第六章酸碱平衡与酸碱滴定法19133.ppt

第六章酸碱平衡与酸碱滴定法19133共共轭酸碱酸碱对：酸酸酸酸 给出质子后余下的那部分就给出质子后余下的那部分就给出质子后余下的那部分就给出质子后余下的那部分就 是它的共轭碱是它的共轭碱是它的共轭碱是它的共轭碱碱承受质子后就成为它的共轭酸碱承受质子后就成为它的共轭酸碱承受质子后就成为它的共轭酸碱承受质子后就成为它的共轭酸注意：注意：注意：注意：质子理论中质子理论中无盐的概念无盐的概念无盐的概念无盐的概念，电离理论中的盐，在质，电离理论中的盐，在质子理论中都是离子酸或离子碱，如子理论中都是离子酸或离子碱，如NH4Cl中的中的是是离子酸，离子酸，Cl是离子碱是离子碱.2023/4/162酸碱反响的本酸碱反响的本质：两个酸碱半反响也称共轭酸碱对间的质子传递过程两个酸碱半反响也称共轭酸碱对间的质子传递过程共轭酸碱对的半反响不能单独存在，完好的反响应写成：共轭酸碱对的半反响不能单独存在，完好的反响应写成：酸酸(1)碱碱(2)酸酸(2)碱碱(1)HCl酸酸(1)H2O碱碱(2)酸碱中和反响酸碱中和反响酸的电离反响酸的电离反响酸酸(2)碱碱(1)2023/4/163酸碱的酸碱的强度：度：容易给出质子的酸是容易给出质子的酸是强酸，反之为弱酸强酸，反之为弱酸酸越强，其共轭碱越酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭弱；碱越强，其共轭酸越弱酸越弱例如：酸性：例如：酸性：HClHAc；碱性：；碱性：Cl-Ac-反响总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的酸和碱反响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展的方向进展例如：例如：反响反响对同一种酸在不同的溶剂中由于溶剂承受质子才能不同对同一种酸在不同的溶剂中由于溶剂承受质子才能不同而显示出不同的酸性。而显示出不同的酸性。例如：例如：HAc在水中表现为弱酸，而在液氨中表现为强酸在水中表现为弱酸，而在液氨中表现为强酸2023/4/164二、水的质子自递反响和溶液的酸碱性二、水的质子自递反响和溶液的酸碱性水合氢离子水合氢离子水的水的质子自子自递反响反响H3O+常简写为常简写为H+2023/4/165溶液的酸碱性溶液的酸碱性酸的浓度：酸性物质的物质的量浓度酸的浓度：酸性物质的物质的量浓度酸的浓度：酸性物质的物质的量浓度酸的浓度：酸性物质的物质的量浓度c c(或称分析浓度或称分析浓度或称分析浓度或称分析浓度)；酸的强度：酸给出酸的强度：酸给出酸的强度：酸给出酸的强度：酸给出H+H+才能的大小；才能的大小；才能的大小；才能的大小；酸度：溶液中酸度：溶液中酸度：溶液中酸度：溶液中H+H+的浓度，严格地说是的浓度，严格地说是的浓度，严格地说是的浓度，严格地说是指指指指H+H+的活度。的活度。的活度。的活度。溶液酸碱度的表示法溶液酸碱度的表示法pH=-lgc(H+)pOH=-lgc(OH-)pH+pOH=pKw=14pH7，碱性碱性2023/4/166pH计测定计测定pH值值三、共轭酸碱对的三、共轭酸碱对的 和和 关系关系(1)NH4+H2ONH3+H3+O(2)NH3+H2ONH4+OH-(1)+(2):2023/4/167 多元弱酸：多元弱酸：2023/4/168例例1 1：298K时时,H2S水溶液的水溶液的=1.310-7=7.110-15，求：求：S2-的的和和。解：解：同理可得：同理可得：2023/4/169第二节第二节 酸度对弱酸碱溶液中酸度对弱酸碱溶液中各型体分布的影响各型体分布的影响一、酸度对一元弱酸碱水溶液中各型体分布的影响一、酸度对一元弱酸碱水溶液中各型体分布的影响设一元弱酸设一元弱酸HA的分析浓度为的分析浓度为c,解离后溶液中的型体为解离后溶液中的型体为HA,AHA,A-2023/4/1610pH越越大大大大，(HA)越越小小小小pH越越小小小小，(A-)越越小小小小什么时候什么时候(HA)(A-)？