电解质溶液和电离平衡精选文档.ppt
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1、电解质溶液和电离平衡本讲稿第一页,共六十六页主要内容主要内容3.1强电解质的解离和有效浓度强电解质的解离和有效浓度3.2弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡3.3多相离子平衡多相离子平衡本讲稿第二页,共六十六页我们已经讨论了化学平衡的一般规律,这一章着重我们已经讨论了化学平衡的一般规律,这一章着重讨论讨论水溶液中的化学水溶液中的化学平衡问题(即平衡问题(即K T在水溶液中的应用)。在水溶液中的应用)。在水溶液中或在熔融状态下能导电的物质称为在水溶液中或在熔融状态下能导电的物质称为电解质电解质,不能导电的称为,不能导电的称为非电解质非电解质。根据导电能力的强弱,。根据导电能力的强弱,电解质分为强
2、电解质和弱电解质电解质分为强电解质和弱电解质。强酸、强碱、强酸、强碱、盐等是强电解质,它们在溶液中完全电离,例如:盐等是强电解质,它们在溶液中完全电离,例如:HClH+(aq)+Cl-(aq)NaClNa+(aq)+Cl-(aq)弱酸、弱碱是弱电解质,它们在溶液中部分电离,例如:弱酸、弱碱是弱电解质,它们在溶液中部分电离,例如:HAcH+(aq)+Ac-(aq)本讲稿第三页,共六十六页3.1强电解质的解离和有效浓度强电解质的解离和有效浓度1、解离度和强电解质、解离度和强电解质某某物物质质已已解解离离成成离离子子的的摩摩尔尔数数占占溶溶于于溶溶剂剂的的摩摩尔数的百分数称尔数的百分数称解离度解离度
3、()。如如HA=H+A-,=已已解解离离的的物物质质量量/原原始始的的物物质质量量100%=c(A-)/c0(HA)100%(在在等等容容下下),较较大大者者为为强强电电解解质质。本讲稿第四页,共六十六页2、活度与活度系数、活度与活度系数1923年年,德德拜拜-休休克克尔尔强强电电解解质质理理论论认认为为强强电电解解质质在在溶溶液液中中是是完完全全解解离离的的。溶溶液液中中的的离离子子浓浓度度较较高高,离离子子间间距距小小,离离子子间间彼彼此此受受到到静静电电引引力力和和斥斥力力的的作作用用,影影响响到到离离子子运运动动的的速速率率,因因而而在在导导电电度度的的测测定定中中表表现现出出的的解解
4、离离度度就就不不可可能能达达到到100%(表观解离度)(表观解离度)。本讲稿第五页,共六十六页活度(表示组分的有效浓度)活度(表示组分的有效浓度)a=c,表示表示溶液中离子活动的有效程度称为活度系数溶液中离子活动的有效程度称为活度系数“离子氛离子氛”概念概念当溶液当溶液无限稀释无限稀释时,时,=1,离子活动的自由度,离子活动的自由度接近于接近于100%;不过,一般将强电解质在稀溶液中;不过,一般将强电解质在稀溶液中的离子浓度以的离子浓度以100%解离计算。解离计算。本讲稿第六页,共六十六页3.2、弱电解质的解离平衡、弱电解质的解离平衡1、一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸、弱碱的解离平衡:AB=
5、A+B-K AB=c(A+)/c c(B-)/c/c(AB)/c,K AB称称为为解解离离常常数数,与与其其它它平平衡衡常常数数一一样样也也不不随随浓浓度度而而变变,仅仅是是温温度度的的函函数数。对对于于一一元元弱弱酸酸或或弱弱碱碱,则则分分别别称称为为K a和和K b,它它们们不不仅仅可可以以通通过过实实验验来来测测定,还可以应用热力学数据计算得到。定,还可以应用热力学数据计算得到。本讲稿第七页,共六十六页2、稀释定律:、稀释定律:设一元弱酸初始浓度为设一元弱酸初始浓度为c,在水中电离度为,在水中电离度为溶液被稀释时,溶液被稀释时,增大增大稀释定律稀释定律H+浓度简化计算公式浓度简化计算公式
