酸碱平衡中有关浓度的计算 (2)幻灯片.ppt

1第1页，共52页，编辑于2022年，星期三2、分析浓度：、分析浓度：1升溶液中所含某种物质的物质量。升溶液中所含某种物质的物质量。即物质的总浓度。用即物质的总浓度。用c表示，单位表示，单位molL-13、平衡浓度：、平衡浓度：平衡状态时，溶液中溶质存在的各平衡状态时，溶液中溶质存在的各种型体的浓度。用种型体的浓度。用表示，单位表示，单位molL-1溶质各型体平衡浓度之和必等于其分析浓度溶质各型体平衡浓度之和必等于其分析浓度。例：例：HAc水溶液中水溶液中HAcH+Ac-cHAc=HAc+Ac-2第2页，共52页，编辑于2022年，星期三4、酸的浓度：、酸的浓度：酸的分析浓度。酸的分析浓度。酸度酸度：溶液中溶液中H+的浓度，常用的浓度，常用pH表示。表示。5、碱的浓度：、碱的浓度：碱的分析浓度。碱的分析浓度。碱度：溶液中碱度：溶液中OH-的浓度，常用的浓度，常用pOH表示。表示。3第3页，共52页，编辑于2022年，星期三二、酸碱溶液中各型体的分布二、酸碱溶液中各型体的分布分布系数：分布系数：溶液中某酸碱组分的平衡浓度占总浓溶液中某酸碱组分的平衡浓度占总浓 度的分数度的分数.符号符号 （delta）表示。表示。引入分布系数的意义：引入分布系数的意义：1计算溶液中各组分的平衡浓度；计算溶液中各组分的平衡浓度；2.了解酸度对溶液中酸或碱的各种存在形式的分布的影响规律，对了解酸度对溶液中酸或碱的各种存在形式的分布的影响规律，对掌握反应条件具有指导意义。掌握反应条件具有指导意义。分布曲线：分布曲线：分布系数分布系数与与pH间间的关系曲线。的关系曲线。4第4页，共52页，编辑于2022年，星期三例例：醋酸（醋酸（HAc）溶液，分析浓度为溶液，分析浓度为c溶液中存在两种形式：溶液中存在两种形式：HAc、Ac-，HAc、Ac-分别代表分别代表HAc和和Ac-的平衡浓度，的平衡浓度，HAc为为HAc的分布分的分布分数，数，Ac-为为Ac-的分布分数，则：的分布分数，则：1一元酸溶液一元酸溶液c=HAc+Ac-HAc Ac-+H+5第5页，共52页，编辑于2022年，星期三结论：分布分数与总浓度无关；随着结论：分布分数与总浓度无关；随着pHpH变化而变化变化而变化优势区优势区两种型体各占两种型体各占1/2；主要以主要以HAc形式存在，为形式存在，为HAc的优势区；的优势区；主要以主要以Ac-形式存在，为形式存在，为Ac-的优势区。的优势区。分布曲线：分布曲线：6第6页，共52页，编辑于2022年，星期三2 2、多元酸、多元酸在草酸溶液中存在：在草酸溶液中存在：三种形式，三种形式，则：则：以草酸溶液为例。以草酸溶液为例。设其总浓度为设其总浓度为c c mol/Lmol/L，C=分别表示 的分布分数，的分布分数，思考：一元弱碱溶液各型体的分布系数。（以思考：一元弱碱溶液各型体的分布系数。（以NH3为例为例)7第7页，共52页，编辑于2022年，星期三28第8页，共52页，编辑于2022年，星期三同理可以求得：同理可以求得：9第9页，共52页，编辑于2022年，星期三草酸解离常数草酸解离常数 酸度酸度 优势区优势区10第10页，共52页，编辑于2022年，星期三二元弱酸各种型体的平衡浓度的计算式二元弱酸各种型体的平衡浓度的计算式11第11页，共52页，编辑于2022年，星期三例例1；计算计算pH=5.0时，时，0.10mol/L草酸溶液中的草酸溶液中的浓度。浓度。12第12页，共52页，编辑于2022年，星期三如：磷酸如：磷酸 *三元酸三元酸13第13页，共52页，编辑于2022年，星期三1.1.