无机化学课件第4章.ppt
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1、酸碱平衡与酸碱滴定 Acid-Base Equilibrium and Acid-Base Titration 第第 四四 章章10/28/20221 4.1 电解质溶电解质溶液液 4.2 酸碱理论酸碱理论 4.3 溶液酸度的计算溶液酸度的计算 4.4 缓冲溶液缓冲溶液 4.5 弱酸弱酸(碱碱)溶液中各型体的分布溶液中各型体的分布 4.6 酸碱滴定法酸碱滴定法10/28/202221.熟悉弱电解质平衡,了解活度、离子强度等概念。2.了解近代酸碱理论的基本概念。3.掌握各种平衡的计算原理与方法。4.掌握缓冲溶液的缓冲原理与配制方法。5.掌握酸碱滴定的基本原理与实际应用。学习要求学习要求10/28
2、/202234.1 4.1 电解质溶液电解质溶液4.1.1 4.1.1 强电解质与弱电解质强电解质与弱电解质电解质:熔融态或水溶液具有导电性的物质。可分为强电解质和弱电解质。一般认为强电解质可以完全解离,而弱电解质只是小部分解离。如:10/28/20224解离度解离度()例如:0.10 molL1 HAc的解离度是1.32%,则溶液 的c(H+)=0.10 molL11.32%=0.00132 molL1 pH=2.88。10/28/202254.1.2 4.1.2 活度与活度系数活度与活度系数离子氛:离子氛:由于带不同电荷离子之间以及离子和溶液由于带不同电荷离子之间以及离子和溶液 分子之间的
3、相互作用,使得每一个离子的分子之间的相互作用,使得每一个离子的 周围都吸引着一定数量带相反电荷的离子,周围都吸引着一定数量带相反电荷的离子,形成了离子氛。形成了离子氛。10/28/20226NaCl溶液中离子氛示意图10/28/20227 由于离子氛的存在而使得离子参加化学反应的有由于离子氛的存在而使得离子参加化学反应的有效浓度要比实际浓度低,这种离子在化学反应中起作效浓度要比实际浓度低,这种离子在化学反应中起作用的有效浓度称为用的有效浓度称为活度活度。活度10/28/20228 在在强强电电解解质质溶溶液液中中,应应该该用用活活度度代代替替浓浓度度,但但当当离离子子强强度度小小于于1010
4、4 4时时,离离子子间间牵牵制制作作用用就就降降低低到到极极微微弱弱的的程程度度,活活度度系系数数可可以以近近似似地地认认为为是是1 1,所所以以对对于于稀稀溶溶液液通通常常用用浓浓度度代代替替活活度度。对对于于强强电电解解质质溶溶液,若浓度比较大时,则必须采用活度。液,若浓度比较大时,则必须采用活度。离子强度离子强度I I:反映离子间牵制作用强弱的物理量。反映离子间牵制作用强弱的物理量。10/28/202294.2 4.2 酸碱理论酸碱理论 酸碱理论简介酸碱理论简介1.1.酸碱电离理论酸碱电离理论(1880-1890 (1880-1890 阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯)酸:酸:解离的正离子全部为解离
5、的正离子全部为H H+的物质;的物质;碱:碱:解离的负离子全部为解离的负离子全部为OHOH 的物质。的物质。2.2.酸碱质子理论酸碱质子理论(1923(1923年年 布朗斯特、劳莱布朗斯特、劳莱)酸:酸:能给出质子能给出质子(H(H+)的物质;的物质;碱:碱:能接受质子能接受质子(H(H+)的物质。的物质。3.3.酸碱电子理论酸碱电子理论(1923(1923年年 路易斯路易斯)酸:酸:能接受电子对的物质;能接受电子对的物质;碱:碱:能给出电子对的物质。能给出电子对的物质。4.4.软硬酸碱理论软硬酸碱理论(1963(1963年年 皮尔逊皮尔逊)根据酸碱电子理论,结合授受电子对的难易程度根据酸碱电