6、本讲稿第八页,共六十六页=(K a/c)1/2、c(H+)=(K ac)1/2(一元弱酸一元弱酸););=(K b/c)1/2、c(OH-)=(K bc)1/2(一一元元弱弱碱碱)。说说明明了了:浓浓度度,c(H+)orc(OH-)。由由此此也也可可以以求求得得溶溶液液的的pH值。值。在常温下(在常温下(80),),任何水溶液中:任何水溶液中:c(H+)c(OH-)=K w=1.010-14,K w水的离子积。水的离子积。本讲稿第九页,共六十六页本讲稿第十页,共六十六页以以H3PO4为例:为例:K a1=c(H+)/c c(H2PO4-)/c/c(H3PO4)/c=7.5210-3、K a2=
7、c(H+)/c c(HPO42-)/c/c(H2PO4-)/c=6.2310-8、K a3=c(H+)/c c(PO43-)/c/c(HPO42-)/c=2.210-13;一般地:一般地:K a1:K a2:K a3=1:10-5:10-10。多元弱酸、弱碱的解离平衡多元弱酸、弱碱的解离平衡多元弱酸弱碱分步解离,每一步都有相应的解离平衡。多元弱酸弱碱分步解离,每一步都有相应的解离平衡。本讲稿第十一页,共六十六页本讲稿第十二页,共六十六页本讲稿第十三页,共六十六页将将H H2 2S S的二个解离反应相加,得的二个解离反应相加,得 H2S浓度一定时,调节溶液酸度,可以控制浓度一定时,调节溶液酸度,
8、可以控制S2-的浓度。的浓度。利用利用硫化物沉淀分离金属离子时常用到这一规律。硫化物沉淀分离金属离子时常用到这一规律。本讲稿第十四页,共六十六页说明说明:A、各浓度均是指水溶液中的平衡时的浓度;各浓度均是指水溶液中的平衡时的浓度;B、各浓度均是指该组分的总浓度;各浓度均是指该组分的总浓度;C、当当K a1/K a2 105时,可忽略后面的解离。时,可忽略后面的解离。本讲稿第十五页,共六十六页本讲稿第十六页,共六十六页由于H+的同离子效应,抑制了H2S的电离,改变H2S溶液的酸度,可以控制S2-浓度。本讲稿第十七页,共六十六页3、酸碱的概念和酸碱的共轭关系理论理论水水-离子论离子论溶剂论溶剂论质
9、子论质子论电子论电子论提出者提出者ArrheniusFranklinBronstedJN&LowryTMLewis酸酸水中解离的阳离子水中解离的阳离子仅为仅为H+在溶剂中提供溶在溶剂中提供溶剂阳离子剂阳离子质子给予体质子给予体电子对接受体电子对接受体碱碱水中解离的阴离子水中解离的阴离子仅为仅为OH-提供溶剂阴离子提供溶剂阴离子质子接受体质子接受体电子对给予体电子对给予体实例实例HCl、NaOHNH4Cl、NaNH2H2O、HPO42-Ag+2NH3=Ag(NH3)2+局限性局限性仅限于在溶剂中,不能解释仅限于在溶剂中,不能解释NH3H2O为碱,为碱,NH4Cl为酸为酸不能解释配不能解释配位酸碱
10、反应位酸碱反应太广,无法对比太广,无法对比酸碱性酸碱性 本讲稿第十八页,共六十六页质子酸,质子碱的定义质子酸,质子碱的定义1923年丹麦化学家布朗斯特提出了酸碱质子理论:年丹麦化学家布朗斯特提出了酸碱质子理论:凡能释放出质子凡能释放出质子(H+)的物质都是酸的物质都是酸(质子的给予体质子的给予体);凡是能接受质子凡是能接受质子(H+)的物质都是碱的物质都是碱(质子的接受体质子的接受体)。本讲稿第十九页,共六十六页质子反应质子反应酸酸碱碱共轭关系共轭关系H3O+=H+H2OH3O+H2OH3O+-H2OH2O=H+OH-H2OOH-H2O-OH-H2PO4-=H+HPO42-H2PO4-HPO4
11、2-H2PO4-HPO42-HPO42-=H+PO43-HPO42-PO43-HPO42-PO43-Cu(H2O)42+=H+Cu(H2O)3(OH)+Cu(H2O)42+Cu(H2O)4(OH)2+Cu(H2O)42+-Cu(H2O)3(OH)+Cu(H2O)3(OH)+=H+Cu(H2O)2(OH)2+Cu(H2O)3(OH)+Cu(H2O)3(OH)+Cu(H2O)3(OH)+-Cu(H2O)2(OH)2+本讲稿第二十页,共六十六页酸、碱可以是分子、阳离子或阴离子。酸、碱可以是分子、阳离子或阴离子。在一定条件下可以失去质子,在另一种条件下又能接在一定条件下可以失去质子,在另一种条件下又能
