第三章电解质溶液和离子平衡课件.ppt

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1、第三章电解质溶液和离子平衡第1页，此课件共64页哦第一节第一节第一节第一节 强电解质溶液强电解质溶液强电解质溶液强电解质溶液 1923年年，Debye 及及Hckel提提出出离离子子氛氛（ionic atmosphere）概念。概念。观观点点：强强电电解解质质在在溶溶液液中中是是完完全全电电离离的的，但但是是由由于于离离子子间间的的相相互互作作用用，每每一一个个离离子子都都受受到到相相反反电电荷荷离离子子的的束束缚缚，这这种种离离子间的相互作用使溶液中的离子并不完全自由，其表现是：子间的相互作用使溶液中的离子并不完全自由，其表现是：溶液导电能力下降，电离度下降。溶液导电能力下降，电离度下降。第

2、2页，此课件共64页哦活度与活度系数活度与活度系数 活度：活度：是指有效浓度，即单位体积电解质溶液中表现出来是指有效浓度，即单位体积电解质溶液中表现出来的表观离子有效浓度，即扣除了离子间相互作用的浓度。以的表观离子有效浓度，即扣除了离子间相互作用的浓度。以a（activity）表示。）表示。f：活度系数，稀溶液中，：活度系数，稀溶液中，f 1；极稀溶液中，；极稀溶液中，f 接近接近1第3页，此课件共64页哦 规律：规律：离子强度越大，离子强度越大，离子间相互作用越显著，活度系数越小；离子间相互作用越显著，活度系数越小；离离子子强强度度越越小小，活活度度系系数数约约为为1。稀稀溶溶液液接接近近理

3、理想想溶溶液液，活度近似等于浓度。活度近似等于浓度。离子电荷越大，相互作用越强，活度系数越小。离子电荷越大，相互作用越强，活度系数越小。第4页，此课件共64页哦第二节第二节第二节第二节 水的电离和溶液的水的电离和溶液的水的电离和溶液的水的电离和溶液的PHPHPHPH值值值值水本身电离平衡水本身电离平衡H2O +H2O H3O+OH 在在25 C，由电导等方法，由电导等方法测得测得 HH3 3OO+=OH=OH =1.0 =1.0 10 1077 （mol/dmmol/dm3 3)则则则则 KKw w=H=H3 3OO+OH OH =1.0 =1.0 10 1014 14(无量纲）无量纲）无量纲

4、）无量纲）KKw w 称为水的离子积，是水的电离常数。称为水的离子积，是水的电离常数。称为水的离子积，是水的电离常数。称为水的离子积，是水的电离常数。KKw w随温度的增加，略有增加。随温度的增加，略有增加。随温度的增加，略有增加。随温度的增加，略有增加。KKw w也可由也可由也可由也可由 求得求得求得求得 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)-237.2 -237.2 -237.2 -157.3(kJ/mol)=79.90 第5页，此课件共64页哦纯水时：纯水时：HH3 3OO+=OH=OH =1.0 =1.0 10 1077 （mol/dmmol/dm3 3)pH=-l

5、g H pH=-lg H3 3OO+=7=pOH=7=pOH加入加入加入加入0.10 mol/dm0.10 mol/dm3 3 强酸强酸强酸强酸时，时，时，时，OHOH =K=Kw w/H/H3 3OO+=1.0 =1.0 10 101414/1.0 1.0 10 101 1 =1.0 1.0 10 101313（mol/dmmol/dm3 3)加入加入加入加入0.10 mol/dm0.10 mol/dm3 3 强碱强碱强碱强碱时，时，时，时，HH3 3OO+=K=Kw w/OH/OH =1.0 =1.0 10 101414/1.0 1.0 10 101 1 =1.0 1.0 10 10131