6、子理论,结合授受电子对的难易程度进行软硬分类。进行软硬分类。10/28/2022104.2.1 4.2.1 酸碱质子理论酸碱质子理论 酸碱质子理论1923年由布朗斯特(Br nsted)和劳莱(Lowry)各自独立地提出。10/28/202211 酸碱定义酸碱定义 酸:凡是能给出质子的物质;碱:凡是能接受质子的物质;酸碱可以是阴离子、阳离子或中性分子。10/28/202212酸碱共轭关系酸碱共轭关系10/28/202213 共轭酸碱对共轭酸碱对 满足酸碱共轭关系的一对酸和碱称为共轭酸碱对,满足酸碱共轭关系的一对酸和碱称为共轭酸碱对,酸越强它的共轭碱就越弱,酸越弱,它的共轭碱就越酸越强它的共轭碱
7、就越弱,酸越弱,它的共轭碱就越强强。共轭碱共轭酸10/28/20221410/28/202215 两性物质:两性物质:同一物质在一个反应中它是酸,但同一物质在一个反应中它是酸,但在另一个反应中又是碱,这种在一定条件下可以失在另一个反应中又是碱,这种在一定条件下可以失去质子,而在另一种条件下又可以接受质子的物质去质子,而在另一种条件下又可以接受质子的物质称为称为(酸碱酸碱)两性物质。两性物质。10/28/202216“盐盐”:在酸碱质子理论中没有在酸碱质子理论中没有“盐盐”的概念的概念10/28/202217酸碱反应的实质酸碱反应的实质 两个共轭酸碱对之间的质子传递反应,即由强酸、强碱生成弱酸、
8、弱碱的过程。酸1 碱1碱2 酸2酸1 碱2 酸2 碱110/28/2022181)解离反应2)中和反应3)水解反应10/28/2022194.2.2 4.2.2 酸碱的相对强弱酸碱的相对强弱10/28/202220 水的离子积常数 10/28/2022211.1.水的解离平衡与离子积常数水的解离平衡与离子积常数1)水的离子积常数与温度的关系 水的解离是吸热反应,温度升高,离子积常数也升高。T T/C C0 0252540406060 0.115100.11510-14-141.008101.00810-14-142.95102.9510-14-149.5109.510-14-14室温下常采用此
9、数值10/28/2022222)溶液的酸碱性c(H+)=c(OH)=1107molL1 溶液显中性c(H+)1107molL1,c(H+)c(OH)溶液显酸性c(H+)1107molL1,c(H+)c(OH)溶液显碱性10/28/2022232.2.弱酸、弱碱的解离平衡弱酸、弱碱的解离平衡1)1)弱酸、弱碱的解离常数弱酸、弱碱的解离常数Ka:酸常数10/28/202224Kb:碱常数NH3+H2O NH4+OH10/28/2022252)酸碱的相对强弱弱酸弱碱的解离常数Ki(一)10/28/202226 通常把 Ka=102 107的酸称为弱酸,把 Ka 107的酸称为极弱酸;同理,弱碱也可以
10、按 Kb的大小进行分类。弱酸弱碱的解离常数Ki(二)10/28/2022273)3)共轭酸碱对的共轭酸碱对的K Ka a与与K Kb b之间的关系之间的关系KaKb=c(H+)c(OH)=Kw=1.0101410/28/202228NH4+H2O NH3+H3O+例:例:NH3+H2O NH4+OH-10/28/2022294)多元弱酸弱碱的解离多元弱酸弱碱的解离10/28/20223010/28/202231?10/28/202232三元酸三元酸:二元酸:二元酸:10/28/2022333.3.解离度和稀释定律解离度和稀释定律1)解离度和解离常数之间的区别 解离常数属平衡常数,其值不受电解质
11、浓度的影 响;解离度属平衡转化率,表示弱电解质在一定条件下的解离百分数,大小与电解质浓度有关。溶液浓度溶液浓度/(mol/(mol L L-1-1)解离度解离度解离常数解离常数0.20.20.9340.9341.76 1.76 1010-5-50.10.11.331.331.76101.7610-5-50.020.022.962.961.80101.8010-5-50.0010.00112.412.41.761.761010-5-5HAc溶液的解离度与解离常数10/28/202234c0 0 0对弱电解质:当 5%时,1-12)解离度和解离常数之间的关系10/28/202235稀释定律稀释定律