HAc的型体分布图的型体分布图2023/4/1611NH3分布系数计算公式：分布系数计算公式：2023/4/1612二、酸度对多元弱酸碱水溶液中各种型体分布的影响二、酸度对多元弱酸碱水溶液中各种型体分布的影响 以以H2A为例：为例：2023/4/1613pHpKa1，H2A为主为主pKa1pHpKa2HA-为主为主pHpKa2，A2-为主为主2023/4/1614三元弱酸三元弱酸H3A2023/4/16152023/4/1616第三节第三节 酸碱水溶液中酸度的计算酸碱水溶液中酸度的计算 一、质子条件式一、质子条件式PBE溶液中溶液中得失质子得失质子得失质子得失质子的数目的数目相等相等相等相等 根据：根据：先选零水准先选零水准 大量存在大量存在 参与质子转移的物质参与质子转移的物质 书写质子条件式书写质子条件式 等式左边等式左边得质子后产物得质子后产物 等式右边等式右边失质子后产物失质子后产物 有关浓度项前乘上得失质子数有关浓度项前乘上得失质子数 根据质子得失相等原那么列出质子条件根据质子得失相等原那么列出质子条件式式 步步骤2023/4/1617例：例：HAc水溶液水溶液零水准零水准HAcAc-H2OH3O+(H+)H+H+OH-H+H2C2O4水溶液水溶液零水准零水准H2C2O4H2OH3O+(H+)H+2H+OH-H+HC2O4-C2O42-H+2023/4/1618共轭体系零水准只要写出一个：共轭体系零水准只要写出一个：HAc(c1),NaAc(c2)选择选择选择选择HAcHAc和和和和HH2 2OO为零水准：为零水准：为零水准：为零水准：零水准零水准HAcH2OH+OH-Ac-H+H3O+(H+)H+选择选择选择选择AcAc-和和和和HH2 2OO为零水准：为零水准：为零水准：为零水准：零水准零水准Ac-H2OOH-H+H3O+(H+)H+HAcH+2023/4/1619二、酸碱水溶液中酸度的计算二、酸碱水溶液中酸度的计算强酸碱水溶液：酸碱水溶液：强酸：强酸：HA分析浓度：分析浓度：c质子条件式：质子条件式：c(H+)=c(OH-)+c当当c 10-6molL-1或或c2(H+)20：强碱：强碱：BOH分析浓度：分析浓度：c质子条件式：质子条件式：c(OH-)=c+c(H+)2023/4/1620一元弱酸碱水溶液：一元弱酸碱水溶液：弱酸：弱酸：HA分析浓度：分析浓度：c 质子条件式：质子条件式：质子条件式：质子条件式：c(H+)=c(OH-)+c(A-)转换成转换成转换成转换成c c(H(H+)和零水准物质和零水准物质和零水准物质和零水准物质(HA)HA)的平衡浓度的平衡浓度的平衡浓度的平衡浓度2023/4/1621 转换成一元弱酸的分析浓度转换成一元弱酸的分析浓度转换成一元弱酸的分析浓度转换成一元弱酸的分析浓度:近似处理近似处理近似处理近似处理:忽略水的解离忽略水的解离c(HA)=c c(A-)c c(H+)2023/4/1622忽略水的解离，忽略水的解离，c(HA)=cc(A-)c一元弱碱溶液：一元弱碱溶液：2023/4/1623例例3:计算分析浓度计算分析浓度c=0.20molL-1一氯乙酸一氯乙酸(CH2ClCOOH)水溶液的水溶液的pH，一氯乙酸的，一氯乙酸的=1.410-3。解：解：=0.20molL-11.410-3=2.8010-4用近似式进展计算：用近似式进展计算：c(c(HH+)=0.016molL=0.016molL-1-1pH=1.79pH=1.792023/4/1624例例4:计算分析浓度计算分析浓度c=0.040molL-1的一氯乙酸钠的一氯乙酸钠(CH2ClCOONa)水溶液的水溶液的pH。解：解：=5.310=5.310-7-7molLmolL-1-1pOH=6.28pH=14-6.28=7.72pOH=6.28pH=14-6.28=7.722023/4/1625多元弱酸碱水溶液多元弱酸碱水溶液忽略第二级解离，按一元弱酸处理忽略第二级解离，按一元弱酸处理例例5:5:计算分析浓度为计算分析浓度为0.10molL-1H2S水溶液的水溶液的pH。