6、3（mol/dmmol/dm3 3)水溶液中水溶液中水溶液中水溶液中 (纯水、或酸碱溶液），纯水、或酸碱溶液），纯水、或酸碱溶液），纯水、或酸碱溶液），HH3 3OO+和和和和OHOH 同时存在，同时存在，同时存在，同时存在，KKw w是个常数。是个常数。是个常数。是个常数。（酸溶液中也有（酸溶液中也有（酸溶液中也有（酸溶液中也有OHOH ，碱溶液中也有，碱溶液中也有，碱溶液中也有，碱溶液中也有HH3 3OO+）第6页，此课件共64页哦2 2 溶液的溶液的溶液的溶液的pHpH值值值值第7页，此课件共64页哦3 3 3 3 酸碱指示剂酸碱指示剂酸碱指示剂酸碱指示剂HInHIn表示石蕊表示石蕊 H

7、In H HIn H+In +In 红红 蓝蓝 =(H =(H+In In)/HIn)/HIn当当c(HIn)c(HIn)c(Inc(In)时，溶液呈红色，是酸性时，溶液呈红色，是酸性当当c(HIn)c(HIn)c(In c(In)时，溶液呈蓝色，是碱性时，溶液呈蓝色，是碱性 HIn HIn H H+=K=Ki i In In 在在 HIn/InHIn/In 10 10或或 HIn/InHIn/In 0.1 0.1时，时，指示剂颜色变化指示剂颜色变化指示剂变色范围是指示剂变色范围是 HH+在在0.1 0.1 10 10之间。之间。第8页，此课件共64页哦一、一元弱酸、弱碱的解离平衡一、一元弱酸

8、、弱碱的解离平衡一、一元弱酸、弱碱的解离平衡一、一元弱酸、弱碱的解离平衡1、电离常数和解离度、电离常数和解离度HAc +H2O =H3O+Ac 弱酸：弱酸：弱碱：弱碱：第三节第三节 弱酸弱碱的离解平衡弱酸弱碱的离解平衡第9页，此课件共64页哦解离度：解离度：第10页，此课件共64页哦2 2、一元弱酸弱碱的电离平衡、一元弱酸弱碱的电离平衡例：求例：求0.10 mol/dmmol/dm3 3 HAcHAc水溶液的酸度，已知水溶液的酸度，已知水溶液的酸度，已知水溶液的酸度，已知 KKa a=1.76 =1.76 10 1055 解：解：HAc +H2O H3O+Ac 0.10-x x x 设设设设

9、HH3 3OO+的平衡浓度为的平衡浓度为的平衡浓度为的平衡浓度为 x x 则则则则 KKa a=H=H3 3OO+Ac Ac /HAc/HAc =x =x2 2/(/(0.10-x)x x2 2/0.10 =1.76 10 105 5 x=Hx=H3 3OO+=(0.10 =(0.10 1.76 10 105 5)0.50.5 =1.3 10 =1.3 103 3(mol/dmmol/dm3 3)电离度电离度 =x/C0 =1.3 101.3 103 3/0.10/0.10 =0.013(1.3%)0.013(1.3%)第11页，此课件共64页哦一元弱酸（碱）溶液的一元弱酸（碱）溶液的一元弱酸

10、（碱）溶液的一元弱酸（碱）溶液的 HH3 3OO+（或（或（或（或 OHOH)的简化公式的简化公式的简化公式的简化公式假定：假定：假定：假定：（1 1）在）在）在）在 0.10 mol/dmmol/dm3 3 HAHA水溶液中，水本身的水溶液中，水本身的电离可忽略，即由电离可忽略，即由 H2O H3O+产生的产生的H3O+400则则 OH=（Kbc)0.5=(2.03 105 0.100)0.5 =1.42 103(mol/dm3)pH=14.0 pOH=14.0 2.85=11.15第13页，此课件共64页哦二、多元弱酸弱碱的电离平衡二、多元弱酸弱碱的电离平衡二、多元弱酸弱碱的电离平衡二、多