物料平衡方程物料平衡方程(简称物料平衡简称物料平衡)MBE MBE 在一化学平衡体系中在一化学平衡体系中,某一给定物质的总浓度某一给定物质的总浓度,等于各有关型体等于各有关型体平衡浓度之和。平衡浓度之和。HAc +Ac-=cH3PO4+H2PO4-+PO43-=cH3PO4HAcNa2SO3SO32-+HSO3-+H2SO3=cNa+=2c三三 酸碱平衡体系的处理方法酸碱平衡体系的处理方法14第14页，共52页，编辑于2022年，星期三电中性原则电中性原则单位体积溶液中阳离子所带单位体积溶液中阳离子所带正正电荷的量应等电荷的量应等于阴离子所带于阴离子所带负负电荷的量。电荷的量。cmol/LNaCN溶液，存在下列反应溶液，存在下列反应电荷平衡电荷平衡H+Na+=OH-+CN-或 H+c=OH-+CN-2.2.电荷平衡方程电荷平衡方程(电荷平衡电荷平衡CBE)CN-H2O HCNOH15第15页，共52页，编辑于2022年，星期三2.2.电荷平衡方程电荷平衡方程(电荷平衡电荷平衡CBE)cmol/LCaCl2溶液，存在下列反应溶液，存在下列反应H+Ca2+=OH-+Cl-CaCa2+2+前面的系数前面的系数Ca2+有两个正电荷，设其浓度为有两个正电荷，设其浓度为1mol/L，而其结合的负电荷而其结合的负电荷的浓度应为的浓度应为2mol/L，因此因此Ca2+必须乘以必须乘以2。才能保持正。才能保持正负电荷浓度的平衡关系。负电荷浓度的平衡关系。216第16页，共52页，编辑于2022年，星期三酸碱反应中质子的平衡关系式称为质子条件。酸碱反应中质子的平衡关系式称为质子条件。解释：解释：酸碱反应的本质是质子的转移。当反应达到平衡时，酸碱反应的本质是质子的转移。当反应达到平衡时，酸失去酸失去的质子数与碱得到的质子数必然相等的质子数与碱得到的质子数必然相等。这种数量关系的数学表达。这种数量关系的数学表达式称为质子条件式式称为质子条件式(或质子等衡式或质子等衡式)，简写为，简写为PBE。3.3.质子平衡方程质子平衡方程（质子条件（质子条件PBE）（Proton balance equation 简写PBE）用用途途：质质子子条条件件是是处处理理酸酸碱碱平平衡衡的的基基本本关关系系，依依据据质质子子条条件件可可以以得到得到H+与其他组分与其他组分(酸碱组分酸碱组分)的关系式，从而导出的关系式，从而导出H+的计算式。的计算式。17第17页，共52页，编辑于2022年，星期三4.4.如何书写质子条件如何书写质子条件 两种方法：两种方法：一是通过物料平衡和电荷平衡结合写出；二是直接书写。一是通过物料平衡和电荷平衡结合写出；二是直接书写。、由物料平衡和电荷平衡结合写出由物料平衡和电荷平衡结合写出质子条件质子条件 例例1、cmol/LNaAc溶液的质子条件溶液的质子条件MBE：Na+=cAc-+HAc=cCBE：Na+H+=OH-+Ac-Na+=Ac-+HAc 有：有：Ac-+HAc+H+=OH-+Ac-整理：整理：PBE:HAc+H+=OH-18第18页，共52页，编辑于2022年，星期三如何知道写出的方程是质子条件？如何知道写出的方程是质子条件？、原始物质不包括在内、原始物质不包括在内、不参加质子传递的物质不介入、不参加质子传递的物质不介入例例2、c mol/LNa2CO3溶液溶液MBE :Na+=2c H2CO3+HCO3-+CO32-=cCBE:Na+H+=OH-+HCO3-+2 CO32-整理：整理：PBE:2H2CO3+HCO3-+H+=OH-19第19页，共52页，编辑于2022年，星期三依据：质子转移个数相等依据：质子转移个数相等得失质子数相等的原则得失质子数相等的原则。