2023/4/1626解：解：按最简式进展计算：按最简式进展计算：=1.110=1.110-4-4molLmolL-1-1pH=3.96pH=3.962023/4/1627两性物两性物质水溶液水溶液酸式盐：酸式盐：酸式盐：酸式盐：NaHCO3，Na2HPO4，NaH2PO4，NaHC2O4弱酸弱碱盐：弱酸弱碱盐：弱酸弱碱盐：弱酸弱碱盐：NH4Ac两性物质：两性物质：NaHA分析浓度：分析浓度：c 质子条件式：质子条件式：质子条件式：质子条件式：c(H+)+c(H2A)=c(A2-)+c(OH-)转换成转换成转换成转换成c c(H(H+)和零水准物质和零水准物质和零水准物质和零水准物质(HAHA-)的平衡浓度的平衡浓度的平衡浓度的平衡浓度2023/4/1628c(HA-)cNaNa2 2HBHB型的水溶液型的水溶液型的水溶液型的水溶液HH+浓度的相应近似式为浓度的相应近似式为浓度的相应近似式为浓度的相应近似式为:2023/4/1629NHNH4 4AcAc型两性水溶液型两性水溶液型两性水溶液型两性水溶液HH+浓度的近似式：浓度的近似式：浓度的近似式：浓度的近似式：例例6:6:求求0.010molL-1NH4Ac水溶液的水溶液的pH。2023/4/1630解：解：=1.010=1.010-7-7molLmolL-1-1pH=7.00pH=7.002023/4/1631第四节第四节 影响酸碱平衡的因素影响酸碱平衡的因素 一、稀释作用一、稀释作用解离度解离度：=n已解离的电解质已解离的电解质n总总起始浓度起始浓度c00平衡时解离了平衡时解离了x平衡浓度平衡浓度c-x x x c-c c c 2023/4/1632弱酸：弱酸：5%1-1稀释定律稀释定律运用稀释定律时，必须是单独的一元弱酸碱体系，因运用稀释定律时，必须是单独的一元弱酸碱体系，因为只有此情况下平衡浓度为只有此情况下平衡浓度c=c(H3+O)=c(A-)。一元弱酸碱经稀释后，虽然解离度一元弱酸碱经稀释后，虽然解离度增大，但是溶液增大，但是溶液中的中的c(H+)或或c(OH-)不是升高了，而是降低了，这是因为不是升高了，而是降低了，这是因为稀稀释时释时增大的倍数总是小于溶液稀释的倍数。增大的倍数总是小于溶液稀释的倍数。2023/4/1633HAc2d甲基橙甲基橙少许少许NaAc固体固体二、同离子效应二、同离子效应在弱酸或弱碱溶液中，加在弱酸或弱碱溶液中，加入含有一样离子的电解质，入含有一样离子的电解质，解离度解离度减小。减小。起始浓度起始浓度c00平衡浓度平衡浓度c-H+H+H+红色红色参加参加NaAc:Ac-增大增大平衡左移：平衡左移：H+减小，减小，减小，酸度减小减小，酸度减小橙色橙色2023/4/1634例例7:7:计算：计算：(1)0.10molL-1HAc溶液的溶液的c(H+)和解离度和解离度；(2)假如在上述溶液中参加假如在上述溶液中参加NaAc，使其浓度也为，使其浓度也为0.10molL-1，那么溶液的，那么溶液的c(H+)和解离度和解离度又为多少？又为多少？:(HAc)=1.7610-5。解：解：(1)未参加未参加NaAc时，是单一的时，是单一的HAc体系体系=1.3%=1.3%c(H+)=0.10molL-11.3%=1.3101.310-3-3molLmolL-1-1(2)参加参加NaAc后：后：c(H+)c(A-)设：此时设：此时c(H+)为为xmolL-12023/4/1635初始浓度：初始浓度：0.0100.10平衡浓度：平衡浓度：0.10-xx0.10+x同离子效应同离子效应c(HAc)=(0.01x)molL-10.10 molL-1c(Ac)=(0.10+x)molL-10.10molL-1x=c(H+)=1.76101.7610-5-5molLmolL-1-1=1.76101.7610-4-42023/4/1636三、异离子效应盐效应三、异离子效应盐效应在弱酸或弱碱溶液中参加含有不一样离子的电解质，使弱酸在弱酸或弱碱溶液中参加含有不一样离子的电解质，使弱酸或弱碱的解离度或弱碱的解离度增大的现象，称为异离子效应盐效应。增大的现象，称为异离子效应盐效应。