11、元弱酸弱碱的电离平衡分部电离分部电离 H2S：H2S +H2O H3O+HS KKa1 a1=H=H3 3OO+HS HS /H2S =9.1 10 1088 HS+H2O H3O+S2 KKa2a2 =H=H3 3OO+S S2 2 /HS/HS =1.1 10 101212一般来说，第二部电离较第一步电离更难，一般来说，第二部电离较第一步电离更难，Ka1 a1 较较较较KKa2 a2 大几个数量级。大几个数量级。大几个数量级。大几个数量级。第14页，此课件共64页哦例例1 1：解：解：H2S +H2O H3O+HS 平衡浓度：平衡浓度：0.1-x x+y x-y HS+H2O H3O+S2

12、 x-y x+y y KKa1 a1=H=H3 3OO+HS HS /H2S =9.1 10 108 8 K Ka2 a2=H=H3 3OO+S S2 2 /HS/HS =1.1 10 101212 K Ka1 a1 KKa2 a2，且，且，且，且 c/Kc/Ka1a1 =0.1/=0.1/9.1 10 1088 400 400 HH3 3OO+x+y x （9.1 10 108 8 0.1 0.1)0.5=9.5 10 105 5（mol/dmmol/dm3 3）pH=4.02pH=4.02 计算0.10 mol/dmmol/dm3 3 H2S 水溶液的水溶液的水溶液的水溶液的HH3 3OO

13、+和和和和 SS2 2 ，以及，以及，以及，以及H2S 的电离度。的电离度。第15页，此课件共64页哦例例1 1：解：解：H2S +H2O H3O+HS 平衡浓度：平衡浓度：0.10-x x+y x-y HS+H2O H3O+S2 x-y x+y y SS2 2 =K=Ka2 a2 (HSHS /H/H3 3OO+)=K)=Ka2a2 (x-y/x+y)x x y y ，HSHS H H3 3OO+SS2 2 KKa2a2=1.1 10 1012 12（mol/dmmol/dm3 3）H2S的电离度的电离度的电离度的电离度 =x/c=x/c=9.5 10 105 5/0.10=/0.10=9.

14、5 10 104 4 （0.1%)可见：可见：可见：可见：溶液中绝大部分是未电离的溶液中绝大部分是未电离的溶液中绝大部分是未电离的溶液中绝大部分是未电离的H2S分子。分子。计算计算0.10 mol/dmmol/dm3 3 H2S 水溶液中的水溶液中的水溶液中的水溶液中的HH3 3OO+和和和和 SS2 2 ，以，以，以，以及及及及H2S 的电离度。的电离度。第16页，此课件共64页哦例例2 2：解：解：S S2 2 +H2O OH +HS HS+H2O OH +H2S K Kb1b1=K=Kw w/K/Ka2a2 =1.0=1.0 10 1014 14/1.1/1.1 10 1012 12=9

15、.1 109.1 103 3 K Kb2b2=K=Kw w/K/Ka1a1 =1.0=1.0 10 1014 14/9.1/9.1 10 108 8=1.1 101.1 107 7 K Kb1 b1 KKb2 b2，计算时不必考虑第二步电离计算时不必考虑第二步电离计算计算0.10 mol/dmmol/dm3 3 Na2S 水溶液中的水溶液中的水溶液中的水溶液中的 SS2 2 和和和和OHOH,以及以及以及以及 S S2 2 的电离度。的电离度。第17页，此课件共64页哦例例2 2：解：解：S S2 2 +H2O OH +HS 平衡浓度：平衡浓度：0.10 x x x c/K c/Kb1 b1=

16、0.10/0.10/9.1 109.1 103 3 =11 400=11 K Kb3 b3 溶液显酸性溶液显酸性三、两性离子的电离平衡三、两性离子的电离平衡三、两性离子的电离平衡三、两性离子的电离平衡试试定性定性说明为什么说明为什么 NaHNaHNaHNaH2 2 2 2POPOPOPO4 4 4 4 溶液显酸性溶液显酸性。H+H+第19页，此课件共64页哦多元弱酸弱碱多元弱酸弱碱 （小结）（小结）1.多元弱酸溶液中，多元弱酸溶液中，H3O+主要由第一步电离决定主要由第一步电离决定 可按一元酸来计算可按一元酸来计算 H3O+2.二元弱酸二元弱酸 H2A 溶液中，溶液中，A2 Ka23.多元弱碱