要点：要点：(1)、选取质子参考水准物质（选择零水准）：通常是溶液中大量、选取质子参考水准物质（选择零水准）：通常是溶液中大量存在并参与质子转移的物质。一般是存在并参与质子转移的物质。一般是原始的酸、碱组分和溶剂水原始的酸、碱组分和溶剂水分子。分子。(2)、与零水准比较，、与零水准比较，找出得失质子的组分找出得失质子的组分。(3)、根据得失质子数相等，列出等式。、根据得失质子数相等，列出等式。、由溶液中得失质子关系、由溶液中得失质子关系直接写出直接写出质子条件质子条件20第20页，共52页，编辑于2022年，星期三例例3、NaAcaq零水准：零水准：Ac-、H2O得质子产物：得质子产物：HAc、H3O+失质子产物：失质子产物：OH-HAc+H3O+=OH-或者：或者：H+=OH-HAc简化简化:HAc+H+=OH-21第21页，共52页，编辑于2022年，星期三简单的书写方式：简单的书写方式：得质子产物得质子产物零水准零水准失质子产物失质子产物+H+H+-H+HAcH3O+OH-HAc +H3O+=OH-得质子在左边得质子在左边 失质子在右边失质子在右边 注意：注意：Na+能否作为零水准？能否作为零水准？Na+是大量存在的原始物质，但是不参与质子转移，是大量存在的原始物质，但是不参与质子转移，不能选作零水准！不能选作零水准！PBE:22第22页，共52页，编辑于2022年，星期三例例4：Na2CO3agNa2CO32Na+CO32-CO32-+H2OHCO3-+OH-HCO3-+H2OH2CO3+OH-H2OH+OH-得质子产物得质子产物零水准零水准失质子产物失质子产物+H+2H+H+-H+HCO3-H2CO3H+OH-H+HCO3-+H2CO3=OH-PBE:CO32-注注意意系系数数：该该产产物物是是有有零零水水准准得得或或失失n个个质质子子所所得得，则则该该产产物物浓浓度度前前系系数为数为n（乘以乘以n）。）。223第23页，共52页，编辑于2022年，星期三 Na2 HPO4 2 Na+HPO42-H2OHPO42-+H+2H+-H+-H+H+H+H2PO4-H3PO4得质子产物得质子产物零水准零水准失质子产物失质子产物PBE：H+H2PO4-+H3PO4=OH-+PO43-OH-PO43-2例例5 5、写出、写出NaNa2 2HPOHPO4 4质子条件质子条件24第24页，共52页，编辑于2022年，星期三例6、写出NH4H2PO4ag质子条件（练习）NH4H2PO4 NH4+H2PO4-得质子产物得质子产物零水准零水准失质子产物失质子产物PBE:H+H3PO4=OH-+NH3+HPO42-+PO43-+H+H+H2OH2PO4-NH4+-H+-H+-2H+-H+OH-NH3HPO42-PO43-H+H3PO4225第25页，共52页，编辑于2022年，星期三 例7、写出HAc+H3BO3 ag的质子条件H2OHAcH3BO3-H+-H+-H+H+PBE:H+=OH-+Ac-+H2BO3-Ac-H2BO3-H+OH-H3BO3为一元弱酸为一元弱酸26第26页，共52页，编辑于2022年，星期三PBE H+=OH-+ca例例9cbmol/LNaOHag PBE H+cb =OH-例例10 camol/LHCl+HAcagPBE H+=OH-+Ac-+ca例例11cbmol/LNaOH+NaAcag 例例8、camol/LHClagPBE H+cb+HAc=OH-27第27页，共52页，编辑于2022年，星期三例例12c mol/LH2SO4aqH2OH2SO4HSO4-H+-H+-H+H+cSO42-PBE:H+=OH-+c+SO42-采用物料平衡和电荷平衡书写更容理解采用物料平衡和电荷平衡书写更容理解c =HSO4-+SO42-H+=OH-+HSO4-+2SO42-H+=OH-+c+SO42-物料平衡物料平衡电荷平衡电荷平衡两式相加得质子条件两式相加得质子条件相当于一个强相当于一个强酸和一个一元酸和一个一元弱酸的混合液弱酸的混合液H+OH-28第28页，共52页，编辑于2022年，星期三1.