第2章 溶液和离子平衡精选文档.ppt
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1、第2章 溶液和离子平衡本讲稿第一页,共三十九页acid-acid-acid-F阿仑尼乌斯酸碱解离理论阿仑尼乌斯酸碱解离理论 (Arrhenius acid-base ionization theory)acid-1887年年瑞瑞典典化化学学家家阿阿仑仑尼尼乌乌斯斯Svante Arrhenius根根据据他他的的解解离离学学说说,提提出出了了酸酸和和碱碱的的概概念念,指指出出了了酸酸碱碱反反应应的的本本质质,从从而而建建立立了了酸酸碱碱解解离离理理论论。酸指在水中解离出的阳离子全部为酸指在水中解离出的阳离子全部为H H2SO4=HSO4-+H+碱指在水中解离出的阴离子全部为碱指在水中解离出的阴离
2、子全部为OH-NaOH=Na+OH-中和反应的实质中和反应的实质 H+OH-=H2O理论局限:理论局限:定义在水溶液中,对气体酸碱及大量非水溶液中进行的化学反应定义在水溶液中,对气体酸碱及大量非水溶液中进行的化学反应无法解释;把碱定为氢氧化物,因而对氨水呈碱性的事实难以说明,把酸和无法解释;把碱定为氢氧化物,因而对氨水呈碱性的事实难以说明,把酸和碱看成是两种绝对不同的物质忽视了酸碱在对立中的相互联系和统一。碱看成是两种绝对不同的物质忽视了酸碱在对立中的相互联系和统一。S.A.Arrhenius 瑞典化学家瑞典化学家 本讲稿第二页,共三十九页F布朗斯特布朗斯特-劳莱酸碱质子理论劳莱酸碱质子理论
3、(Brnsted-Lowry acid-base proton theory)酸酸(acid):任何能给出质子的物质,即质子给予体任何能给出质子的物质,即质子给予体(proton donor);碱碱(base):任何能接受质子的物质,即质子接受体任何能接受质子的物质,即质子接受体(proton acceptor)。酸碱反应实质:质子的传递酸碱反应实质:质子的传递 通式:通式:A(酸酸)B(碱碱)+H+式中,式中,A是是B的的共共轭轭酸酸(conjugate acid),B是是A的的共共轭轭碱碱(conjugate base),A-B称称为为共共轭轭酸碱酸碱对对(conjugate acid-b
4、ase pair)。本讲稿第三页,共三十九页Johannes Nicolaus Brnsted Johannes Nicolaus Brnsted born in Varde(February 22,1879 December 17,1947)was a Danish physical chemist.Thomas Martin Lowry(October 26,1874 November 2,1936)was an English physical chemist.Thomas Martin Lowry本讲稿第四页,共三十九页-+本讲稿第五页,共三十九页实质:两个共轭酸碱对之间的质子传递!实
5、质:两个共轭酸碱对之间的质子传递!酸越强,其共轭碱越弱;碱越强,其共轭酸越弱;酸越强,其共轭碱越弱;碱越强,其共轭酸越弱;反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的 酸和碱的方向进行;酸和碱的方向进行;对于某些物质,既可以给出质子又可以接受质子,如对于某些物质,既可以给出质子又可以接受质子,如H2O、HCO3-、HS-等,称为两性物质。等,称为两性物质。酸碱反应的实质酸碱反应的实质本讲稿第六页,共三十九页酸碱反应的类型酸碱反应的类型F 酸和碱的解离反应酸和碱的解离反应本讲稿第七页,共三十九页F 酸和碱的中和反应酸和碱的中和反应F盐的水解盐的水解H+H+
6、H+H+H+H+本讲稿第八页,共三十九页 氟氟磺磺酸酸是是比比硫硫酸酸更更强强的的酸酸。若若给给氟氟磺磺酸酸中中加加入入SbF5,则则其其进进一一步步吸吸引引氟氟磺磺酸酸中硫原子的负电荷,得到比氟磺酸更强的酸。中硫原子的负电荷,得到比氟磺酸更强的酸。S的有效正电荷增大,酸给出质子的能力(即酸性)增大的有效正电荷增大,酸给出质子的能力(即酸性)增大 SbF5 HSO3F是个超强酸是个超强酸,它能使几乎所有的有机化合物加合质子,它能使几乎所有的有机化合物加合质子,得到五配位碳原子物种得到五配位碳原子物种CH5+。人们将氟磺酸与。人们将氟磺酸与SbF5构成的系统称之为构成的系统称之为“魔魔酸酸”(m
7、agic acid)。v v魔酸魔酸魔酸魔酸(magic acid)(magic acid)OSbF5HOHOSOOFHOSOOFHOSOOSbF5HOHOSOOHOHOSOOFHOSOOFHOSOOFHOSO本讲稿第九页,共三十九页F路易斯酸碱电子理论路易斯酸碱电子理论(Lewis acid-base electron theory)Gilbert Newton Lewis Gilbert Newton Lewis(October 23,1875-March 23,1946)was a famous American physical chemist known for his Lewis
