第二章 电解质溶液与离子平衡.ppt

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1、第二章 电解质溶液与离子平衡现在学习的是第1页，共50页第一节 强电解质溶液理论解离度解离度(degree of dissociation)：电解质的解离程度。电解质的解离程度。电解质电解质：在水溶液中或熔化状态下能导电的化合物。在水溶液中或熔化状态下能导电的化合物。强电解质强电解质：水溶液中能水溶液中能完全完全解离成离子的化合物。解离成离子的化合物。弱电解质弱电解质：水溶液中水溶液中部分部分解离成离子的化合物。解离成离子的化合物。如如NaCl、NaOH如如HAc、NH3现在学习的是第2页，共50页第一节第一节 强电解质溶液理论强电解质溶液理论根据定义，强电解质在水中完全解离，根据定义，强电解

2、质在水中完全解离，=100%几种强电解质的表观解离度几种强电解质的表观解离度(0.10molL-1,298K)电解质电解质 KCl HCl HNO3 H2SO4 NaOH Ba(OH)2 ZnSO4 (%)86 92 92 61 91 81 40 100%现在学习的是第3页，共50页一、离子相互作用理论一、离子相互作用理论1.强电解质在水中完全解离；强电解质在水中完全解离；-+-+-2.离子间通过静电力相互作用；离子间通过静电力相互作用；3.离子氛和离子对限制了离子的运动。离子氛和离子对限制了离子的运动。离子氛离子氛(ion atmosphere):某一离子相反电荷的离子包围形成。某一离子相反

3、电荷的离子包围形成。离子对离子对：正、负离子部分缔合形成。：正、负离子部分缔合形成。现在学习的是第4页，共50页 由于由于离子氛（对）离子氛（对）的存在，使得每个离子不能完全发挥的存在，使得每个离子不能完全发挥其作为独立的自由离子的作用，好像是其作为独立的自由离子的作用，好像是自由运动的离子数自由运动的离子数减少减少一样。一样。100%一、离子相互作用理论一、离子相互作用理论 强电解质溶液的浓度越大，离子所带电荷多，离子氛（对）作强电解质溶液的浓度越大，离子所带电荷多，离子氛（对）作用越强，解离度下降得越显著。用越强，解离度下降得越显著。表观解离度表观解离度强电解质：强电解质：表示溶液中离子间

4、相互牵制作用的大小。表示溶液中离子间相互牵制作用的大小。弱电解质：弱电解质：反映电解质解离的百分数。反映电解质解离的百分数。现在学习的是第5页，共50页二、离子的活度和活度系数二、离子的活度和活度系数 1.1.活度（活度（）：离子的有效浓度离子的有效浓度2.2.活度系数活度系数 一般一般 1H2SO4HClHNO3 冰醋酸的碱性较水弱冰醋酸的碱性较水弱Ka=2107Ka=1.3106Ka=1.0103 Ka=22 现在学习的是第22页，共50页酸碱质子理论酸碱质子理论 酸碱质子理论扩大了酸碱质子理论扩大了酸碱的含义酸碱的含义和和酸碱反应的范围酸碱反应的范围，摆脱了，摆脱了酸碱必须在水中发生的局

5、限性，解决了酸碱必须在水中发生的局限性，解决了一些非水溶剂或气体间的酸一些非水溶剂或气体间的酸碱反应碱反应，并把水溶液中进行的离子反应系统地归纳为，并把水溶液中进行的离子反应系统地归纳为质子传递的酸碱质子传递的酸碱反应反应。这样，加深了人们对于酸碱和酸碱反应的认识。关于酸碱的这样，加深了人们对于酸碱和酸碱反应的认识。关于酸碱的定量定量标度标度问题，酸碱质子理论亦能象解离理论一样，应用问题，酸碱质子理论亦能象解离理论一样，应用平衡常数平衡常数来来定量地衡量在某溶剂中定量地衡量在某溶剂中酸或碱的强度酸或碱的强度，这就使酸碱质子理论得到广泛应，这就使酸碱质子理论得到广泛应用。用。但是，酸碱质子理论只

