大学无机化学PPT课件溶液的酸碱性.ppt

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1、溶液的酸碱性溶液的酸碱性 5.1 酸碱理论酸碱理论5.2 弱酸弱碱的质子传递平衡弱酸弱碱的质子传递平衡5.3 酸碱质子传递平衡的移动酸碱质子传递平衡的移动5.4 缓冲溶液缓冲溶液5.5 酸碱指示剂酸碱指示剂5.1 酸碱理论酸碱理论5.1.1酸碱质子理论酸碱质子理论5.1.2 酸碱的电子理论简介酸碱的电子理论简介(自学自学)一、酸碱的定义一、酸碱的定义 酸碱的定义？阿伦尼乌斯的电离理论，能离解出酸碱的定义？阿伦尼乌斯的电离理论，能离解出H+和和OH-的物质，狭隘，初级，浅，表面，不能解释所有的物质，狭隘，初级，浅，表面，不能解释所有物质，如物质，如NH4Cl水溶液呈酸性。水溶液呈酸性。 （1）酸

2、：凡能）酸：凡能给出给出质子（质子（H+）的物质）的物质.（2）碱：凡能）碱：凡能接受接受质子（质子（H+）的物质）的物质. 酸酸 质子质子 + 碱碱 HCl H+ ClHAc H + AcH2CO3 H+ HCO3HCO3 H+ CO32NH4+ H+ NH3H3O+ H+ H2OH2O H+ OHAl(H2O)63+ H+ Al(H2O)5OH2+分子，分子， 分子，分子，阴、阳离子阴、阳离子 阴、阳离子阴、阳离子酸碱半反应酸碱半反应 注：注：如如H2O，HCO3既是既是酸又是碱，两性物质。酸又是碱，两性物质。盐也有酸碱性，如盐也有酸碱性，如Na2CO3，NH4Cl等。等。 红红蓝蓝互为共

3、轭互为共轭酸碱对！酸碱对！ 1. 酸碱反应的实质酸碱反应的实质 醋酸溶液中：醋酸溶液中： 酸碱半反应酸碱半反应1：HAc H+ + Ac 酸碱半反应酸碱半反应2：H+ + H2O H3O+ 酸酸1 碱碱1 碱碱2 酸酸2总反应：总反应：HAc + H2O H3O+ Ac 酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1 H+ 实质：两对共轭酸碱对之间的实质：两对共轭酸碱对之间的质子质子(H+)传递反应。传递反应。反应介质：水，非水溶剂或气相。反应介质：水，非水溶剂或气相。共轭酸碱对共轭酸碱对强酸弱碱，弱酸强碱强酸弱碱，弱酸强碱(1) 电离作用电离作用:HCl + H2O H3O+ + Cl 酸酸1 碱碱2 酸酸

4、2 碱碱1 H+ (2) 中和反应中和反应: H3O+ + OH H2O + H2O 酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1 H+ (3) 水解反应水解反应: H2O + Ac HAc + OH 酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1 H+ 酸碱质子理论的优点酸碱质子理论的优点与电离理论相比，与电离理论相比，扩大了酸和碱的范围扩大了酸和碱的范围。如如NH4Cl与与NaAc，在电离理论中认为是盐，而质子理，在电离理论中认为是盐，而质子理论认为论认为NH4Cl中的中的NH4+是酸，是酸， NaAc中的是中的是Ac-碱。碱。 酸碱反应是质子传递过程，符合这种要求的反应都酸碱反应是质子传递过程，符合这种要求的反应都可

5、划归为酸碱反应，从而可划归为酸碱反应，从而扩大了酸碱反应的范围扩大了酸碱反应的范围。 建立了酸碱强度和质子传递反应的辨证关系，把建立了酸碱强度和质子传递反应的辨证关系，把酸酸或碱的性质和溶剂的性质联系起来或碱的性质和溶剂的性质联系起来。如在水中是如在水中是弱酸，而在液氨中却是强酸；在水中是强酸，而在并醋弱酸，而在液氨中却是强酸；在水中是强酸，而在并醋酸中却是弱酸。酸中却是弱酸。2. 水的质子自递平衡水的质子自递平衡 H2O H+ + OH + H+ + H2O H3O+ H2O + H2O OH + H3O+OHOHOHOHk223 H2O可看成常数：可看成常数：离子积离子积Kw = H3O+