17、（如多元弱碱（如Na2S,Na2CO3,Na3PO4等）的情况与多元弱酸的相似，等）的情况与多元弱酸的相似，计算时用计算时用Kb代替代替Ka 即可。即可。4.两性物（两性物（H2PO4,HCO3 等）的酸碱性取决于相应酸常数和碱常等）的酸碱性取决于相应酸常数和碱常数的相对大小。（数的相对大小。（pH值的定量计算本课不要求）值的定量计算本课不要求）两种弱酸（弱碱）混合，当两者的浓度相近且两种弱酸（弱碱）混合，当两者的浓度相近且 Ka相差很大时，只相差很大时，只考虑考虑 Ka 大的，大的，来计算来计算 H3O+第20页，此课件共64页哦弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱盐盐的电离平衡的电离平衡 NH

18、4 4+Ac +H2O NH3H2O +HAc 0.10 x 0.10 x x x0.10 x 0.10 x x x K K 很小，很小，很小，很小，x x 很小，很小，很小，很小，0.10 0.10 x x 0.10 x x2 2/0.10/0.102 2=3.1=3.110105 5 x=NH3=HAc=(3.1 10107 7)0.5 0.5 =5.6 5.6 10104 4(mol/dm(mol/dm3 3)例：例：例：例：求求求求 0.100.10 mol/dmmol/dm3 3 NHNHNHNH4 4 4 4Ac Ac Ac Ac 溶液的溶液的 pHpH值值第21页，此课件共64页

19、哦弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱盐盐的电离平衡的电离平衡的电离平衡的电离平衡（接上页）（接上页）NH4 4+Ac +H2O NH3H2O +HAc 0.10 x 0.10 x x x0.10 x 0.10 x x x HAc +H2O H3O +Ac x y 0.10 x x y 0.10 x pH=7.00 pH=7.00例：例：例：例：求求求求 0.100.10 mol/dmmol/dm3 3 NHNHNHNH4 4 4 4Ac Ac Ac Ac 溶液的溶液的 pHpH值值第22页，此课件共64页哦弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱盐盐的电离平衡的电离平衡（接上页）（接上页）NH4 4+A

20、c +H2O NH3H2O +HAc 0.10 x 0.10 x x x0.10 x 0.10 x x x 第23页，此课件共64页哦第四节第四节第四节第四节 同离子效应和缓冲溶液同离子效应和缓冲溶液同离子效应和缓冲溶液同离子效应和缓冲溶液一一一一 同离子效应同离子效应同离子效应同离子效应（1）NH3 H2O +酚酞酚酞（粉红色粉红色）加入加入 NH4Cl(s)无色无色 NH3 +H2O OH +NH4+平衡左移平衡左移 加入加入 NH4+使使 NH3 电离度降低电离度降低（2）HAc +甲基橙甲基橙（橘红色橘红色）加入加入 NaAc(s)黄色黄色 HAc +H2O H3O+Ac 平衡左移平衡

21、左移 加入加入 Ac 使使 HAc 电离度降低电离度降低第24页，此课件共64页哦同离子效应：同离子效应：同离子效应：同离子效应：在弱电解质溶液中，加入含有共同离子的强电解质而使电离平衡在弱电解质溶液中，加入含有共同离子的强电解质而使电离平衡向左移动，从而降低弱电解质电离度的现象，称为同离子向左移动，从而降低弱电解质电离度的现象，称为同离子效应。效应。用同离子效应来控制溶液的用同离子效应来控制溶液的pH值；值；通过调节通过调节pH值来控制共轭酸碱对的浓度。值来控制共轭酸碱对的浓度。（1）调节）调节pH值，可控制溶液中共轭酸碱对的比例：值，可控制溶液中共轭酸碱对的比例：例例1 HAc +H2O