6、限于但是，酸碱质子理论只限于质子的放出和接受质子的放出和接受，所以，所以必须含有氢必须含有氢，这就不能解释不含氢的一类的反应。这就不能解释不含氢的一类的反应。总结：总结：SOSO3 3+CaO:CaSO+CaO:CaSO4 4现在学习的是第23页，共50页三、酸碱电子理论三、酸碱电子理论凡能给出电子对的物质称为凡能给出电子对的物质称为碱碱(Lewis base)凡能接受电子对的物质称为凡能接受电子对的物质称为酸酸(Lewis acid)（一）（一）酸碱定义酸碱定义（二）酸碱反应的实质（二）酸碱反应的实质 是是配位键配位键的形成并生成的形成并生成酸碱配合物酸碱配合物。酸酸 碱碱 酸碱配合物。酸碱

7、配合物。(电子对接受体电子对接受体)()(电子对给予体电子对给予体)H H+:OH:OH-H H：OHOH HCl +:NH HCl +:NH3 3 HNH HNH3 3 BF BF3 3 +:F +:F-FB FB3 3 Cu Cu2+2+4:NH 4:NH3 3 Cu(NH Cu(NH3 3)4 4 SOSO3 3+CaO:CaSO+CaO:CaSO4 4现在学习的是第24页，共50页第三节第三节 水溶液中的质子转移平衡及有关计算水溶液中的质子转移平衡及有关计算一、水的质子自递作用和溶液的一、水的质子自递作用和溶液的pHpH值值（一）、水的质子自递作用（一）、水的质子自递作用H2O +H2

8、OH+H3O+OH-或或 H2O H+OH-H+OH-=K H2O=Kw （水的离子积常数）（水的离子积常数）298K时：任何物质的水溶液中，其时：任何物质的水溶液中，其 H+OH-=Kw=1.010-14两性物质两性物质现在学习的是第25页，共50页Kw 的意义的意义水的解离是吸热反应，当温度升高时水的解离是吸热反应，当温度升高时Kw增大。增大。水的离子积常数与温度的关系水的离子积常数与温度的关系T/KKw2731.510-152917.410-152951.0010-142981.2710-143235.610-143737.410-13一定温度时，水溶液中一定温度时，水溶液中H+和和OH

9、-之积为一常数。之积为一常数。现在学习的是第26页，共50页（二）溶液的酸碱性（二）溶液的酸碱性（pH值）值）pH=-lgH+pOH=-lgOH-中性溶液中性溶液 H+=OH-=1.00 10-7molL-1酸性溶液酸性溶液 H+1.00 10-7molL-1OH-碱性溶液碱性溶液 H+1.00 10-7molL-1500 H+=1.3210-3(molL-1)（一）一元弱酸溶液（一）一元弱酸溶液现在学习的是第29页，共50页【例例2-6】计算计算1.3410-4 molL-1丙酸丙酸(HPr)溶液的溶液的 H+和和pH。已知。已知Ka=1.3810-5。解：解：3.6710-5(molL-1

10、)pH4.44现在学习的是第30页，共50页【例例2-7】计计算算0.10molL-1NH4Cl溶溶液液的的pH值值。已已知知NH4+的的Ka=5.5910-10。解：解：NH4Cl在在水水溶溶液液中中完完全全解解离离为为NH4+和和Cl-，浓浓度度均均为为0.10molL-1。Cl-为为极极弱弱的的碱碱,故故对对溶溶液液酸酸碱碱性性影影响响极极小小,通常可以忽略不计。而通常可以忽略不计。而NH4+是弱酸。是弱酸。/Ka=500 H+=7.4810-6(molL-1)pH=-lg7.4810-6=5.13现在学习的是第31页，共50页（二）一元弱碱溶液（二）一元弱碱溶液H+现在学习的是第32页

