代入的表达式代入(3)得：得：CO32-=Ka2HCO3-/H3O+=1.1 10-3(mol/L)H2CO3=H3O+HCO3-/Ka1=1.1 10-3(mol/L)OH-=Kw/H3O+=2.0 10-6(mol/L)问题：问题：NaH2PO4水溶液的浓度水溶液的浓度C，H3O+=?NaH2PO4 Na+H2PO4-H2PO4-+H2O H3O+HPO42-Ka=Ka2 H2PO4-+H2O H3PO4 +OH-Kb=Kw/Ka1 H3PO4 Ka1 Ka2 Ka3问题：问题：Na2HPO4水溶液的浓度水溶液的浓度C，H3O+=?Na2HPO4 2Na+HPO42-HPO42-+H2O H3O+PO43-Ka=Ka3 HPO42-+H2O H2PO4-+OH-Kb=Kw/Ka2 近似式近似式（Ka3C 20Kw，C 20Ka2）（Ka3C 20Kw）近一步近似：近一步近似：（C 20Ka2）最简式最简式解解:NaHSO4 Na+HSO4-(完全电离完全电离)HSO4-(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+SO42-(aq)平衡平衡 0.1 x x x 例例8：P.324/例例12 2HSO4-的水溶液只能作为弱酸，不能作为酸式盐！的水溶液只能作为弱酸，不能作为酸式盐！5.4.氨基酸及其等电点氨基酸及其等电点 COOH：羧基；：羧基；NH2：胺基：胺基氨基酸氨基酸Ka2：NH3+的解离常数的解离常数Ka1：COOH的解离常数的解离常数+H2OH3O+Ka=Ka2 (Ka2:NH3+的解离常数的解离常数)+H2OOH-+推导：推导：Kb=Kw/Ka1 (Ka1:COOH的解离常数的解离常数)氨基酸相当于酸碱两性物质！氨基酸相当于酸碱两性物质！取最简式：取最简式：氨基酸的等电点氨基酸的等电点 I.P.（Isoelectric Point):电中性的氨基电中性的氨基酸水溶液的酸水溶液的pH值值 例例9：计算：计算0.10 mol/L 氨基乙酸溶液的氨基乙酸溶液的pH值。值。已知：已知：Ka1=4.5 10-3、Ka2=1.7 10-10 I.P.=-lgH3O+=(-lgKa1-lgKa2)/2=(pKa1+pKa2)/2pH=-lgH3O+=-(lgKa1+lgKa2)/2 =-(lg(4.5 10-3)+lg(1.7 10-10)/2=6.06在在pH 6.06的水溶液中，氨基乙酸带负电荷的水溶液中，氨基乙酸带负电荷有些氨基酸的侧基有些氨基酸的侧基-R上带有能给出质子的官能团，如：上带有能给出质子的官能团，如：这这些些氨氨基基酸酸的的质质子子化化产产物物是是三三元元酸酸H3A+，它它们们有有三三个个离离解解常常数数：Ka1，Ka2和和Ka3(Ka1 Ka2 Ka3)。因因为为这这些些氨氨基基酸酸的的第第一一级级离离解解产产物物就就是是不不带带电电荷荷的的两两性性品品种种H2A，所以这类氨基酸的等电点也是：，所以这类氨基酸的等电点也是：I.P.=(pKa1+pKa2)/2半胱氨酸半胱氨酸 H2A+H2OH3O+HA-Ka=Ka2H2A+H2OOH-+H3A+推导：推导：取最简式：取最简式：Kb=Kw/Ka1P351/表表12-9：半胱氨酸：半胱氨酸I.P.=(pKa1+pKa2)/2=(1.96+8.18)/2=5.07 I.P.=-lgH3O+=(pKa1+pKa2)/2有一些氨基酸的侧基有一些氨基酸的侧基-R上带有能接受质子的上带有能接受质子的N原子，如原子，如:这这些些氨氨基基酸酸可可以以在在水水溶溶液液中中接接受受二二个个质质子子，它它们们的的质质子子化化产产物物也也是是三三元元酸酸H3A2+，也也有有三三个个离离解解常常数数：Ka1，Ka2和和Ka3(Ka1 Ka2 Ka3)。但但是是H3A2+的的第第一一级级离离解解产产物物是是带带正正电电荷荷的的两两性性品品种种H2A+，第第二二级级离离解解产产物物才是不带电荷的两性品种才是不带电荷的两性品种HA。所以它们的等电点是：。所以它们的等电点是：I.P.=(pKa2+pKa3)/2赖氨酸赖氨酸HA+H2OH3O+A-Ka=Ka3HA+H2OOH-+H2A+推导：推导：取最简式：取最简式：Kb=Kw/Ka2P351/表表12-9：赖氨酸：赖氨酸I.P.=(pKa2+pKa3)/2=(8.95+10.53)/2=9.74 I.P.=-lgH3O+=(pKa2+pKa3)/2作业：作业：P334：2(HF,Ka=6.6 10-4;HNO2,Ka=4.6 10-4)P346：1，3，P347:4 3：H2CO3，Ka1=4.3 10-7，Ka2=4.8 10-11 4：P319/表表12-4H3PO4的的 Ka1=7.5 10-3、Ka2=6.2 10-8、Ka3=2.0 10-13