12、接受质子的物质称两性物质。受质子的物质称两性物质。(含氢元素的物质几乎都含氢元素的物质几乎都是酸碱两性物,如是酸碱两性物,如HSO4-、HS-、H2O等等)。本讲稿第二十一页,共六十六页共轭酸碱共轭酸碱本讲稿第二十二页,共六十六页酸碱解离反应是质子转移反应。酸碱解离反应是质子转移反应。水是两性物质,它的解离反应也是质子转移反应。水是两性物质,它的解离反应也是质子转移反应。盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。本讲稿第二十三页,共六十六页酸碱反应的实质酸碱反应的实质根据质子理论,酸碱反应的实质是两个共轭酸碱根据质子理论,酸碱反应的实质是两个共轭酸碱对之间
13、质子的转移反应。对之间质子的转移反应。反应由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的碱和酸的方向反应由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的碱和酸的方向进行。进行。本讲稿第二十四页,共六十六页共轭酸碱解离常数与共轭酸碱解离常数与Kw 的关系的关系本讲稿第二十五页,共六十六页水的离子积常数水的离子积常数在在H2O分子之间产生的质子转移反应称为水的质分子之间产生的质子转移反应称为水的质子自递反应。也就是水的解离。子自递反应。也就是水的解离。本讲稿第二十六页,共六十六页Kw 反映了水溶液中反映了水溶液中H+浓度和浓度和OH-浓度间的相互关浓度间的相互关系系。任何物质的水溶液,都同时含有。任何物质的水溶液,都同时含
14、有H+和和OH-,只,只不过它们的相对多少不同而已。知道了不过它们的相对多少不同而已。知道了H+浓度,浓度,就就可算出可算出OH-浓度,反之亦然。浓度,反之亦然。本讲稿第二十七页,共六十六页共轭酸碱对的解离平衡常数与共轭酸碱对的解离平衡常数与之间的关系之间的关系酸越强,共轭碱越弱;碱越强,共轭酸越弱。酸越强,共轭碱越弱;碱越强,共轭酸越弱。本讲稿第二十八页,共六十六页溶液的溶液的pH值值本讲稿第二十九页,共六十六页5、缓冲溶液、缓冲溶液(1)、同离子效应和缓冲溶液、同离子效应和缓冲溶液当当溶溶液液的的浓浓度度改改变变时时会会使使解解离离平平衡衡发发生生移移动动,如如稀释可使弱电解质的解离度增大
15、。稀释可使弱电解质的解离度增大。在在弱弱电电解解质质溶溶液液中中,加加入入与与弱弱电电解解质质具具有有相相同同离离子子的的可可溶溶强强电电解解质质时时,可可使使弱弱电电解解质质的的解解离离度度降降低低,这这种种现现象象称称为为同同离离子子效效应应。如如在在NH3H2O中中加加入入NH4Cl可可使使NH3H2O的的解解离离度度降降低低。当当加加入入NH4Cl,c(NH4Cl),平衡向左移动,平衡向左移动,。本讲稿第三十页,共六十六页例:例:在在0.1moldm-3的的NH3H2O中,加入固体中,加入固体NH4Cl,溶解后,溶解后NH4Cl浓度为浓度为0.1moldm-3(设(设溶液体积不变),求
16、溶液中溶液体积不变),求溶液中c(OH-)、pH值和值和NH3H2O的解离度,并与的解离度,并与0.1moldm-3NH3H2O原溶液比较?原溶液比较?本讲稿第三十一页,共六十六页解:解:依题意有:设依题意有:设c(OH-)=xmoldm-3,K b=(0.1+x)x/(0.1-x)=x、c(OH-)=1.810-5moldm-3、pH=9.26、=0.018%。但未加入。但未加入NH4Cl固体时,即原始固体时,即原始0.1moldm-3NH3H2O溶液:溶液:c(OH-)=(1.810-50.1)1/2=1.3310-3moldm-31.810-5moldm-3;pH=11.29.26;=1
