医学基础化学第三章电解质溶液.ppt
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1、第三章 电解质溶液Electrolyte Solutions第一节 强电解质溶液理论1强电解质和弱电解质1.定义:电解质是溶于水中或熔融状态下能导电的化合物,这些化合物的水溶液称为电解质溶液。+第一节 强电解质溶液理论电解质可分为强电解质和弱电解质两类。在水溶液中能完全解离成离子的化合物就是强电解质。例如 NaNa+ClCl-Na Na+ClCl-(离子型化合物离子型化合物)HClHCl H H+ClCl-(强极性分子强极性分子)弱电解质在水溶液中只能部分解离成离子的化合物。例如:HAcHAc H H+Ac +Ac-第一节 强电解质溶液理论解离度:达解离平衡时,已解离的分子数和分子总数之比。单
2、位为一,可以百分率表示。通常0.1 molkg-1溶液中,强电解质30%;弱电解质5%;中强电解质=5%30%。第一节 强电解质溶液理论例 某电解质HA溶液,其质量摩尔浓度b(HA)为0.1 molkg-1,测得此溶液的Tf为0.19,求该物质的解离度。解:设HA的解离度为,HA(aq)H+(aq)+A-(aq)平衡时/molkg-1 HA+H+A-=0.1(1+)molkg-1根据Tf=Kfb0.19 K=1.86 Kkgmol-10.1(1+)molkg-1=0.022=2.2%第一节 强电解质溶液理论2.强电解质溶液理论要点电解质离子相互作用,离子氛存在,致使离子间相互作用而互相牵制,表
3、观解离度不是100%。一种更为简单的离子对模型,虽然便于理解,但难以量化。第一节 强电解质溶液理论3.离子的活度和活度因子 活度:离子的有效浓度(表观浓度)小于理论浓度,有效浓度的值就是活度aB。活度因子:B称为溶质B的活度因子。离子的活度aB=BbB/bOb为标准态的浓度(即1 molkg-1)。第一节 强电解质溶液理论由于离子的表观浓度小于理论浓度,一般B 1当溶液中的离子浓度很小,且离子所带的电荷数也少时,活度接近浓度,即 B1。溶液中的中性分子也有活度和浓度的区别,不过不象离子的区别那么大,所以,通常把中性分子的活度因子视为1。对于弱电解质溶液,因其离子浓度很小,一般可以把弱电解质的活
4、度因子也视为1。第一节 强电解质溶液理论目前不能由实验测定电解质溶液单种离子的活度因子,但可测定离子的平均活度因子。1-1价型电解质的离子平均活度因子:离子的平均活度:第一节 强电解质溶液理论一些强电解质的离子平均活度因子(25)第一节 强电解质溶液理论4.离子强度:离子的活度因子是溶液中离子间作用力的反映,与离子浓度和所带电荷有关 bi和zi分别为溶液中第i种离子的质量摩尔浓度和该离子的电荷数,近似计算时,也可以用ci代替bi。I的单位为molkg-1。酸指在水中电离出的阳离子全部为酸指在水中电离出的阳离子全部为H 碱指在水中电离出的阴离子全部为碱指在水中电离出的阴离子全部为OH-H2SO4
5、=HSO4+H+NaOH=Na+OH-中和反应的实质中和反应的实质 H+OH-=H2O 水溶液中电解质部分电离水溶液中电解质部分电离Svante August Arrhenius 瑞典化学家瑞典化学家 第二节 弱电解质溶液的解离平衡酸碱电离理论的缺陷:酸碱电离理论的缺陷:1、把酸、碱的定义局限于以水为溶剂的系统。2、无法解释NH3、Na2CO3均不含OH,也具有碱性。无法解释NH3、Na2CO3 均不含OH,也具有碱性。由于这些缺陷由于这些缺陷,酸碱质子理论和其酸碱质子理论和其它的一些理论出现它的一些理论出现酸酸:反应中能给出质子的分子反应中能给出质子的分子或离子。即质子给予体或离子。即质子给
6、予体碱碱:反应中能接受质子的分子反应中能接受质子的分子或离子。即质子接受体或离子。即质子接受体 酸碱反应指质子由给予体向接受体的转移过程酸碱反应指质子由给予体向接受体的转移过程酸碱反应指质子由给予体向接受体的转移过程酸碱反应指质子由给予体向接受体的转移过程 Brfnsted J N丹麦物理化学家丹麦物理化学家酸碱质子理论的基本概念酸碱质子理论的基本概念质子理论中无盐的概念,电离理论中的盐,在质子理论中无盐的概念,电离理论中的盐,在质子理论中都是离子酸或离子碱。质子理论中都是离子酸或离子碱。酸 H+碱-+AcHHAc -+-+2442HPOHPOH-+-+3424POHHPO+34NHHNH+2