22、H3O+Ac H3O+Ka 即即 pH pKa 时，时，Ac-/HAc 1,以以 HAc 为主为主H3O+=Ka 即即 pH=pKa 时，时，Ac-/HAc=1,Ac与与 HAc 浓度相等浓度相等H3O+pKa 时，时，Ac-/HAc 1,以以 Ac 为主为主第25页，此课件共64页哦例例例例2 2 2 2 酸碱指示剂：酸碱指示剂：酸碱指示剂：酸碱指示剂：例如：例如：酚酞是有机弱酸（酚酞是有机弱酸（HIn)HIn)HIn +H2O H3O+In 无色无色 紫红色紫红色当溶液中当溶液中H3O+增大增大，In HAc,溶液呈紫红色溶液呈紫红色K KHInHIn是确定指示剂变色范围的依据，是确定指示

23、剂变色范围的依据，pKpKHINHIN 1 称为指示剂的变色范围称为指示剂的变色范围指示剂酸色形碱色形pKHIn变色范围pH值(18C)甲基橙(弱碱)红黄3.43.1 4.4百里酚蓝（二元弱酸）红（H2In)蓝（In2）1.65(pK,H2In)9.20(pK,HIn)1.2 2.88.0 9.6酚酞无色红9.18.2 10.0第26页，此课件共64页哦例例例例3 3 3 3 调节调节调节调节H H H H2 2 2 2S S S S水溶液的水溶液的水溶液的水溶液的pHpHpHpH值，控制值，控制值，控制值，控制S S S S2-2-2-2-的浓度（硫化物的分离）的浓度（硫化物的分离）的浓度（

24、硫化物的分离）的浓度（硫化物的分离）H2S+H2O H3O+HS HS +H2O H3O+S2当当 H3O+Ka1,(HS/H2S)H3O+Ka2,以以 HS 为主为主 H3O+1,以以 S2 为主为主合并合并和和式：式：H2S +2H2O 2H3O+S2 当当 pH 5pH Ksp 时，沉淀从溶液中析出（溶液过饱和）时，沉淀从溶液中析出（溶液过饱和）(2)Q=Ksp 时，沉淀与饱和溶液的平衡时，沉淀与饱和溶液的平衡(3)QKsp 时，溶液不饱和，若体系中有沉淀，时，溶液不饱和，若体系中有沉淀，(4)则沉淀会溶解则沉淀会溶解Q=Am+nBn-m第54页，此课件共64页哦例：（例：（1 1）往盛

25、有）往盛有1.0 dm1.0 dm3 3纯水中加入纯水中加入0.1 cm0.1 cm3 3浓度为浓度为0.01 mol dm0.01 mol dm-3-3 的的CaClCaCl2 2和和NaNa2 2COCO3 3:CaCa2+2+=CO=CO3 32-2-=0.1=0.1 1010-3-3 0.01/1.0 0.01/1.0 =10 =10-6-6 mol dmmol dm-3-3 Q Q=CaCa2+2+CO CO3 32-2-=10=10-12-12 K Kspsp,CaCO3,CaCO3 因此有因此有CaCOCaCO3 3沉淀生成。沉淀生成。第55页，此课件共64页哦三、沉淀溶解平衡的

26、移动三、沉淀溶解平衡的移动三、沉淀溶解平衡的移动三、沉淀溶解平衡的移动（1 1）沉淀的生成）沉淀的生成）沉淀的生成）沉淀的生成 当 时有沉淀生成第56页，此课件共64页哦例例1 1、向、向1.0 101.0 10-3-3 mol mol dmdm-3-3 的的K K2 2CrOCrO4 4溶液中滴加溶液中滴加AgNOAgNO3 3溶液溶液,求开始求开始有有AgAg2 2CrOCrO4 4沉淀生成时的沉淀生成时的AgAg+?CrO?CrO4 42-2-沉淀完全时沉淀完全时,Ag,Ag+=?=?解解:Ag:Ag2 2CrOCrO4 4 2Ag2Ag+CrO+CrO4 42-2-KspKsp=Ag=