17、.33%0.018%。这这表明表明有同离子效应存在时,电解质的解离度大大降低。有同离子效应存在时,电解质的解离度大大降低。由弱酸由弱酸-弱酸盐或弱碱弱酸盐或弱碱-弱碱盐等共轭酸碱对组成的溶液为弱碱盐等共轭酸碱对组成的溶液为缓冲溶液缓冲溶液。如。如HAc-Ac-、H2PO4-HPO42-、HCO3-CO32-等。等。本讲稿第三十二页,共六十六页(2)、缓冲溶液的用途和缓冲范围)、缓冲溶液的用途和缓冲范围缓缓冲冲溶溶液液在在一一定定范范围围内内稀稀释释或或外外加加少少量量强强酸酸或或碱碱时时,其其pH值值不变或基本不变。不变或基本不变。缓缓冲冲范范围围:caHA-cbA-,缓缓冲冲范范围围ca/c
18、b 0.1,10,溶液的,溶液的pH值为值为pH=pK a+lgcb/ca。例如:例如:0.1moldm-3NH3H2O与与0.1moldm-3(NH4)2SO4组成的缓冲溶液,求组成的缓冲溶液,求pH值?值?(K b=1.810-5)本讲稿第三十三页,共六十六页解:解:pH=pK a+lgcb/ca=pK wpK b+lgcb/ca=8.96。定性解释缓冲性能定性解释缓冲性能:如:如NH3H2O-NH4Cl混合溶混合溶液中,存在液中,存在NH3H2O=NH4+OH-,即混合溶液,即混合溶液中,中,c(NH3H2O)和和c(NH4+)较大,这样便抑制了较大,这样便抑制了NH3H2O的解离,的解
19、离,c(OH-)较小(较原较小(较原NH3H2O溶溶液)。液)。本讲稿第三十四页,共六十六页A、当当溶溶液液稀稀释释时时,体体积积同同时时增增大大,c(NH3H2O)和和c(NH4+)同同时时减减小小,但但ca/cb不不变变,故故溶溶液液pH值值不不变。变。B、当当加加入入少少量量强强碱碱时时,即即增增加加了了溶溶液液中中的的c(OH-),由由于于同同离离子子效效应应,平平衡衡将将向向左左移移动动,抑抑制制了了NH3H2O的的解解离离,使使溶溶液液c(OH-)不不会会发发生生显显著著增增加(但加(但c(OH-)稍有增大)。稍有增大)。C、当加入少量强酸时,加入的当加入少量强酸时,加入的H+与与
20、NH3H2O解离解离的的OH-结合生成弱电解质结合生成弱电解质H2O,致使,致使NH3H2O的的解离平衡向右移动,使解离平衡向右移动,使c(H+)仍不会有显著增大仍不会有显著增大(但(但c(H+)稍有减小)。稍有减小)。本讲稿第三十五页,共六十六页举例定量说明缓冲性能举例定量说明缓冲性能例例:计计算算含含0.1moldm-3HAc与与0.1moldm-3NaAc的的缓缓冲冲溶液的溶液的pH值?值?A、若若往往100cm3上上述述溶溶液液中中加加入入1.00cm31.00moldm-3HCl;B、改加、改加1.00cm31.00moldm-3NaOH;C、稀释一倍。问:溶液的、稀释一倍。问:溶液
21、的pH值分别为多少?值分别为多少?本讲稿第三十六页,共六十六页解:解:设原始液中设原始液中c(H+)=x。依题意有:依题意有:HAc=H+Ac-,K a=x(x+0.1)/(0.1-x)=x,c(H+)=1.810-5,pH=4.74;A、当当加加入入1.00cm31.00moldm-3HCl时时,设设此此时时c(H+)=y,pH=4.74+lg(0.09+y)/(0.11-y)=4.66;B、当当加加入入1.00cm31.00moldm-3NaOH时时,设设此此时时c(H+)=z,pH=4.74+lg(0.11+y)/(0.09-y)=4.84;C、当稀释一倍时,设此时、当稀释一倍时,设此时
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