第七章 酸碱平衡与酸碱滴定法优秀课件.ppt
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1、第七章 酸碱平衡与酸碱滴定法第1页,本讲稿共60页5、掌握酸碱滴定原理、指示剂的变色原理、变色范围及指示剂的选择原理 6、理解各种酸碱滴定的滴定曲线。7、了解影响滴定突跃范围的因素,掌握弱酸弱碱能被准确滴定的条件,以及多元酸、多元碱能被准确滴定及分步滴定的条件。8、熟悉各种滴定方式,并能设计常见酸、碱的滴定分析方案。第2页,本讲稿共60页v教学重点:1、弱酸弱碱的解离平衡,酸碱水溶液的酸度、质子条件及有关离子浓度和缓冲溶液酸度的近似计算。2、酸碱滴定原理、指示剂的变色原理、变色范围及指示剂的选择原则。v教学难点:弱酸弱碱的解离平衡,酸碱水溶液的酸度、质子条件及有关离子浓度和缓冲溶液酸度的近似计
2、算。第3页,本讲稿共60页第一节 酸碱质子理论v酸碱理论发展史:17世纪中叶,波意尔提出,酸是有酸味的,并能使蓝色石蕊变红色的物质,碱是有涩味的,并能使红色石蕊变蓝色的物质。18世纪后期,化学研究使人们从物质的内在性质来认识酸碱,拉瓦锡提出氧元素是酸的必要成分。19世纪初叶,盐酸、氢碘酸、氢氰酸等物质均不含氧元素而皆含氢元素,于是戴维又提出氢元素是酸的基本元素。19世纪80年代,瑞典化学家阿仑尼乌斯第一次提出了酸碱电离理论:在水中电离生成的阳离子全部是氢离子的物质是酸,在水中电离生成的阴离子全部是氢氧根离子的物质是碱。在1923年布朗斯特和劳瑞各自独立提出了酸碱质子理论,凡能给出质子的物质是酸
3、;凡能接受质子的物质是碱。1923年路易斯又提出了酸碱电子理论,凡能接受电子对的物质是酸,凡能给出电子对的物质是碱。第4页,本讲稿共60页一、质子酸碱的概念1、概念:在1923年布朗斯特和劳瑞各自独立提出了酸碱质子理论,凡能给出质子(H+)的物质是酸;凡能接受质子(H+)的物质是碱。酸给出质子以后变为它的共轭碱,这种酸碱之间的关系称为共轭酸碱对如:酸 质子 +共轭 碱 HA H+A-HCl H+Cl-NH4+H+NH3H2CO3 H+HCO3-HCO3-H+CO3 2-(CH2)6N4H+H+(CH2)6N4Fe(H2O)63+H+Fe(OH)(H2O)52+在酸碱质子理论中,酸和碱可以是中性
4、分子、阳离子或阴离子。象HCO 3 在一定条件下既能给出质子,作为酸参加反应,又能接第5页,本讲稿共60页 接受质子作为碱参加反应,称为两性物质。如H2PO4-、HPO42-HSO3-二、酸碱反应v酸碱反应是酸碱相互作用,发生质子转移,分别转化为各自的共轭碱和共轭酸的反应。就是两个共轭碱酸对之间的质子转移的反应。v例:半反应1:HCl(酸1)=H+Cl-(碱1)半反应2:H+NH3(碱2)=NH4+(酸2)总反应:HCl(酸1)+NH3(碱2)=NH4+(酸2)+Cl-(碱1)三、水溶液中的酸碱反应及其平衡常数1、水的质子自递反应 H2O(酸1)+H2O(碱2)H3O+(酸2)+OH-(碱1)
5、H2O H+OH-与浓度、压力无关,而与温度有关,250C时 =1.010-14第6页,本讲稿共60页2、酸、碱的解离及酸、碱的强度v 一元弱酸的解离:HAc+H2O H3O+Ac-HAc H+Ac-v一元弱碱的解离:Ac-+H2O HAc+OH-第7页,本讲稿共60页v多元弱酸的分步解离:v H2CO3 H+HCO3-v HCO3-H+CO32-第8页,本讲稿共60页v多元弱碱的分步解离:v H2O+CO32-HCO3-+OH-vHCO3-+H2O OH-+H2CO3第9页,本讲稿共60页v三元弱酸的解离H3PO4和三元弱碱PO43-Ka与Kb之间的关系。v例:已知H2C2O4的 求?第10
