无机化学酸碱平衡与沉淀溶解平衡幻灯片.ppt
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1、无机化学酸碱平衡与沉淀溶解平衡第1页,共40页,编辑于2022年,星期六碱:能接受质子的物质碱:能接受质子的物质(质子受体质子受体)碱可以是分子、正离子或负离子。碱可以是分子、正离子或负离子。酸释放一个质子形成其共轭碱;碱结合一个酸释放一个质子形成其共轭碱;碱结合一个质子形成其共轭酸。共轭关系。质子形成其共轭酸。共轭关系。酸、碱得失质子的反应式是酸碱半反应式。酸、碱得失质子的反应式是酸碱半反应式。酸碱半反应两边是共轭酸碱对。酸碱半反应两边是共轭酸碱对。第2页,共40页,编辑于2022年,星期六上述并不是真实的酸碱反应,只是半反应,完整上述并不是真实的酸碱反应,只是半反应,完整的酸碱反应应为:的
2、酸碱反应应为:酸酸+碱碱 碱碱+酸酸 1 2 1 2酸在反应中给出质子而转变为其共轭碱,同时酸在反应中给出质子而转变为其共轭碱,同时必须有另外的碱接受质子,而后转变为其共必须有另外的碱接受质子,而后转变为其共轭酸。轭酸。所以酸碱反应的实质就是两对共轭酸碱对之所以酸碱反应的实质就是两对共轭酸碱对之间的质子转移过程,过去一些其他类型的间的质子转移过程,过去一些其他类型的反应也归为酸碱反应。反应也归为酸碱反应。第3页,共40页,编辑于2022年,星期六例如醋酸在水溶液中的解离:例如醋酸在水溶液中的解离:HAc+H2O Ac-+H3O+再如再如 HCl+H2O=Cl-+H3O+上述反应其实就是平时所说
3、的酸的电离,电离上述反应其实就是平时所说的酸的电离,电离反应只是简写。反应只是简写。要注意共轭酸碱的关系,例如要注意共轭酸碱的关系,例如H3PO4的共轭碱是的共轭碱是H2PO4-,而不是,而不是HPO42-。质子理论中还有两性物质,如质子理论中还有两性物质,如H2PO4-、H2O、HPO42-、HS-等等。等等。第4页,共40页,编辑于2022年,星期六2.酸碱的强弱酸碱的强弱酸碱反应存在着反应方向的问题,应是强酸酸碱反应存在着反应方向的问题,应是强酸和强碱之间反应,生成弱酸和弱碱。酸碱和强碱之间反应,生成弱酸和弱碱。酸碱的强弱取决于什么呢?的强弱取决于什么呢?我们以水溶液中的我们以水溶液中的
4、HCl和和HAc为例,为例,HCl酸性酸性强,说明给出质子(给予强,说明给出质子(给予H2O)的能力强,)的能力强,HAc的能力则弱得多。的能力则弱得多。弱酸之间的强弱以酸(度)常数弱酸之间的强弱以酸(度)常数Ka大小来比大小来比较,较,Ka愈大表示酸性愈强。愈大表示酸性愈强。书上表书上表5-2列出了部分酸碱水溶液中的酸碱常列出了部分酸碱水溶液中的酸碱常数。数。第5页,共40页,编辑于2022年,星期六3.区分效应和拉平效应区分效应和拉平效应在水溶液中酸碱的强弱就是把质子给予水分在水溶液中酸碱的强弱就是把质子给予水分子或从水分子获得质子的能力,以子或从水分子获得质子的能力,以HClO4、H2S
5、O4、HCl、HNO3为例,为例,。表表5-2中中H3O+为何为最强酸?为何为最强酸?三、三、Lewis酸碱理论酸碱理论质子理论只限于含氢的物质,质子理论只限于含氢的物质,Lewis酸碱理论酸碱理论则包含范围更大,他把酸碱及酸碱反应的则包含范围更大,他把酸碱及酸碱反应的定义归结到电子对的得失:凡是能给出电定义归结到电子对的得失:凡是能给出电子对的物质都是碱,凡是能接受电子对的子对的物质都是碱,凡是能接受电子对的物质都是酸,酸碱反应就是通过电子对的物质都是酸,酸碱反应就是通过电子对的得失(共用)形成共价键(配位键)的过得失(共用)形成共价键(配位键)的过程。程。第6页,共40页,编辑于2022年