6、OH = H+OH， Kw与与T有关。有关。 25纯水，纯水，Kw110-14 mol/LL/mol101101k714w （1）离子积：）离子积：H+ = OH = （2）pH值：值：lg HpHlg OHpOH25时，时，pH +pOH = 14; pH 7 碱性碱性 体液体液pH体液体液pH血清血清成人胃液成人胃液婴儿胃液婴儿胃液唾液唾液7.357.450.91.55.06.356.85大肠液大肠液乳汁乳汁泪水泪水尿液尿液8.38.46.06.97.44.87.5二、二、 共轭酸碱的共轭酸碱的Ka、Kb与与Kw的关系的关系 HB + H2O H3O+ B B+ H2O OH+ HB H2

7、O + H2O OH + H3O+ OHHBBOHK23 HBBOHKa3 BOHHBKb Kw = H3O+OH Kw = Ka.Kb，即固定温度下，即固定温度下，Ka与与Kb成反比。成反比。 HB的解离：的解离： B离子的水解：离子的水解： 水的解离：水的解离： HB在水溶液中达到平衡时，离子的浓度只有一个。在水溶液中达到平衡时，离子的浓度只有一个。 【例【例 5-3 】已知】已知NH3的为的为Kb为为1.7910-5 ，试，试求求NH4+的的Ka。解：解：NH4+是是NH3的共轭酸的共轭酸, 故故:Ka = Kw / Kb= 1.00 10-14 / (1.7910-5 )= 5.59

8、10-10答：答： NH4+的的Ka为为5.59 10-10.三、酸碱的强度三、酸碱的强度通式：通式：BA = B+ABAABK 酸酸acid-Ka,实验平衡常数实验平衡常数碱碱base-Kb ,实验平衡常数实验平衡常数注意：注意：K只与物质的本性和温度只与物质的本性和温度T有关，与浓度无关。有关，与浓度无关。 aaKpKlg bbKpKlg Ka越大，越大，pKa就越小，酸性越强；就越小，酸性越强；Kb越大，越大，pKb就越小，碱性越强；就越小，碱性越强；四、酸碱的分类四、酸碱的分类(P96表表5-1)一元弱酸、弱碱一元弱酸、弱碱多元弱酸、弱碱多元弱酸、弱碱两性物质两性物质5.2 弱酸弱碱的

9、质子传递平衡弱酸弱碱的质子传递平衡5.2.1 一元弱酸、弱碱的质子传递平衡一元弱酸、弱碱的质子传递平衡5.2.2 多元弱酸、弱碱的质子传递平衡多元弱酸、弱碱的质子传递平衡5.2.3 两性物质的质子传递平衡两性物质的质子传递平衡一元弱酸或弱碱的质子传递平衡一元弱酸或弱碱的质子传递平衡 一、一、 一元弱酸的质子传递平衡一元弱酸的质子传递平衡例：试计算浓度为例：试计算浓度为C的弱酸的弱酸HA水溶液的水溶液的H+。解一：解一： (1) 忽略水的质子自递平衡，则：忽略水的质子自递平衡，则： HA H+ + A 起始浓度：起始浓度：C 0 0电离浓度：电离浓度：H+ H+ H+ 平衡浓度：平衡浓度：CH+

10、 H+ H+ 2 HCHHAAHKa02 KaCHKaHKaCKaKaH 422. (2) 当当C/Ka400时，时， Kw时，忽略水的质子传递平衡：时，忽略水的质子传递平衡：CKKKOHbbb 422(2) 当当C/Kb 400，即，即 Kw，C/Ka = 5.7103 400。LmolKaCH/1032. 110. 01074. 135 pH = -lgH+ = -lg (1.3210-3) = 2.88 %32. 110. 01074. 15 CKa 【例【例 5-5】 计算计算0.100 molL-1 NaAc溶液的溶液的pH值。值。= 7.58 10-6 molL-1 解：解： 已知

