第五章电离平衡与酸碱理论精选文档.ppt
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1、第五章电离平衡与酸碱理论本讲稿第一页,共四十三页1.强电解质溶液理论强电解质溶液理论19231923年年 德拜和休克尔德拜和休克尔一、离子氛(一、离子氛(ionic atmosphereionic atmosphere)中心离子周围的那些异号离中心离子周围的那些异号离子群叫做离子氛子群叫做离子氛 二、离子强度二、离子强度-离子相互作用离子相互作用I=1/2(mi zi2)z zi i 离子电荷数离子电荷数 m mi i 离子浓度(离子浓度(mol/kgmol/kg)衡量溶液中离子和它的离子氛之间相互作用的强弱衡量溶液中离子和它的离子氛之间相互作用的强弱 离子强度仅与各离子的浓度及电荷数有关离子
2、强度仅与各离子的浓度及电荷数有关0.1moldm0.1moldm 3 3的溶液,表观电离度大于的溶液,表观电离度大于30%30%的电解质为强的电解质为强电解质,表观电离度小于电解质,表观电离度小于 3%3%的电解质为弱电解质。的电解质为弱电解质。本讲稿第二页,共四十三页三、三、活度和活度系数活度和活度系数a/m=f f:f:活度系数活度系数:溶液中离子之间牵制作用的大小溶液中离子之间牵制作用的大小 电解质溶液中离子实际发挥作用的浓度称为有效浓度,即电解质溶液中离子实际发挥作用的浓度称为有效浓度,即为活度(为活度(activityactivity)。通常用)。通常用a a表示表示 a=f m离子
3、活度系数的影响因素离子活度系数的影响因素:离子浓度离子浓度离子电荷离子电荷离子强度和活度系数之间的定量关系:离子强度和活度系数之间的定量关系:(A为为常数常数)。理论推导:理论推导:可查表求可查表求f fLewis Lewis 经验方程:经验方程:本讲稿第三页,共四十三页3缺点:缺点:把酸碱限制在水溶液中,碱限制于氢氧化物中。把酸碱限制在水溶液中,碱限制于氢氧化物中。Arrhenius 1887 电离理论电离理论 1.定义:定义:酸、碱是一种电解质,它们在水溶液中会离解,酸、碱是一种电解质,它们在水溶液中会离解,能离解出氢离子的物质是酸;能离解出氢氧根离能离解出氢离子的物质是酸;能离解出氢氧根
4、离子的物质是碱。子的物质是碱。2、优点:、优点:一、水离子理论一、水离子理论(Ionic Theory)(Ionic Theory)(2)酸碱强度的标度很明确。酸碱强度的标度很明确。(1)能简便地解释水溶液中的酸碱反应能简便地解释水溶液中的酸碱反应2.2.酸碱理论酸碱理论(The Theories of Acids and(The Theories of Acids and Bases base theory)Bases base theory)本讲稿第四页,共四十三页二、溶剂论(二、溶剂论(Solvent TheorySolvent Theory)1905 Franklin1905 Fran
5、klin1、定义:凡在溶剂中产生该溶剂特征阳离子的溶质叫、定义:凡在溶剂中产生该溶剂特征阳离子的溶质叫该溶剂的酸,产生该溶剂特征阴离子的溶质叫该溶剂的该溶剂的酸,产生该溶剂特征阴离子的溶质叫该溶剂的碱。碱。2、优点:将酸碱扩大到非水体系。、优点:将酸碱扩大到非水体系。(1 1)(2 2)(3 3)(4 4)3、缺点:只能用于自电离溶剂体系;不能解释不电、缺点:只能用于自电离溶剂体系;不能解释不电离的溶剂及无溶剂的酸碱。离的溶剂及无溶剂的酸碱。本讲稿第五页,共四十三页三、质子论(三、质子论(Proton TheoryProton Theory)1923 Br1923 Br nsted and L