例：例：1L0.10molL-1HAc溶液：溶液：=1.3%参加参加0.10molNaCl后：后：=1.8%在发生同离子效应同时，总伴随着异离子效应在发生同离子效应同时，总伴随着异离子效应 但同离子效应往往比异离子效应大得多但同离子效应往往比异离子效应大得多 一般情况下主要考虑同离子效应一般情况下主要考虑同离子效应注意：注意：2023/4/1637第五节第五节 缓冲溶液缓冲溶液加少量酸或碱或稍加稀释，溶加少量酸或碱或稍加稀释，溶液的液的pH不易发生变化不易发生变化 缓冲溶液：冲溶液：2023/4/1638一、缓冲溶液的组成和作用原理一、缓冲溶液的组成和作用原理 由弱酸碱及其共轭碱酸组成由弱酸碱及其共轭碱酸组成例：例：HAc-Ac-HAc-Ac-，NH3-NH4+NH3-NH4+，H2CO3-HCO-3H2CO3-HCO-3，H2PO-4-HPO42-H2PO-4-HPO42-较高浓度的强酸或强碱溶液较高浓度的强酸或强碱溶液 两性物质水溶液两性物质水溶液例：例：NaH2PO4 NaH2PO4，Na2HPO4Na2HPO4组成：成：2023/4/1639pH加入加入0.010molHCl加入加入0.010molNaOHpHpHpHpH纯纯H2O7.002.005.0012.005.00NaCl水溶液水溶液7.002.005.0012.005.00HAc-NaAc混合混合水溶液水溶液4.744.650.094.830.09表表6-1 6-1 少量强酸、强碱对不同溶液少量强酸、强碱对不同溶液pHpH值的影响值的影响忽略体积变化的影响忽略体积变化的影响2023/4/1640作用原理：作用原理：NaAcNa+Ac-加强酸：加强酸：加强酸：加强酸：Ac-Ac-起抗酸作用，称为抗酸成分起抗酸作用，称为抗酸成分起抗酸作用，称为抗酸成分起抗酸作用，称为抗酸成分加强碱：加强碱：加强碱：加强碱：HAcHAc起抗碱作用，称为抗碱成分起抗碱作用，称为抗碱成分起抗碱作用，称为抗碱成分起抗碱作用，称为抗碱成分稀释：稀释：稀释：稀释：一方面降低了溶液的一方面降低了溶液的一方面降低了溶液的一方面降低了溶液的H+H+浓度，另一方面解离度增加，同浓度，另一方面解离度增加，同浓度，另一方面解离度增加，同浓度，另一方面解离度增加，同离子效应减弱，使平衡向增大离子效应减弱，使平衡向增大离子效应减弱，使平衡向增大离子效应减弱，使平衡向增大H+H+浓度的方向挪动，溶液的浓度的方向挪动，溶液的浓度的方向挪动，溶液的浓度的方向挪动，溶液的pHpH值值值值根本不变。根本不变。根本不变。根本不变。2023/4/1641二、缓冲溶液二、缓冲溶液pH的计算的计算以以以以HAc-NaAcHAc-NaAc缓冲溶液为例：缓冲溶液为例：缓冲溶液为例：缓冲溶液为例：开场：开场：c酸酸c碱碱平衡：平衡：c酸酸-xxc碱碱+x同离子效应：同离子效应：同离子效应：同离子效应：c(HAc)=c(弱酸弱酸)-c(H+)c(弱酸弱酸)c(Ac-)=c(共轭碱共轭碱)+c(H+)c(共轭碱共轭碱)2023/4/1642或：或：或：或：2023/4/1643例例8:在在20mL0.20molL-1氨水中，参加氨水中，参加20mL0.10molL-1HCl，求此混合液的，求此混合液的pH值。值。：NH3=1.7610-5解：解：HCl与与NH3反响生成反响生成NH4+NH4+和剩余的和剩余的NH3组成缓冲溶组成缓冲溶液液pH=9.25pH=9.252023/4/1644三、缓冲容量和缓冲范围三、缓冲容量和缓冲范围 缓冲容量冲容量1L缓冲溶液缓冲溶液pH值改变值改变1个单个单位时，所需参加一元强酸或一元强位时，所需参加一元强酸或一元强碱物质的量。碱物质的量。缓冲容量冲容量的影响因素的影响因素总浓度：总浓度：总浓度：总浓度：c(总总)=c(弱酸弱酸)+c(共轭碱共轭碱)或或=c(弱碱弱碱)+c(共轭酸共轭酸)缓冲比一定时缓冲比一定时,c(总总)，缓冲比：缓冲比：缓冲比：缓冲比：总浓度相等时总浓度相等时,缓冲比越接近缓冲比越接近1 