27、Ag+2 2 CrO CrO4 42-2-CrOCrO4 42-2-沉淀完全时的浓度为沉淀完全时的浓度为1.0 101.0 10-6-6 mol mol dmdm-3-3故有故有第57页，此课件共64页哦例例2、向向0.1 mol dm-3 的的ZnCl2溶液中通溶液中通H2S气体至饱和时，溶液中刚气体至饱和时，溶液中刚有有ZnS沉淀生成，求此时溶液的沉淀生成，求此时溶液的H+=?解解:ZnS Zn2+S2-H2S 2H+S2-=0.21 mol dm-3第58页，此课件共64页哦(2)(2)沉淀的溶解沉淀的溶解Q Ksp 时,沉淀发生溶解，使Q减小的方法有 (1)利用氧化还原方法降低某一离子

28、的浓度。(2)生成弱电解质。第59页，此课件共64页哦例、使例、使0.01 mol SnS0.01 mol SnS溶于溶于1 dm1 dm-3-3 的盐酸中，求所需盐酸的最低浓度的盐酸中，求所需盐酸的最低浓度 =?解解:SnSSnS SnSn2+2+S+S2-2-KspKsp=Sn=Sn2+2+SS2-2-故所需盐酸的起始浓度为故所需盐酸的起始浓度为:0.96+0.02=0.98mol:0.96+0.02=0.98mol L L-1-10.01 mol SnS0.01 mol SnS溶解将产生溶解将产生0.01 mol0.01 mol的的H H2 2S S H H2 2S S 2H 2H+S+

29、S2-2-第60页，此课件共64页哦(3)(3)沉淀的转化沉淀的转化沉淀的转化沉淀的转化 由一种沉淀转化为另一种沉淀的过程由一种沉淀转化为另一种沉淀的过程,如如:BaCO3+CrO42-BaCrO42-+CO32-(4)(4)(4)(4)分步沉淀分步沉淀分步沉淀分步沉淀在在一一定定条条件件下下使使一一种种离离子子先先沉沉淀淀而而其其他他离离子子在在另另一一条条件件下下沉沉淀淀的的现现象象。对对同同一一类类型型的的沉沉淀淀，KspKsp越越小小越越先先沉沉淀淀，且且KspKsp相相差差越越大大分分步步沉沉淀淀越越完完全全，对对不不同同类类型型的的沉沉淀淀，其其沉沉淀淀先先后后顺顺序序要要通通过过

30、计计算算才能确定。才能确定。第61页，此课件共64页哦例例1 1：如果溶液中：如果溶液中FeFe3+3+和和MgMg2+2+的浓度均为的浓度均为0.10 mol0.10 mol dmdm-3-3,使使FeFe3+3+定量沉淀而使定量沉淀而使MgMg2+2+不沉淀的条件是什么不沉淀的条件是什么?解解:Fe(OH):Fe(OH)3 3 Fe Fe3+3+3OH+3OH-K Kspsp=Fe=Fe3+3+OHOH-3 3=4.0 10=4.0 10-39-39 Fe Fe3+3+沉淀完全时的沉淀完全时的OHOH-为为:pOH=10.8,pH=3.2pOH=10.8,pH=3.2第62页，此课件共64

31、页哦MgMg开始沉淀的开始沉淀的pHpH值为值为:pOH=4.9,pH=9.1pOH=4.9,pH=9.1因此因此,只要控制只要控制pHpH值在值在3.2 9.13.2 9.1之间即可使之间即可使FeFe3+3+定量沉淀而使定量沉淀而使MgMg2+2+不不沉淀。沉淀。第63页，此课件共64页哦例例2 2、如果溶液中、如果溶液中ZnZn2+2+和和FeFe2+2+的浓度均为的浓度均为0.10 mol0.10 mol dmdm-3-3,能否利用通入能否利用通入H H2 2S S气体使气体使ZnZn2+2+和和FeFe2+2+定量分离？定量分离？ZnZn2+2+和和FeFe2+2+分离完全的分离完全的PHPH值为多少值为多少?解：解：ZnZn2+2+H+H2 2S ZnS+2HS ZnS+2H+-1 -1 Fe Fe2+2+H+H2 2S FeS+2HS FeS+2H+-2 -2第64页，此课件共64页哦