7、333NHCHHNHCH+252362O)Fe(OH)(HHO)Fe(H+422252O)(HFe(OH)HO)Fe(OH)(H共轭酸碱对共轭酸碱对半反应半反应(Half reaction)的概念的概念它它的的一一个个半半反反应应是是作作为为酸酸的的H2O分分子子给给出出质质子子生生成它的成它的共轭碱共轭碱(Conjugate base)OH:H2O H+OH另另一一个个半半反反应应是是作作为为碱碱的的NH3分分子子接接受受质质子子生生成成它的它的共轭酸共轭酸(Conjugate acid):NH3+H+共轭酸碱概念共轭酸碱概念 酸与对应的碱的这种相互依存、相互转化的关系称为酸碱共轭关系。酸失
8、去质子后形成的碱被称为该酸的共轭碱;共轭碱;碱结合质子后形成的酸被称为该碱的共轭酸。共轭酸。共轭酸与它的共轭碱一起称为共轭酸碱对。共轭酸碱对。例如:共轭酸碱对 HAc+H2O H3O+Ac-(电离)HAc/Ac-,H3O+/H2OH3O+NH3 H2O+NH4 (中和)NH4/NH3,H3O+/H2OH2O+CN-OH-+HCN (水解)HCN/CN-,H2O/OH-H2O+CO3 HCO3 +OH(水解)HCO 3/CO3,H2O/OH-2-+2-酸给出质子的趋势越强,生成的共轭碱越弱,反之亦然;碱接受质子的趋势越强,生成的共轭酸越弱,反之亦然。酸越强,其共轭碱越弱;碱越强,其共轭酸越弱。两
9、性物质:既能给出质子,又能接受质子的物质。酸碱解离反应是质子转移反应。水是两性物质,它的自身解离反应也是质子转移反应。H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)HF(aq)H+F(aq)H+H2O(l)H3O+(aq)HF(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+F(aq)H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。例如NaAc水解:酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)H+NH4Cl水解:酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)H+Ac+H2O OH+HAc +H2O H3O+NH3 非水溶液中的酸碱反应,也是离子酸碱的质子转移反
10、应。苯液中NH4Cl的生成:H+液氨中的酸碱中和反应:H+由由于于质质子子对对负负离离子子和和极极性性共共价价分分子子负负端端极极强强的的吸吸引引力力,因因而而在在任任何何溶溶剂剂中中都都不不可可能能以以“裸裸质质子子”形形式式存存在在。水水合合高高氯氯酸酸HClO4H2O晶晶体体结结构构测测定定结结果果证证实实,其其中中的的H+以以H3O+形形式式存存在在。H3O+是是NH3的的等等电电子子体体。另另一一个个被被确确定定了了结结构构的的物物种种是是固固体体水水合合物物 HBr4H2O中中的的H9O4+。普普遍遍的的看看法法是是,水水溶溶液液中中水水合合氢氢离离子子的的形形式式随随条件变化而不
11、同。条件变化而不同。水的解离平衡水的解离平衡(水的质子自递平衡水的质子自递平衡)H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)或 H2O(l)H+(aq)+OH(aq)水的离子积常数,简称水的离子积。25纯水:c(H+)=c(OH)=1.010-7molL-1100纯水:=1.010-14=5.4310-13T,)OH()OH(3-+=cccc)(OH)O(H3=-+cc或)(OHlgpOH-=-令c)O(HlgpH 3-=+c溶液的溶液的pH101.0)(OH)O(H143=-+根据cc14lg)OH(lg)H(lg =-=-+即cc14ppOHpH=+c(H+)/(molL-1)
12、1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-510-6 10-7 10-810-910-1010-1110-1210-1310-14 pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14酸性增强酸性增强中性中性碱性增强碱性增强溶液的酸碱性和溶液的酸碱性和pHpH能否能否 14?溶液的酸碱性和溶液的酸碱性和pH pH=-lg c(H+)/c 溶液的酸碱性溶液的酸碱性10-710-710-7c(OH-)/molL-110-710-710-7c(H+)/molL-1碱性碱性中性中性酸性酸性溶液酸碱性溶液酸碱性c(H+)/c c(OH-)/c =1.010-14=Kw pH