6、owrynsted and Lowry 1、定义:、定义:凡是能够释放出质子凡是能够释放出质子(H+)的物质,无论它是分子、原子或离子,的物质,无论它是分子、原子或离子,都是酸;都是酸;凡是能够接受质子的物质,无论它是分子、原子或离子,凡是能够接受质子的物质,无论它是分子、原子或离子,都是碱。都是碱。共轭酸碱对 弱酸共轭强碱,弱碱共轭强酸 本讲稿第六页,共四十三页2、运用、运用(1)neutralization reaction 共轭酸碱对之间质子传递共轭酸碱对之间质子传递(2)auto ionization:(3)acid ionization:(4)base ionization:(5)h
7、ydrolysis:本讲稿第七页,共四十三页Hydrolysis 3、特点、特点(2)溶液中的酸碱平衡简单化溶液中的酸碱平衡简单化(3)质子论中不存在盐的概念质子论中不存在盐的概念(4)酸碱强度的相对性)酸碱强度的相对性(1)扩大了酸碱和酸碱反应的范围扩大了酸碱和酸碱反应的范围(1)溶剂的拉平效应:溶剂将不同强度的酸拉平到溶剂化质溶剂的拉平效应:溶剂将不同强度的酸拉平到溶剂化质子水平的效应,称为溶剂的拉平效应子水平的效应,称为溶剂的拉平效应。(2)溶剂的区分效应:溶剂能区分酸溶剂的区分效应:溶剂能区分酸(碱碱)强度的效应叫溶剂强度的效应叫溶剂的区分效应。的区分效应。4、酸和碱的相对强弱、酸和碱
8、的相对强弱 酸碱和溶剂释放质子和接受质子的能力综合决定酸碱和溶剂释放质子和接受质子的能力综合决定水溶液中的最强酸是水溶液中的最强酸是H+,最强碱是,最强碱是OH-本讲稿第八页,共四十三页5、缺点:、缺点:不能说明无质子溶剂(不能说明无质子溶剂(SO3、BF3)的酸碱反应,酸的定)的酸碱反应,酸的定义并没有变化。义并没有变化。Practice Exercise:What is the conjugate base of each of the following acids:What is the conjugate acid of each of the following bases:例题例
9、题:用拉平效应概念讨论水溶液中的碱用拉平效应概念讨论水溶液中的碱:ClO:ClO4 4-,O,O2-2-,CO,CO3 32-2-,NONO3 3-,(1)(1)哪些碱性太强以致无法用实验研究?哪些碱性太强以致无法用实验研究?(2)(2)哪些碱性太弱以致无法用实验研究?哪些碱性太弱以致无法用实验研究?(3)(3)哪些可直接测定其强度?哪些可直接测定其强度?本讲稿第九页,共四十三页四、电子论(四、电子论(Electron TheoryElectron Theory)19231923,G.N.Lewis G.N.Lewis碱是具有孤对电子的物质,这对电子可以用来使别碱是具有孤对电子的物质,这对电子
10、可以用来使别的原子形成稳定的电子层结构。的原子形成稳定的电子层结构。酸是能接受电子对的物质,它利用碱所具有的孤对电子酸是能接受电子对的物质,它利用碱所具有的孤对电子使其本身的原子达到稳定的电子层结构。使其本身的原子达到稳定的电子层结构。1、定义、定义:如如:H2O:,X-,:NH3,:CO,(CH3)2CO:如:如:Fe3+,Fe,H+,Ag+,BF3思考题:思考题:HNO3、HCl、H2CO3等是不是等是不是Lewis酸?酸?本讲稿第十页,共四十三页所有的化学反应分为三大类所有的化学反应分为三大类(1)(1)它包括了水离子论、溶剂论、质子论三种理论它包括了水离子论、溶剂论、质子论三种理论酸碱
11、反应酸碱反应 氧化氧化还原反应还原反应 自由基反应自由基反应(2)(2)它扩大了酸的范围它扩大了酸的范围 3缺点:无统一的酸碱强度的标度缺点:无统一的酸碱强度的标度。2、优点优点:本讲稿第十一页,共四十三页Practice Exercise:Identify the Lewis acid and Lewis base in each of the following reactions:本讲稿第十二页,共四十三页3.弱酸弱碱电离弱酸弱碱电离 (Dissociation of weak acid and basic)(Dissociation of weak acid and basic)一、水