强酸溶液、强碱溶液的强酸溶液、强碱溶液的pH的计算的计算(1)强酸溶液强酸溶液一般认为强酸完全解离，酸的浓度即为一般认为强酸完全解离，酸的浓度即为H+。10-1.0mol/LHClaqH+=10-1.0mol/LpH=1.010-2.0mol/LHClaqH+=10-2.0mol/LpH=2.010-5.0mol/LHClaqH+=10-5.0mol/LpH=5.010-8.0mol/LHClaqH+=10-8.0mol/LpH=8.0pH=8.0的结果显然是不对的的结果显然是不对的因为纯水的因为纯水的pH=7.0，对于酸溶液即使浓度再稀也不对于酸溶液即使浓度再稀也不会出现会出现pH=7.0。问题出现在什么地方呢？问题出现在什么地方呢？四四 酸碱溶液酸碱溶液pHpH值的计算值的计算29第29页，共52页，编辑于2022年，星期三以以camol/LHCl推导精确式来分析原因。推导精确式来分析原因。HClH+Cl-H2OH+OH-PBE：H+=OH-+ca溶液中的溶液中的H+来源来自两部分来源来自两部分强酸的解离强酸的解离ca 水的解离水的解离OH-当溶液浓度很大当溶液浓度很大caOH-时，时，H+ca，忽略水解；忽略水解；当溶液浓度很低时，水解产生的当溶液浓度很低时，水解产生的H+不能忽略。不能忽略。30第30页，共52页，编辑于2022年，星期三推导推导H+=OH-+caH+=+ca 判据：判据：ca1.010-6mol/L时，用精确式；时，用精确式；ca 1.010-6mol/L时，用最简式时，用最简式H+=ca(2)强碱溶液强碱溶液pH如何计算？自己思考如何计算？自己思考,并推导并推导.31第31页，共52页，编辑于2022年，星期三例例1：3.010-7mol/LHCl溶液的溶液的pHpH-lgH+=6.487.0合理合理而不会出现而不会出现pH=8.0的现象了的现象了32第32页，共52页，编辑于2022年，星期三2.一元弱酸、弱碱溶液一元弱酸、弱碱溶液pH值的计算值的计算 以一元弱酸以一元弱酸HA溶液为例，总浓度为溶液为例，总浓度为cHA，PBE为：为：H+A-+OH-利用平衡常数式，将各项变成利用平衡常数式，将各项变成H+的函数：的函数：精确式 利用分布系数利用分布系数 HA，将将HAc HA代入上式得到一元三次方程：代入上式得到一元三次方程：33第33页，共52页，编辑于2022年，星期三近似处理近似处理 简化简化1：近似式：近似式KaHA 20 Kw时，时，Kw可忽略，即可忽略，即水的离解水的离解可以忽略；可以忽略；HAcA-cH+近似式近似式34第34页，共52页，编辑于2022年，星期三则则H+2=Kac最简式最简式简化简化2：最简式：最简式HAcA-cH+c 35第35页，共52页，编辑于2022年，星期三简化简化3 3：仅忽略酸的解离的近似式：仅忽略酸的解离的近似式对于极稀或极弱的酸，水的解离不能忽略对于极稀或极弱的酸，水的解离不能忽略,但由于但由于极稀或极弱的酸，其离解度很小极稀或极弱的酸，其离解度很小,可认为酸的离解可认为酸的离解对对 HAHA影响忽略不计。影响忽略不计。