11、，共50页【例例2-9】计算计算0.10molL-1NaAc溶液的溶液的pHpH值。已知值。已知HAc的的Ka=1.7410-5。解：解：c/Kb 500现在学习的是第33页，共50页（三）（三）多元弱酸溶液多元弱酸溶液能释放出多个质子的弱酸称为能释放出多个质子的弱酸称为多元弱酸多元弱酸 总的解离总的解离 任何多元弱酸中：任何多元弱酸中：离解特点：部分解离；分步解离。离解特点：部分解离；分步解离。如：如：=8.9110-8=1.1210-12H2S S2-+2H+以第一步为主以第一步为主,当作当作一一元弱酸元弱酸处理。处理。H2S S2-+2H+现在学习的是第34页，共50页【例例2-10】计

12、算计算0.10molL-1H2S溶液中的溶液中的H+、HS-及及S2-。已知已知Ka1=8.9110-8，Ka2=1.12 10-12。解：设H+=molL-1HS-H+9.44 10-5molL-1可直接用一元弱酸的近似公式计算：H+=9.4410-5molL-1忽略第二步电离/Ka1=500 9.4410-5 9.4410-5 x=1.121010-12 S2-=x=1.1210-12 molL-1S2-Ka2现在学习的是第35页，共50页（三）（三）多元弱酸溶液多元弱酸溶液 结论：结论：当多元弱酸的当多元弱酸的Ka1 Ka2 Ka3、Ka1Ka2102时，时，可当作一元弱酸处理，求可当作

13、一元弱酸处理，求H+。多元弱酸第二步质子传递平衡所得的共轭碱的浓度近多元弱酸第二步质子传递平衡所得的共轭碱的浓度近似等于似等于Ka2，与酸的浓度关系不大。与酸的浓度关系不大。H3PO4溶液中，溶液中，HPO42-=Ka2现在学习的是第36页，共50页（四）多元弱碱溶液（四）多元弱碱溶液能够接受多个质子的碱称为能够接受多个质子的碱称为多元碱多元碱,例如例如CO32-、S2-、PO43-等等.如：如：=Kw=Kw/=1.0010-14/(4.6810-11)=2.1410-4 同理：同理：=Kw/=1.0010-14/(4.4710-7)=2.2410-8以第一步质子转移平衡为主以第一步质子转移平

14、衡为主现在学习的是第37页，共50页【例例2-11】计算计算0.100molL-1Na2CO3溶液的溶液的pH值值Kb1=Kw/Ka2=1.010-14/(4.6810-11)=2.1410-4=1.01010-14/(4.461010-7)=2.241010-8 Kb2=Kw/Ka1pOH=2.33pH=14.00-2.33=11.67现在学习的是第38页，共50页（五）两性物质溶液（五）两性物质溶液 既能结合质子又能释放质子的物质为既能结合质子又能释放质子的物质为两性物质两性物质。比较重要的。比较重要的两性物质有三类。两性物质有三类。两性阴离子溶液两性阴离子溶液HA-+H2O H3O+A2

15、-或或 HA-H+A2-HA-+H2O H2A+OH-设设H2A+H+=A2-+OH-根据质子平衡根据质子平衡 H+=A2-+OH-H2A 现在学习的是第39页，共50页又又近似处理：近似处理：若若则则再根据再根据H2A的两步解离平衡，得：的两步解离平衡，得：现在学习的是第40页，共50页【例例2-12】计算计算0.10molL-1NaHCO3溶液的溶液的pH值。值。解：解：=4.9010-9(molL-1)pH=9 lg 4.90=8.31现在学习的是第41页，共50页2.弱酸弱碱组成的两性物质溶液弱酸弱碱组成的两性物质溶液以以NH4Ac为例：为例：NH4+H2O NH3+H3O+Ac-+H

16、2O HAc+OH-现在学习的是第42页，共50页近似处理：近似处理：若若则则【例例2-13】计算计算 0.10 molL-1 NH4Ac 溶液的溶液的 pH 值，已知值，已知NH4+的的Ka为为5.5910-10，HAc的的Ka为为1.7610-5。解：解：c Ka 20Kw c 20Ka pH=8 lg 9.92=7.00现在学习的是第43页，共50页3.氨基酸（氨基酸（NH3+RCOO-）以甘氨酸为例：以甘氨酸为例：NH3+CH2COO-+H2O NH2CH2COO-+H3O+Ka=1.5610-10Kb=2.2410-12NH3+CH2COO-+H2O NH3CH2COOH+OH-根据