12、的电离一、水的电离 K Kw w 和和pHpH (the dissociation of water and PH)K Kww称为水的离子积常数称为水的离子积常数(ionic product)(ionic product)水的自偶电离是一个吸热反应,故水的自偶电离是一个吸热反应,故K Kww值随温度升高而值随温度升高而增大。增大。若在离子强度较大的水溶液中,则应以活度代替浓度,即:若在离子强度较大的水溶液中,则应以活度代替浓度,即:pH-lgaH+*pH*pH值和值和pOH pOH pOH-lg aOH-本讲稿第十三页,共四十三页例例1:pH=14和和pH=1的两种强电解质溶液等体积的两种强电
13、解质溶液等体积混合混合,求混合后溶液的求混合后溶液的pH值值.例例2:pH=14和和pH=8的两种强电解质溶液等体积混的两种强电解质溶液等体积混合合,求混合后溶液的求混合后溶液的pH值值.解解:pH=14 OH=1mol/L pH=8 OH=10 6 mol/L 两种溶液等体积混合后,两种溶液等体积混合后,OH=0.5mol/L 混合后溶液的混合后溶液的 pH=13.7 解解:pH=14 OH=1mol/L pH=1 H=0.1mol/L 两种溶液等体积混合后,两种溶液等体积混合后,OH=0.45mol/L 混合后溶液的混合后溶液的 pH=13.65 本讲稿第十四页,共四十三页例例3:3:计算
14、计算1.00101.0010-7-7M HCl M HCl 溶液的溶液的pHpH值值 解:解:pH=6.79例例4 4:已知水在:已知水在298K298K下的离子积常数为下的离子积常数为110110-14-14,求,求反应:反应:H H2 2O=HO=H+OH+OH-的的解:解:本讲稿第十五页,共四十三页二、一元弱酸的电离二、一元弱酸的电离(dissociation of monoatmomic weak acid)电荷平衡:电荷平衡:物质平衡:物质平衡:设起始设起始HAHA浓度为浓度为C C0 0当当 ,水的电离忽略水的电离忽略:当当 ,水电离和弱酸离解浓度忽略水电离和弱酸离解浓度忽略当当
15、,弱酸离解浓度忽略弱酸离解浓度忽略本讲稿第十六页,共四十三页解离度解离度(a a)注意:注意:(a)Ka随温度升高而增大,但与浓度无关。随温度升高而增大,但与浓度无关。(b)随浓度的降低而增大随浓度的降低而增大-Oswald稀释定律稀释定律 解解:例例1 1:求求0.1M HAc 0.1M HAc 的的 pH pH值和解离度。值和解离度。K Ka a=1.810=1.810-5-5 pH=2.87,本讲稿第十七页,共四十三页例例2:求:求0.001M HAc 的的 pH值和解离度值和解离度解解:pH=3.90,例例3:试计算:试计算1.010-5 M的的HCN 的的pH值。值。解:解:pH=6
16、.91本讲稿第十八页,共四十三页三、三、一元弱碱的电离一元弱碱的电离用处理一元酸的方法用处理一元酸的方法,可以导出精确公式:可以导出精确公式:本讲稿第十九页,共四十三页四、酸碱指示剂四、酸碱指示剂甲基橙甲基橙酚酞酚酞 酸碱指示剂一般是有机弱酸或有机弱碱,其共轭酸碱形式具酸碱指示剂一般是有机弱酸或有机弱碱,其共轭酸碱形式具有明显不同的颜色。有明显不同的颜色。作用原理作用原理本讲稿第二十页,共四十三页理论变色点:理论变色点:p pK Ka a即:即:p pK Ka a 1 1理论变色范围理论变色范围实际变色点是变色区间内酸式色与碱式色浓度相实际变色点是变色区间内酸式色与碱式色浓度相等时的等时的pH
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