6、,星期六酸与具有孤对电子的物质成键,所以酸又称为酸与具有孤对电子的物质成键,所以酸又称为亲亲电试剂电试剂;碱与酸中电子不足的原子芯共享电子对,;碱与酸中电子不足的原子芯共享电子对,因此碱又称为因此碱又称为亲核试剂亲核试剂。第7页,共40页,编辑于2022年,星期六这在配位化学和有机化学中有着重要的应这在配位化学和有机化学中有着重要的应用。用。第8页,共40页,编辑于2022年,星期六第二节 酸碱平衡一、水的质子自递平衡(自学)一、水的质子自递平衡(自学)二、弱酸(碱)的质子平衡二、弱酸(碱)的质子平衡(pH的计算的计算)1.一元弱酸(碱)一元弱酸(碱)HAHA+H2O=A-+H3O+c-H+H
7、+H+第9页,共40页,编辑于2022年,星期六变换为变换为:H+2+KaH+Kac=0此此为为一元二次方程,其解一元二次方程,其解为为 此式即为计算一元弱酸溶液中此式即为计算一元弱酸溶液中H+的近似式,的近似式,一般情况下都可成立,所以通常应用时不需做一般情况下都可成立,所以通常应用时不需做条件判断(条件判断(Kac20Kw)。)。近似式尽管已经简化,但实际应用中仍觉不便,近似式尽管已经简化,但实际应用中仍觉不便,所以还可以进一步化简:所以还可以进一步化简:第10页,共40页,编辑于2022年,星期六当弱酸酸性较弱、浓度不太小时,当弱酸酸性较弱、浓度不太小时,c-H+c,则,则此式称为最简式
8、,应用最为广泛,但需要此式称为最简式,应用最为广泛,但需要注意:此式应用前必须先做条件判断:注意:此式应用前必须先做条件判断:c/Ka100。第11页,共40页,编辑于2022年,星期六同理,可推出弱碱的最简式:同理,可推出弱碱的最简式:要注意两点,一是此式应用仍需条件判断:要注意两点,一是此式应用仍需条件判断:c/Kb 100二是求出的二是求出的OH-,一般要求的是,一般要求的是H+,还需转,还需转换一步。换一步。第12页,共40页,编辑于2022年,星期六由前面提到的电离度,可得由前面提到的电离度,可得HA+H2O=A-+H3O+c-H+H+H+c(1-)c cKa=当当不太小时,不太小时
9、,1-11,Ka=c2 =第13页,共40页,编辑于2022年,星期六2.多元酸碱多元酸碱多元酸在水溶液中是分步电离的多元酸在水溶液中是分步电离的如如H3PO4在水中有三级解离,在水中有三级解离,25时时Ka1=7.5210-3,Ka2=6.2310-8,Ka3=2.210-13。多元酸的多元酸的Ka1Ka2Ka3,每级解离常数一般相每级解离常数一般相差差46个数量级,可忽略二、三级解离平衡。个数量级,可忽略二、三级解离平衡。因此因此,多元弱酸的多元弱酸的H+浓度的计算以一级解离为浓度的计算以一级解离为主。比较多元弱酸的酸性强弱时主。比较多元弱酸的酸性强弱时,只需比较它们只需比较它们一级解离常
10、数值即可。若计算一级解离常数值即可。若计算H+,只需按一元,只需按一元酸处理即可。酸处理即可。第14页,共40页,编辑于2022年,星期六3.两性物质两性物质两性物质常见的有负离子型(如两性物质常见的有负离子型(如HCO3-)、弱酸)、弱酸弱碱盐型(如弱碱盐型(如NH4Ac)和氨基酸型。)和氨基酸型。因推导公式比较繁杂,一般用最简式即可。当因推导公式比较繁杂,一般用最简式即可。当Kac20Kw,c20Ka时,时,Ka:为两性物质本身做酸时的酸常数,:为两性物质本身做酸时的酸常数,Ka:为两性物质视为碱时其共轭酸的酸常数,如:为两性物质视为碱时其共轭酸的酸常数,如HCO3-,其,其Ka=5.61