近似式近似式 判据：判据：36第36页，共52页，编辑于2022年，星期三例例2：计算：计算0.10mol/LHAc溶液的溶液的pH值。值。(Ka=1.810-5)故采用最简式计算故采用最简式计算 故：故：pH=2.87注意：注意：分清体系是酸还是碱分清体系是酸还是碱正确计算正确计算Ka和和Kb;判据与公式的使用判据与公式的使用要匹配。要匹配。37第37页，共52页，编辑于2022年，星期三例例3：计算：计算0.10mol/LNaAc溶液的溶液的pH值。值。故采用最简式计算故采用最简式计算 故：故：pOH=5.12则：则：pH=8.88注意：注意：分清体系是酸还是碱分清体系是酸还是碱正确计算正确计算Ka和和Kb判判据据与与公公式式的的使使用用要要匹匹配。配。38第38页，共52页，编辑于2022年，星期三3.多元酸、多元碱溶液多元酸、多元碱溶液pH值的计算值的计算以二元弱酸以二元弱酸H2A为例，设总浓度为为例，设总浓度为c(H2A)，PBE:H+=HA-+2A2-+OH-39第39页，共52页，编辑于2022年，星期三进一步简化成：进一步简化成：仅考虑二元酸的第一级离解，这实际上把二元酸作为一元酸处理。仅考虑二元酸的第一级离解，这实际上把二元酸作为一元酸处理。最简式最简式40第40页，共52页，编辑于2022年，星期三判据：41第41页，共52页，编辑于2022年，星期三例例4求求0.10mol/L草酸溶液的草酸溶液的pH值。值。pH=1.28解：草酸的解：草酸的Ka15.810-2；Ka26.410-5。42第42页，共52页，编辑于2022年，星期三4.混合酸溶液混合酸溶液pH值计算值计算以以HA+HB弱酸体系为例弱酸体系为例PBE:H+=OH-+A-+B-、两弱酸溶液的混合溶液、两弱酸溶液的混合溶液43第43页，共52页，编辑于2022年，星期三当两弱酸较弱时，可近似处理当两弱酸较弱时，可近似处理44第44页，共52页，编辑于2022年，星期三例5计算计算0.10mol/LHF和和0.20mol/LHAc混合溶液混合溶液的的pH值。值。解解:、弱酸和强酸的混合（自学）、弱酸和强酸的混合（自学）45第45页，共52页，编辑于2022年，星期三5.5.两性物质溶液两性物质溶液pHpH值的计算值的计算 两性物质在溶液中既起酸的作用，能给出质子；又起碱的作用，两性物质在溶液中既起酸的作用，能给出质子；又起碱的作用，能接受质子。如多元酸的酸式盐能接受质子。如多元酸的酸式盐NaHCO3，KH2PO4，Na2HPO4，NaHC2O4，弱酸弱减盐弱酸弱减盐NH4Ac等。等。(1)酸式盐酸式盐以以NaHA为例：为例：cmol/L质子条件式为：质子条件式为：H+H2AA2-+OH-精确式精确式46第46页，共52页，编辑于2022年，星期三47第47页，共52页，编辑于2022年，星期三例例6 6计算计算0.10mol/LNaHCO3溶液的溶液的pH值。值。48第48页，共52页，编辑于2022年，星期三计算浓度为0.010mol/L的Na2HPO4溶液的pH值。已知：解：将给定条件代入酸式盐溶液酸度计算公式得：（选做）例（选做）例 749第49页，共52页，编辑于2022年，星期三(2)(2)弱酸弱减盐如弱酸弱减盐如NHNH4 4AcAcPBE:H+HAc=OH-+NH350第50页，共52页，编辑于2022年，星期三(2)(2)弱酸弱碱盐如弱酸弱碱盐如NHNH4 4AcAc51第51页，共52页，编辑于2022年，星期三例7：计算浓度为0.10mol/L的NH4CN溶液的pH值。解：已知：52第52页，共52页，编辑于2022年，星期三