11、已知Ka(HAc) = 1.7410-5 ， Kb(Ac-) = Kw / Ka(HAc) =1.010-14/(1.7410-5) = 5.75 10-10 Kb Kw , c /Kb = 0.10 / (5.75 10-10) 400, 则：则：所以，所以，pH = 8.88H+ = Kw/OH- = 1.00 10-14/ (7.58 10-6) = 1.32 10-9 molL-1 100. 01075. 510 CKOHb【例【例 5-6】计算】计算0.10 mol/L一氯乙酸一氯乙酸(CH2ClCOOH)溶液的溶液的pH值。值。解：解： 查表得查表得Ka(HA) = 1.4010-

12、3，C = 0.10 mol/L。Ka Kw，C/Ka = 1.40102 Kw（忽略水的质子平衡）（忽略水的质子平衡）(2) Ka1 Ka2，C/Ka1 400，作一元酸处理：，作一元酸处理：CKaH 1(3) 多元弱碱与多元弱酸同理。多元弱碱与多元弱酸同理。【例【例 5-7】计算计算0.10 molL-1 H2S溶液溶液(饱和浓度饱和浓度)的的H+和和S2-以及以及H2S的电离度。的电离度。解：解：HS- H+ + S2- H2S H+ + HS-Ka1 = 1.32 10-7 Ka2 = 7.10 10-15 由于由于Ka1 Ka2，C/Ka1 400，则作一元酸处理：，则作一元酸处理：

13、LmolCKaH/101 . 110. 01032. 1471 %11. 010. 0101 . 14 CH 1014. 11014. 1242422 SSHSSHKa因为第二步电离很少，因为第二步电离很少，H+HS-：S2- + H2O HS- + OH- Kb1= 1.41 Kb2= 7.58 10-8 HS- + H2O H2S + OH- HS- H+ + S2- H2S H+ + HS-Ka1 = 1.32 10-7 Ka2 = 7.10 10-15 多元弱酸、弱碱中共轭酸碱多元弱酸、弱碱中共轭酸碱Ka和和Kb的关系的关系5.2.3 两性物质的质子传递平衡两性物质的质子传递平衡1.

14、两性阴离子溶液，如两性阴离子溶液，如HCO3-,H2PO4-, HPO42-等离子。等离子。当当Ka2C20Kw，C20Ka1时，有最简式：时，有最简式：21KaKaH 例：例：NaHCO3溶液溶液HCO3 H+ + CO32 HCO3 + H2O H+ + H2CO3 Kb2 = 2.33 10-8 Ka2 = 5.61 10-11 91171016. 51061. 5107 . 4 HpH = 8.832. 由弱酸和弱碱组成的两性物质溶液，如由弱酸和弱碱组成的两性物质溶液，如NH4Ac等。等。3. 氨基酸型两性物质溶液：通式：氨基酸型两性物质溶液：通式：NH3+ . CHR. COO-。当

15、当Ka阳阳C20Kw，C20Ka阴阴时，有最简式：时，有最简式：阴阴阳阳KaKaH 同理于弱酸弱碱组成的两性物质溶液。同理于弱酸弱碱组成的两性物质溶液。5.3 酸碱质子传递平衡的移动酸碱质子传递平衡的移动5.3.1 同离子效应同离子效应5.3.2 盐效应盐效应5.3.1 同离子效应同离子效应HAc + H2O H3O+ + Ac-Ac + Na+ NaAcHAcAcOHKa3 平衡向左移动平衡向左移动定义：这种在弱酸或弱碱的水溶液中，加入与弱酸或定义：这种在弱酸或弱碱的水溶液中，加入与弱酸或弱碱含有弱碱含有相同的离子相同的离子的的易溶性强电解质易溶性强电解质，使弱酸或弱，使弱酸或弱碱的碱的解离