6、页,本讲稿共60页第二节 影响酸碱平衡的因素 一、稀释作用 1、解离度:电解质在水溶液中达到解离平衡时,已电离的电解质的分子数与分子总数的比值称为电离度即解离的百分率。用表示。解离度与溶液的浓度、温度和电解质本性有关。v例:HA H+A-v若向溶液中加水稀释,使溶液的体积变为原来的n倍,则此时反应商为Q第11页,本讲稿共60页 稀释后,平衡正向移动,即弱酸弱碱的解离度随溶液浓度的减小而增大。v例:HA H+A-起始浓度mol/L c0 0 0 平衡浓度mol/L c0-c0 co co当第12页,本讲稿共60页 二、同离子效应 HAc H+Ac-Ac-+H2O HAc+OH-在醋酸溶液中加入醋
7、酸钠使平衡向左移动,醋酸的电离度降低。v 同离子效应:在弱酸或弱碱的电离平衡中加入其共轭碱或共轭酸,使平衡向着降低弱酸或弱碱解离度方向移动的作用,称为同离子效应。如氨水中加入氯化氨。v盐效应:在弱电解质溶液中加入不含相同离子的强电解质,使弱电解质解离度增加的效应,称为盐效应。如在醋酸溶液中加入氯化钠或硝酸钾使醋酸的解离度增大。例7-2第13页,本讲稿共60页三、酸度对弱酸(碱)型体分布的影响1、酸(碱)的浓度和溶液的酸(碱)度v 酸(碱)的浓度又叫酸(碱)的分析浓度或总浓度。常用co表示,它是指某溶液中所含的某酸(碱)总的物质的量浓度。如HAc溶液中,由于解离平衡醋酸在溶液中存在两种型体即Ac
8、-和HAc,则酸的分析浓度为:co=c(HAc)+c(Ac-)v 溶液的酸(碱)度是指溶液中所含H+(OH-)的浓度,严格说是指它们的活度。2、酸度对弱酸(碱)型体分布的影响 分布系数(酸效应系数):指某酸(碱)的各型体的平衡浓度在酸(碱)分析浓度co中所占的分数,用表示。第14页,本讲稿共60页v例:一元弱酸水溶液中各型体的分布vHA H+A-vco =c(HAc)+c(Ac-)则HA和A-的分布系数(HA)和(A-)分别为:v(HA)+(A-)=1v注意:分布系数与酸(碱)本性(Ka或Kb)、酸度有关,而与溶液的浓度无关。第15页,本讲稿共60页关于HAc的型体分布图的几点说明:(1)对于
9、一元弱酸,当pHpKa时以A-为主要型体;当pH=pKa时两种型体各占一半。(2)分布系数与Ka和H+有关。(3)对于一元弱碱,将Kb用Ka来表示如NH3水溶液中第16页,本讲稿共60页v二元弱酸水溶液中各型体的分布:vH2A H+HA-vHA-H+A2-第17页,本讲稿共60页第18页,本讲稿共60页v三元弱酸的分布系数:第19页,本讲稿共60页第20页,本讲稿共60页第三节 酸碱水溶液酸度的计算一、质子条件式(PBE)v 当反应达到平衡后酸失去质子数与碱得到质子数必然相同。这就是质子条件式或质子等衡式。v质子条件式的书写:1、选择物质作参考水准,称为零水准,在水溶液中大量存在并参与质子转移
10、的物质。2、写出得失质子的方程式。3、根据得失质子数目相等写出质子条件式。v例HAc的水溶液 HAc H+Ac-H2O H+OH-质子条件式 c(H+)=c(Ac-)+c(OH-)例NH3的水溶液 NH3 H2O NH4+OH-H2O H+OH-v质子条件式 c(OH-)=c(NH4+)+c(H+)第21页,本讲稿共60页写出下列物质的质子条件式(PBE)1、硫氢化钠(NaHS)C(H+)+c(H2S)=c(OH-)+c(S2-)2、盐酸和硼酸(HCl、H3BO3)c(H+)=c(Cl-)+c(H2BO3-)+c(OH-)3、氢氧化钾和碳酸钠(KOH、Na2CO3)c(H+)+2c(H2CO3