8、dot structures,his 1916 paper The Atom and the Molecule,which is the foundation of modern valence bond theory,developed in coordination with Irving Langmuir,and his 1923 textbook Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances,written in coordination with Merle Randall,one of the founding
9、books in chemical thermodynamics.In 1926,Lewis coined the term photon for the smallest unit of radiant energy.He was a brother of Alpha Chi Sigma,the professional chemistry fraternity.布布朗朗斯斯特特酸酸碱碱概概念念的的核核心心系系于于分分子子或或离离子子间间的的质质子子转转移移,显显然然无无法法对对不不涉涉及及质质子子转转移移、但但却却具具有有酸酸碱碱特特征征的的反反应应做做解解释释。这这一一不不足足在在布布朗
10、朗斯斯特特概概念念提提出出的的同同年年由由美美国国化化学学家家路路易易斯斯提提出出的的另另一一个个更更广广的的酸酸碱碱概概念念所所弥弥补补,但但后后者者直直到到20世世纪纪30年年代代才才开开始始在在化化学学界界产产生影响。生影响。本讲稿第十页,共三十九页 路易斯酸路易斯酸(Lewis acid):指接受电子对的物质,即电子对的指接受电子对的物质,即电子对的 接受体接受体(Electron pair acceptor);路易斯碱路易斯碱(Lewis base):指提供电子的物质,即电子对给予体指提供电子的物质,即电子对给予体 (Electron pair donor)。酸碱反应是电子对接受体与
11、电子对给予体之间形成配位共价键的反应。酸碱反应是电子对接受体与电子对给予体之间形成配位共价键的反应。CuCu2+2+4NH+4NH3 3 NHNH3 3 NHNH3 3 NHNH3 3 NHNH3 3 CuCu2+2+路易斯酸路易斯酸路易斯酸路易斯酸+路易斯碱路易斯碱路易斯碱路易斯碱 酸碱加(配)合物酸碱加(配)合物酸碱加(配)合物酸碱加(配)合物本讲稿第十一页,共三十九页弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡本讲稿第十二页,共三十九页v 水的离子积常数水的离子积常数(ion-product constant for water)H2O+H2O H3O+OH-,简写为:简写为:H2O H+OH-
12、水是一种很弱的电解质,只发生极少的部分解离,称为水是一种很弱的电解质,只发生极少的部分解离,称为水的自解离水的自解离 (self-dissociation)。是一个重要常数,通常称为水的离子积常数,简称水的离子积。是一个重要常数,通常称为水的离子积常数,简称水的离子积。精确的实验测得在精确的实验测得在298.15K纯水中:纯水中:ceq(H+)=ceq(OH-)=1.010-7 moldm-3根据平衡原理,根据平衡原理,298.15K时时:根据平衡原理,根据平衡原理,298.15K时时本讲稿第十三页,共三十九页表表2-3不同温度时水离子积常数不同温度时水离子积常数T/K273283293297
13、2983233731.110-152.910-156.810-151.010-141.010-145.510-145.510-13通常,水的离子积值与温度有一定的关系,随温度升高而增大。通常,水的离子积值与温度有一定的关系,随温度升高而增大。本讲稿第十四页,共三十九页v 溶液的溶液的pH 由于许多化学反应和几乎全部的生物生理现象都是在由于许多化学反应和几乎全部的生物生理现象都是在H+浓度极小的溶液浓度极小的溶液中进行,因此用物质的量浓度来表示溶液的酸碱度很不方便,常用中进行,因此用物质的量浓度来表示溶液的酸碱度很不方便,常用pH值表示值表示溶液的酸度。溶液的酸度。如果如果pH值值改改变变1个个
14、单单位,相位,相应应于于改变了改变了10倍。与倍。与pH相似,相似,和和亦可分别用亦可分别用pOH和和 来表示,则来表示,则:pH+pOH=在在T=298.15K时,时,pH+pOH=14本讲稿第十五页,共三十九页 此时此时c(H+)10-130 mol dm-3,若要在,若要在 l mol dm-1 H+的水溶液中找到一个未水合的的水溶液中找到一个未水合的H+,则体积要大到可容纳,则体积要大到可容纳1070个地球。个地球。H+H 2OH3O+,D DH =-761.5 kJ.mol-1&水溶液中水溶液中H+以何种形式存在?以何种形式存在?本讲稿第十六页,共三十九页v一元弱酸、弱碱的解离平衡一
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