16、度降低解离度降低的现象。的现象。一定温度时的醋酸稀溶液中：一定温度时的醋酸稀溶液中：CKa 降低降低CKaH 降低降低解解: C0=0.10molL-1,C Ac-= 0.10molL-1, Ka = 1.7410-5 :【例【例5-8】 在在0.10molL-1HAc溶液中加入固体溶液中加入固体NaAc，使其浓度为使其浓度为0.10molL-1 (设溶液体积不变设溶液体积不变)，计算溶液，计算溶液的的H+和电离度。和电离度。起始浓度：起始浓度：0.10 0 0.10解离浓度：解离浓度：H+ H+ H+平衡浓度：平衡浓度：0.10-H+ H+ 0.10+H+ HAc H+ + Ac 0.100

17、.10HAcAcHKa H+ = Ka HAc/Ac- = 1.74 10-5 0.10 / 0.10 = 1.74 10-5 molL-1 = H+/ C0 = 1.74 10-5 / 0.10 = 1.74 10-4 = 0.0174%【例【例5-9】 在在0.10molL-1HCl溶液中通入溶液中通入H2S至饱和，至饱和，求溶液中的求溶液中的S2-。解：解：H+=0.10molL-1，H2S= 0.10molL-1，设设S2-= xH2S 2H+ + S2-起始浓度：起始浓度：0.10 0.10 0电离浓度：电离浓度： x 2x x平衡浓度：平衡浓度：0.10-x 0.10-2x x0.

18、100.1010. 010. 0222xHSSHK = Ka1 .Ka2=9.23 10-22x = 9.23 10-21 molL-15.3.2 盐效应盐效应 若在若在HAc溶液中加入不含相同离子的强电解质溶液中加入不含相同离子的强电解质如如NaCl,，则因离子强度增大，溶液中离子之间的，则因离子强度增大，溶液中离子之间的相互牵制作用增大，使相互牵制作用增大，使HAc的的解离度略有增大解离度略有增大，这，这种作用称为盐效应。种作用称为盐效应。 例如例如 在在0.10molL-1 HAc溶液中加入溶液中加入NaCl使其浓度使其浓度为为0.10molL-1 ，则溶液中的，则溶液中的H+由由1.3

19、210-3molL-1 1.8210-3molL-1 ，HAc的解离度由的解离度由1.32%1.82%。 产生同离子效应时，必然伴随有盐效应，但同离产生同离子效应时，必然伴随有盐效应，但同离子效应的影响比盐效应要大得多，所以一般情况下，子效应的影响比盐效应要大得多，所以一般情况下，不考虑盐效应液不会产生明显影响。不考虑盐效应液不会产生明显影响。5.3.3 浓度对平衡移动的影响浓度对平衡移动的影响弱酸弱酸HB在水中的质子自递平衡为在水中的质子自递平衡为HB + H2O H3O+ + B-平衡建立后，若平衡建立后，若CHB，则平衡被破坏，向着，则平衡被破坏，向着HB解离的解离的方向移动，即方向移动

20、，即CH3O+ 和和CB- 。CKaH 而电离度而电离度的变化呢？的变化呢？不同浓度不同浓度HAc的的 和和H+c/(molL-1 ) (%)H+/(molL-1 )0.0202.955.90 10 40.1001.321.32 10 30.2000.9321.86 10 -3CKaCH 增大增大增大增大减小减小减小减小影响平衡移动的因素影响平衡移动的因素H+电离度电离度起始浓度起始浓度同离子效应同离子效应盐效应盐效应5.4 缓冲溶液缓冲溶液5.4.1 缓冲溶液的定义缓冲溶液的定义5.4.2 缓冲作用原理缓冲作用原理5.4.3 缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算值的计算5.4.4 缓冲溶液的选择和配

21、制缓冲溶液的选择和配制M2+ + H2Y MY + 2H+反应条件反应条件: pH= 6.5-7.5起始浓度：起始浓度：0.010 0.010 0 0 mol/L 消耗浓度：消耗浓度：0.005 0.005 0.005 0.010 mol/LpH=lgCH+ = lg 0.01 = 2 随着反应的进行，氢离子浓度不断增大，随着反应的进行，氢离子浓度不断增大，pH值减小，超出反应条件，从而反应无法进行。值减小，超出反应条件，从而反应无法进行。5.4.1 缓冲溶液的定义缓冲溶液的定义1号溶液号溶液 2号溶液号溶液未加酸碱时的未加酸碱时的pH值值7.004.75加入加入0.010 mol HCl后的