17、与前面类似推导，得：根据与前面类似推导，得：pH=7lg 8.34=6.08现在学习的是第44页，共50页（六）同离子效应和盐效应（六）同离子效应和盐效应1.同离子效应同离子效应 0.10 molL-1NH3H2O+酚酞酚酞 红红 少量少量NH4Ac(s)颜色变浅颜色变浅在弱电解质溶液中加入含有相同离子的强电解质，将使弱电解质在弱电解质溶液中加入含有相同离子的强电解质，将使弱电解质解离度下降的现象，称为同离子效应。解离度下降的现象，称为同离子效应。如：如：现在学习的是第45页，共50页如：如：NH3H2O-NH4AcNH4Ac NH4+Ac-NH4+平衡向左移动，平衡向左移动，。解释：解释：平

18、衡移动原理平衡移动原理（六）同离子效应和盐效应（六）同离子效应和盐效应 pH OH-现在学习的是第46页，共50页【例例2-14】计计算算0.10molL-1HAc溶溶液液的的H+和和解解离离度度。如如果果在在1L该该溶溶液液中中加加入入0.10molNaAc，则则溶溶液液中中H+和和HAc的的解解离离度度各各为为多少多少?已知已知HAc的的Ka=1.7410-5。解：解：HAc H+Ac-NH4Ac NH4+Ac-平衡时平衡时H+2=molL-1则平衡时则平衡时 Ac-=(0.10+)0.10 HAc =(0.10 )0.10现在学习的是第47页，共50页2.2.盐效应盐效应 在弱电解质溶液

19、中加入不含相同离子的强电解质，将在弱电解质溶液中加入不含相同离子的强电解质，将使弱电解质的解离度略有增大的现象。使弱电解质的解离度略有增大的现象。如如：0.10molL-1 HAc =1.33%+0.10molL-1 NaCl =1.70%解释：解释：用活度的概念用活度的概念 注意注意：在发生同离子效应的同时在发生同离子效应的同时,也存在着盐效应。二者结果正好相反，也存在着盐效应。二者结果正好相反，但同离子效应远远超过盐效应。所以但同离子效应远远超过盐效应。所以通常情况下通常情况下,可以忽略盐效应。在可以忽略盐效应。在一般计算中一般计算中,也可不予考虑也可不予考虑。现在学习的是第48页，共50

20、页习题习题1.根据酸碱质子理论，下列物质既是酸又是碱的是根据酸碱质子理论，下列物质既是酸又是碱的是 A、HCO3 B、H2S C、NH4+D、Ac2.往往1L 0.1mol/L氨氨水水溶溶液液中中加加入入少少量量NH4Cl固固体体,将将引引起起的的变化是变化是 A、氨水的氨水的Kb增大增大 B、氨水的氨水的pH值增大值增大 C、氨水的氨水的减小减小 D、氨水的氨水的Kb减小减小3.下列各组溶液中下列各组溶液中,不属于酸碱共轭关系的是不属于酸碱共轭关系的是 A、H2OOH-B、NH3NH4+C、H3PO4HPO42-D、HClCl-现在学习的是第49页，共50页4已已知知HCOOH在在298K时

21、时,Ka=1.7710-4，求求其其共共轭轭碱碱的的Kb是是多少？多少？(习题习题8）解：解：Kb=Kw/Ka=10-14/(1.7710-4)=5.6510-115.计算下列溶液的计算下列溶液的pH值值 （习题（习题10）（1）0.20molL-1NH3水与水与0.20molL-1HCl等体积混合后的溶液。等体积混合后的溶液。（2）0.20molL-1NaOH与与0.20molL-1HAc等体积混合后的溶液。等体积混合后的溶液。解：解：(1)混合后，全部生成浓度为混合后，全部生成浓度为0.1molL-1的的NH4Cl:Ka(NH4+)=Kw/Kb=10-14/(1.7910-5)=5.5910-10c/Ka500 H+=(molL-1)pH=5.13(2)混合后，全部生成浓度为混合后，全部生成浓度为0.1molL-1的的NaAc现在学习的是第50页，共50页