11、)+c(HCO3-)+c(K+)=c(OH-)4、磷酸二氢铵(NH4H2PO4)c(H3PO4)+c(H+)=c(NH3)+c(OH-)+c(HPO42-)+2c(PO43-)5、氰化铵(NH4CN)c(H+)+c(HCN)=c(OH-)+c(NH3)第22页,本讲稿共60页二、一元弱酸、弱碱水溶液酸度的计算例HA的水溶液 HA H+A-H2O H+OH-质子条件式 c(H+)=c(OH-)+c(A-)第23页,本讲稿共60页v当 c0-c(H+)c0 时,v当 时,c0-c(H+)c0 这是计算一元弱酸氢离子浓度的最简式。v当第24页,本讲稿共60页v一元弱碱pH计算公式v当 c0-c(OH
12、-)c0 时,v当 时,c0-c(OH-)c0 这是计算一元弱碱氢氧根离子浓度的最简式。v当第25页,本讲稿共60页例1、计算0.10molL-1NH3溶液的 pH值?pH=11.11例2、计算1.010-4molL-1NaCN溶液的 pH值?pH=9.52第26页,本讲稿共60页三、多元弱酸、弱碱水溶液酸度的计算 对一般的弱酸 Ka1/Ka2104,即溶液中第一级电离远远大于第二级电离,且第一级解离生成的H+对第二级解离有抑制作用,故一般二级解离可以忽略。按一元弱酸的公式计算。例1、室温时,H2CO3饱和溶液的浓度约为0.040mol/L,计算溶液的pH值?pH=3.94例2、计算分析浓度c
13、(H2C2O4)=0.10mol/LH2C2O4水溶液的pH值?(pH=1.28)第27页,本讲稿共60页 补充:弱酸混合溶液酸度的计算设有一元弱酸HA和HB的混合溶液,其浓度分别为 c(HA)mol/L和c(HB)mol/L,解离常数为 则 PBE:c(H+)=c(A-)+c(B-)+c(OH-)当第28页,本讲稿共60页例:计算0.10mol/LHF和0.20mol/LHAc混合溶液的pH值?pH=2.08四、:两性物质水溶液酸度的计算两性物质是指既能给出质子又能接受质子的一类物质。例:NaHA的PBE:c(H+)+c(H2A)=c(A2-)+c(OH-)第29页,本讲稿共60页v当v当v
14、当第30页,本讲稿共60页 五、缓冲溶液 1、缓冲溶液的组成及原理v缓冲溶液的定义:能够抵抗外加的少量酸、碱或适量的稀释而保持酸度基本不变的溶液,称为缓冲溶液。v缓冲溶液的组成:v由弱的共轭酸碱对组成;如:HAcAc-;NH3NH4+;H2CO3-HCO3-;HCO3-CO32-;H2PO4-HPO42-;(CH2)6N4H+(CH2)6N4v 强酸或强碱溶液;v弱酸弱碱盐如NH4Ac。v解释NH3NH4Cl缓冲作用原理。第31页,本讲稿共60页缓冲作用原理:以HAc-NaAc缓冲体系为例来说明:HAc H+Ac-由于同离子效应,互为共轭酸碱对的HAc和Ac-相互抑制了对方的解离,溶液中存在大
15、量的HAc和Ac-离子,当外加少量的酸后,Ac-与外来的少量酸结合使平衡左移c(HAc)分子的浓度略有增大,c(Ac-)的浓度略有减少,而溶液中c(H+)浓度几乎不变,pH值几乎不变。第32页,本讲稿共60页 2、缓冲溶液pH的计算v以弱酸HA和其共轭碱A-组成缓冲对为例来推导缓冲溶液的计算公式:HA H+A-用ca或cb 来表示酸及其共轭碱的浓度,即 c(HA)=ca c(A-)=cb 第33页,本讲稿共60页缓冲溶液的计算例1、计算0.025mol/LKH2PO40.025mol/LNa2HPO4缓冲溶液的pH值?(pH=7.20)3、缓冲溶液的配制 缓冲溶液配制的原则:(1)选择合适的缓
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