13、=pKw-pOH=14-pOHpOH=-lg c(OH-)/c 碱性碱性中性中性酸性酸性溶液酸碱性溶液酸碱性7=77pH例例0.10 molL-1HAc溶液中溶液中,c(H+)=1.3410-3molL-1pH=-lgc(H+)/c =-lg1.3410-3=2.87例例 20.10 molL-1NH3H2O溶液中溶液中,c(OH-)=1.3210-3molL-1 pH=14-pOH=14+lgc(OH-)/c =14+lg(1.3210-3)=11.12人体各种体液的pH体 液pH 体 液pH血清7.357.45大肠液8.38.4成人胃液0.91.5乳汁6.06.9婴儿胃液5.0泪水7.4唾
14、液6.356.85尿液4.87.5胰液7.58.0脑脊液7.357.45小肠液7.6第二节 弱电解质溶液的解离平衡 1弱酸、弱碱的解离平衡及其平衡常数 弱酸弱碱在溶液中建立起动态的解离平衡 HA(aq)+H2O(l)A-(aq)+H3O+(aq)稀水溶液中,H2O可看成是常数,上式改写为 Ka称为酸解离常数。第二节 弱电解质溶液的解离平衡 Ka是水溶液中酸强度的量度,表示酸在水中释放质子能力的大小。Ka值愈大,酸性愈强。其值大于10时为强酸。HAc HClO HCNKa 1.7510-5 3.910-8 6.210-10 一些弱酸的Ka非常小,常用pKa表示,它是酸解离常数的负对数。第二节 弱
15、电解质溶液的解离平衡 类似地,碱B在水溶液中有下列平衡B(aq)+H2O(l)BH+(aq)+OH-(aq)Kb为碱解离平衡常数。Kb的大小表示碱接受质子能力的大小,Kb值愈大,碱性愈强。pKb是碱解离常数的负对数。一些酸在水溶液中的Ka和pKa值(25)酸HAKa(aq)pKa(aq)共轭碱A-H3O+/H2OH2C2O45.610-21.25HC2O4-H3PO46.910-32.16H2PO4-HC2O4-1.510-43.81C2O4-HAc1.7510-54.756Ac-H2CO34.510-76.35HCO3-H2PO4-6.110-87.21HPO42-HCO3-4.710-11
16、10.33CO32-HPO42-4.810-1312.32PO43-H2O1.010-1414.00OH-酸酸 性性 增增 强强 碱碱 性性 增增 强强 第二节 弱电解质溶液的解离平衡2酸碱平衡的移动1.浓度对平衡移动的影响 酸HA在水中的质子自递平衡为HA(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+A-(aq)平衡建立后,若增大溶液中HA的浓度,则平衡被破坏,向着HA解离的方向移动,即H3O+和A-的浓度增大。第二节 弱电解质溶液的解离平衡例 计算0.100 molL-1HAc溶液的解离度及H3O+。解 HAc的Ka=1.7510-5 HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac-(aq)
17、c(1-)c c c Ka=(c)2/c=c 2H3O+=c=0.100 molL-11.32%=1.3210-3 molL-1 ,K只随温度改变而改变,而在一定温度下,则随溶液的稀释而增大,这称为稀释定律。第二节 弱电解质溶液的解离平衡2.同离子效应 在弱酸或弱碱的水溶液中,加入与弱酸或弱碱含有相同离子的易溶性强电解质,使弱酸或弱碱的解离度降低的现象称为同离子效应。第二节 弱电解质溶液的解离平衡(1)HAc水溶液甲基橙(橘红色)加入 NaAc(s)黄色 HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac-(aq)平衡左移 加入Ac-使 HAc 解离度降低。(2)NH3 H2O+酚酞(粉红色)
18、加入 NH4Cl(s)无色 NH3(aq)+H2O(l)OH(aq)+NH4+(aq)平衡左移 加入NH4+使 NH3 解离度降低。第二节 弱电解质溶液的解离平衡例 在0.100 molL-1HAc溶液中加入一定量固体NaAc,使NaAc的浓度等于0.100 molL-1,求该溶液中H+浓度,pH和HAc的解离度。第二节 弱电解质溶液的解离平衡解:设已解离的H3O+=x molL-1 HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac-(aq)初始时/molL-1 0.100 平衡时/molL-1 0.100 x0.100 x 0.100+xH3O+=x molL-1=1.7510-5 mol
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