22、后的pH值值2.004.66加入加入0.010 mol NaOH后的后的pH值值12.004.84注：注：1号溶液：号溶液：1L浓度为浓度为0.10 mol/L 的的NaCl溶液。溶液。2号溶液：号溶液：1L浓度为浓度为0.10 mol/L HAc和和0.10 mol/L NaAc的混合溶液。的混合溶液。1. 缓冲溶液：能抵抗外来少量强酸、强碱或缓冲溶液：能抵抗外来少量强酸、强碱或 稍加稀释，而保持其稍加稀释，而保持其pH值基本不值基本不 变的溶液。变的溶液。 2. 缓冲溶液的分类：缓冲溶液的分类：(1) 强酸或强碱溶液强酸或强碱溶液(2) 由共轭酸碱对组成的溶液。由共轭酸碱对组成的溶液。例：

23、例：NaAc-HAc、NH3-NH4Cl和和Na2HPO4-NaH2PO4Na2CO3-NaHCO35.4.2 缓冲作用原理缓冲作用原理HAc H+ + Ac NaAc Na+ + Ac (1) 加入少量强酸时：加入少量强酸时： 平衡左移，消耗平衡左移，消耗H+，使，使H+变化不明显变化不明显(2) 加入少量强碱时：加入少量强碱时： 平衡右移，补充消耗的平衡右移，补充消耗的H+，使，使H+变化不明显。变化不明显。(3) 稀释时：稀释时： H+降低，降低，Ac 降低，降低， HAc 增大增大 电离产生电离产生 H+。H+ + Ac HAcH+ OH H2O 抗酸抗酸 抗碱抗碱 抗稀释抗稀释HA

24、H+ + A 起始浓度：起始浓度：Ca 0 Cb mol/L 电离浓度：电离浓度：x x x mol/L平衡浓度：平衡浓度：Ca x x Cbx mol/Lx很小，很小，HA = Ca xCa, A = Cbx Cb abCCpKapHlg abCxCKa baaCKCHx 两边取负对数得：两边取负对数得：-lgH+ = -lgKa + lgabCC5.4.3 缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算值的计算缓冲缓冲比比【例【例5-8】 在在0.10molL-1HAc溶液中加入固体溶液中加入固体NaAc，使其浓度为使其浓度为0.10molL-1 (设溶液体积不变设溶液体积不变)，计算溶液，计算溶液的的H+

25、和电离度。和电离度。解解: Ca 0.10molL-1, C b 0.10molL-1 , pKa = 4.75：abCCpKapHlg 10. 010. 0lg75. 4 = 4.75H+ = 1.74 10-5 molL-1 = H+/ Ca = 1.74 10-5 / 0.10 = 1.74 10-4 = 0.0174%【例【例5-9】用】用0.067 mol/L KH2PO4和和0.067 mol/L Na2HPO4两种溶液配成两种溶液配成pH近似为近似为6.80的缓冲溶液的缓冲溶液100ml，问需取上述溶液各多少毫升？，问需取上述溶液各多少毫升？解：H2PO4-HPO4 2-互为共轭

26、酸碱对；互为共轭酸碱对；pKa =7.21，pH =6.80:CaCb 0.067 mol/L ,Va + Vb =100 ml; abccpKapHlg abaabbVVCVCVlg21. 7100/ 100/ lg21. 780. 6 41. 010 abVVVa + Vb =100Va(H2PO4) = 72mlVb(HPO4 2) = 28mlNotes：(1) 缓冲溶液的缓冲溶液的pH与与Ka、温度、温度T有关；有关；(2) Ka一定时，一定时，pH随缓冲比改变；随缓冲比改变；(3) 当缓冲比值固定时，当缓冲比值固定时， Cb + Ca总浓度越大，缓冲能总浓度越大，缓冲能力越大。力越