2023/4/1645缓冲容量与总浓度的关系缓冲容量与总浓度的关系缓冲液缓冲液c总总/molL-1cAc-/molL-1cHAc/molL-1缓冲比缓冲比/molL-1pH-1I0.200.100.1010.44II0.0400.0200.02010.023缓冲容量与缓冲比的关系缓冲容量与缓冲比的关系缓冲液缓冲液cAc-/molL-1cHAc/molL-1缓冲比缓冲比c总总/molL-1/molL-1pH-1I0.0050.0951:190.100.011II0.0100.0901:90.100.021III0.0500.0501:10.100.058IV0.0900.0109:10.100.021V0.0950.00519:10.100.0112023/4/1646 缓冲范冲范围1:10c(酸酸):c(碱碱)10:1缓冲范围为：缓冲范围为：四、缓冲溶液的配制四、缓冲溶液的配制 步步骤：选择适宜的缓冲体系选择适宜的缓冲体系 缓冲溶液的缓冲溶液的pHpH值尽可能接近弱酸的值尽可能接近弱酸的 配制适宜的总浓度配制适宜的总浓度 一般总浓度控制在一般总浓度控制在0.10.11 molL-11 molL-1之间之间 计算出所需弱酸碱和共轭碱酸的量计算出所需弱酸碱和共轭碱酸的量 2023/4/1647例例9:欲配制欲配制pH=7.00的缓冲溶液，应选用的缓冲溶液，应选用HCOOH-HCOONa、Hac-NaAc、NaH2PO4-Na2HPO4和和NH3-NH4Cl中的哪一中的哪一缓冲对最适宜？缓冲对最适宜？解：解：所选缓冲对的所选缓冲对的应尽量靠近应尽量靠近7.00：(HCOOH)=3.75(HAc)=4.75(H3PO4)=7.20(NH4+)=9.25选择选择NaH2PO4Na2HPO4为缓冲对最适宜。为缓冲对最适宜。2023/4/1648例例10：配制配制1.0L，pH=9.80，c(NH3)=0.10molL-1的缓冲的缓冲溶液。需溶液。需6.0molL-1NH3H2O多少毫升和多少克固体多少毫升和多少克固体(NH4)2SO4？(NH4)2SO4摩尔质量为摩尔质量为132gmol-1。解：解：n(NH4+)=0.028molM(NH4)2SO4=0.028molL-1132gmol-1/2=1.8g1.8gV(NH3)=1.0L=0.017L0.017L即：称取即：称取1.8g固体固体(NH4)2SO4溶于少量水中，加入溶于少量水中，加入0.017L6.0molL-1NH3H2O，然后加水稀释至然后加水稀释至1L，摇匀即可。摇匀即可。2023/4/1649例例11：现有现有0.20molL-1的的HAc和和NaAc溶液。假设配制溶液。假设配制1000mlpH=5.0的缓冲溶液，问如何配制的缓冲溶液，问如何配制(=4.75)？n(HAc)/n(NaAc)=0.56设需设需0.20mol.L-1HAc为为xmln(HAc)=0.20 xn(NaAc)=0.20(1000-x)即即x/(1000-x)=0.56x=359ml，所以所以NaAc需需641ml。解：解：2023/4/1650五、缓冲溶液在生物科学中的意义五、缓冲溶液在生物科学中的意义人体液人体液(37)正常正常pH为为7.35-7.45。每人每天耗。每人每天耗O2600L,产生产生CO2酸量约合酸量约合2L浓浓HCl,除呼出除呼出CO2及肾排酸外及肾排酸外,归功于血液的缓归功于血液的缓冲作用。冲作用。血液中的缓冲对：血液中的缓冲对：血红蛋白血红蛋白血红蛋白血红蛋白:HHb-KHb 血浆蛋白血浆蛋白血浆蛋白血浆蛋白:HPr-NaPr 氧络血红蛋白氧络血红蛋白氧络血红蛋白氧络血红蛋白:HHbO2-KHbO2 磷酸盐磷酸盐磷酸盐磷酸盐:H2PO4-HPO42-碳酸盐碳酸盐碳酸盐碳酸盐:H2CO3-HCO3-c(CO2)溶解溶解=0.0012molL1c(HCO-3)=0.024molL1pH=7.40pH=7.402023/4/1651 人体血液中的缓冲比虽然超过人体血液中的缓冲比虽然超过1/101/1010/110/1的缓冲范围，但是仍的缓冲范围，但是仍能很好地维持血液的能很好地维持血液的pHpH值值7.357.357.457.45，其原因是血液为敞开，其原因是血液为敞开体系，抗酸、抗碱成分的消耗与补充，可由肺、肾的生理功能得体系，抗酸、抗碱成分的消耗与补充，可由肺、肾的生理功能得到及时的调节，其关系式表示如下：到及时的调节，其关系式表示如下：肺肺CO2+H2O肾肾2023/4/1652