11、10-11,Ka4.3010-7。第15页,共40页,编辑于2022年,星期六三、同离子效应和盐效应三、同离子效应和盐效应HAc为弱酸,在溶液中存在电离平衡为弱酸,在溶液中存在电离平衡,属,属于化学平衡的一种,遵循化学平衡移动的于化学平衡的一种,遵循化学平衡移动的规律:规律:。若加入若加入NaAc,则可使,则可使HAc的电离度减小。的电离度减小。这种在弱电解质溶液中加入含有与此弱电解这种在弱电解质溶液中加入含有与此弱电解质相同离子的易溶强电解质,使得弱电解质相同离子的易溶强电解质,使得弱电解质电离度减小的现象称为质电离度减小的现象称为同离子效应同离子效应。如果在上述溶液中加入不含相同离子的强电
12、如果在上述溶液中加入不含相同离子的强电解质如解质如NaCl,又会怎样呢?,又会怎样呢?实际上,在发生同离子效应的同时,也存在实际上,在发生同离子效应的同时,也存在着盐效应,只不过二者大小不同。着盐效应,只不过二者大小不同。第16页,共40页,编辑于2022年,星期六第三节第三节 缓冲溶液缓冲溶液一缓冲溶液的概念一缓冲溶液的概念1缓冲作用和缓冲溶液缓冲作用和缓冲溶液一杯一杯50ml的水,加入的水,加入1滴滴1molL-1HCl溶液,溶液,pH由由7变为变为3;加入;加入NaOH,变为,变为11。换成。换成NaCl溶液,情况也差不多,这说明溶液,情况也差不多,这说明。若换为含若换为含0.1molL
13、-1HAc和和NaAc溶液,则大溶液,则大不一样,不一样,pH由由4.75变为变为4.74和和4.76,这说明,这说明此类溶液能此类溶液能,这种作用称为缓冲作用,这种作用称为缓冲作用,这种溶液称为缓冲溶液。这种溶液称为缓冲溶液。第17页,共40页,编辑于2022年,星期六2缓冲溶液的组成和缓冲机理缓冲溶液的组成和缓冲机理由上面可知,缓冲溶液由弱电解质共轭酸碱由上面可知,缓冲溶液由弱电解质共轭酸碱对组成,且共额酸碱都有足够的浓度。理对组成,且共额酸碱都有足够的浓度。理论上,凡是弱电解质共额酸碱对都能组成论上,凡是弱电解质共额酸碱对都能组成缓冲溶液。如缓冲溶液。如NH4+NH3、H2CO3HCO3
14、-等。等。缓冲溶液为什么具有缓冲作用呢?缓冲溶液为什么具有缓冲作用呢?。普。普通的弱电解质溶液是否也有缓冲作用呢?通的弱电解质溶液是否也有缓冲作用呢?强酸、强碱溶液也具有一定的缓冲能力,强酸、强碱溶液也具有一定的缓冲能力,但但。第18页,共40页,编辑于2022年,星期六二缓冲溶液的二缓冲溶液的pH值值1pH值的计算公式值的计算公式由由HB的电离平衡式、的电离平衡式、Ka可得:可得:pH=pKa+lgB/HB,或或pH=pKa+lg共轭碱共轭碱/共轭酸共轭酸此式称为此式称为HendersonHasselbalch方程式。方程式。因为因为Ka很小,又加上很小,又加上NaB的同离子效应,的同离子效
15、应,HB和和B-的电离很弱,的电离很弱,B-cB,HBcHB。另外,由于另外,由于HB和和B-在同一溶液中,上式在同一溶液中,上式又可变为又可变为pH=pKa+lgnB/nHB第19页,共40页,编辑于2022年,星期六例:在例:在100ml0.5molL-1氨水中,加入氨水中,加入100ml0.1molL-1HCl溶液,求混合液的溶液,求混合液的pH。(NH3的的Kb=1.7610-5)解:反应生成了部分解:反应生成了部分NH4+,与剩余的,与剩余的NH3组组成缓冲溶液。成缓冲溶液。n(NH4+)=0.1100/1000=0.01(mol)n(NH3)=0.5100/1000-0.01=0.
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