27、大。(4) 当当C总总固定时，缓冲比越接近固定时，缓冲比越接近1 ，缓冲能力越大。，缓冲能力越大。(5) 稀释时，若缓冲比不变，稀释时，若缓冲比不变，pH值则不变。但离子值则不变。但离子强度强度I变化。变化。（5）缓冲范围）缓冲范围 当缓冲比当缓冲比10:1或或10:1时时1pKaCClgpKapH 酸酸碱碱1:10时时1pKaCClgpKapH 酸酸碱碱例：例：HAcNaAc，pKa4.74，pH3.745.74。1. 选择合适的缓冲对：选择合适的缓冲对： a. pH与与pKa接近接近 b. 物质应该稳定，无毒，不会发生反应。例：物质应该稳定，无毒，不会发生反应。例：H2CO3-Na2CO3

28、不稳定；硼酸硼酸盐，有毒。不稳定；硼酸硼酸盐，有毒。2. 总浓度：总浓度：0.050.20 mol/L 浓度太低：缓冲容量小。浓度太低：缓冲容量小。 浓度太高：离子强度，渗透压大，浪费试剂。浓度太高：离子强度，渗透压大，浪费试剂。3. 计算用量：一般计算用量：一般B-=HB4. 现成配方：现成配方：弱酸弱酸+共轭碱，弱酸共轭碱，弱酸(过量过量)强碱，强碱， 弱碱弱碱(过量过量) 强酸强酸5.5 酸碱指示剂酸碱指示剂借助于颜色的改变来指示溶液借助于颜色的改变来指示溶液pH值的物质值的物质,复杂的复杂的有机分子有机分子, 且是且是弱酸弱酸或或弱碱弱碱例：有机弱酸甲基橙例：有机弱酸甲基橙 HInHI

29、n H+ + In红色红色黄色黄色HIn和和In相当时相当时,溶液显橙色溶液显橙色KHIn=H+InHInInHIn=即即 pH = KHIn 若若 In = HIn，则，则H+ = KHIn那么溶液显示那么溶液显示HIn和和In的中间颜色的中间颜色 当当HIn:In 10, 明显地显示出明显地显示出HIn的颜色的颜色 当当In:HIn 10, 才能显示出才能显示出In的颜色的颜色H+KHIn指示剂的变色间隔指示剂的变色间隔 (变色范围变色范围)pH = p KHIn 1 几种常用酸碱指示剂几种常用酸碱指示剂小小 结结1.1.酸碱质子理论：酸碱半反应，共轭酸碱对，酸碱质子理论：酸碱半反应，共轭

30、酸碱对， 共轭酸碱对中共轭酸碱对中: :K Ka a= = Kw Kw / /K Kb b2.2.一元弱酸一元弱酸pHpH值计算值计算( (符合两个条件时，可用最简式符合两个条件时，可用最简式) )， 两性物质两性物质pHpH值计算的最简式，判断两性物质如值计算的最简式，判断两性物质如 H2PO4-、HPO4 2-、HS - 和和HCO3 -等的酸碱性。等的酸碱性。3.3.影响电离平衡的移动：浓度、同离子效应和盐效应。影响电离平衡的移动：浓度、同离子效应和盐效应。4.4.缓冲溶液：判断抗酸抗碱成分，缓冲溶液：判断抗酸抗碱成分，pHpH值计算公式，值计算公式， 缓冲范围和如何配制。缓冲范围和如何配制。1、下列电解质溶液能组成缓冲溶液的是、下列电解质溶液能组成缓冲溶液的是 （ ）（）（）NaOH-NaAc （）（）HAc-KAc （）（）NaAc-KAc （）（）HAc-H2CO32、NH4Cl、NaAc、NH4Ac三种溶液，在相同浓度、相三种溶液，在相同浓度、相同温度下其同温度下其pH值由大到小的顺序是值由大到小的顺序是 （ ）3、按酸碱质子理论，下列物质、按酸碱质子理论，下列物质( )是酸、是酸、 ( )是碱、是碱、( )是两性物质是两性物质OH NH POH SO HSO24422-44、书上书上P120-121，18，21，26