12、稀释定律:弱电解质溶液的解离度与其浓度的平方根成反比,与其解离常数的平方根成正比。(温度一定的条件下,浓度越稀,其解离度越大)10/28/202236例4-1:将300mL0.20molL1 HAc溶液稀释到什么体积才能使解离度增加一倍?解:10/28/202237解:因为解离度 101.6,可按一元弱酸处理。又因 ,可采用近似式计算:按一元弱酸处理:c(HS)c(H+)=1.0104(molL1)注意:实际 c(H+)1.0104而 c(HS)1.0104。(1)+(2):H2S 2H+S2 K=Ka1Ka2=1.35 1020 ca c(H2S)=0.10molL1 c(S2)10/28/
13、202271 4.3.6 4.3.6 溶液酸度的测试溶液酸度的测试1.1.1.1.酸碱指示剂原理酸碱指示剂原理酸碱指示剂原理酸碱指示剂原理 借助其颜色变化来指示溶液借助其颜色变化来指示溶液pH的物质叫做酸的物质叫做酸碱指示剂。酸碱指示剂通常是有机弱酸或弱碱。碱指示剂。酸碱指示剂通常是有机弱酸或弱碱。当溶液的当溶液的pH改变时,其本身结构发生变化而引起改变时,其本身结构发生变化而引起颜色改变。颜色改变。10/28/202272呈现呈现 InIn酸色酸色呈现呈现InIn 碱色碱色呈现过渡色呈现过渡色10/28/202273显过渡色显过渡色显酸色显酸色显碱色显碱色指示剂理论变色范围:10/28/20
14、2274酚酞结构酚酞结构(多元酸多元酸)pH10.1红色10/28/202275甲基橙结构甲基橙结构(有机碱有机碱)碱性碱性酸性酸性pH4.4黄色10/28/202276一些常见酸碱指示剂的变色范围一些常见酸碱指示剂的变色范围 2.4 4.4 红色-黄色10/28/2022778.1 10.1无色-红色10/28/202278常用单一酸碱指示剂常用单一酸碱指示剂(要记住)甲基橙甲基红酚酞3.1 4.44.4 6.28.0 10.010/28/202279终点颜色变化 无色有色,浅色有色例:酸滴定碱 选甲基橙 碱滴定酸 选酚酞3.1 4.48.0 10.010/28/202280酸碱指示剂理论变
15、色范围为酸碱指示剂理论变色范围为影响酸碱指示剂变色范围的一些因素a.a.人眼对颜色的敏感程度不同人眼对颜色的敏感程度不同b.b.温度、溶液以及一些强电解质的存在温度、溶液以及一些强电解质的存在c.c.指示剂的用量指示剂的用量d.d.混合指示剂混合指示剂(变化范围越窄越好变化范围越窄越好)10/28/202281定义:在含有共轭酸碱对(弱酸弱酸盐或弱碱弱碱盐)的混合溶液中加入少量强酸或强碱或稍加稀释,溶液的pH基本上无变化,这种具有保持溶液pH相对稳定性能的溶液称为缓冲溶液。如:4.4 4.4 缓冲溶液缓冲溶液10/28/20228250mL H2O,pH=7.025mL0.1mol/L HAc
16、和25mL0.1mol/L NaAc pH=4.760.05mL1.0mol L 1HClpH 7.03.0pH 4.754.4 缓冲溶液缓冲溶液0.05mL1.0mol L 1HCl10/28/2022834.4.1 4.4.1 缓冲作用原理缓冲作用原理25mL0.1molL1 HAc和25mL0.1molL1NaAc的混合溶液为什么具有缓冲能力呢?1.当加入少量强酸时,平衡左移,Ac是抗酸部分2.当加入少量强碱时,平衡右移,HAc是抗碱部分10/28/2022844.4.2.4.4.2.缓冲溶液缓冲溶液pHpH的计算的计算以弱酸HB及共轭碱B为例若为弱碱及其共轭酸,只要将 pHpOH;ca
17、 cb;cb ca即可。共轭酸浓度共轭碱浓度10/28/202285解:已知 或例4-13有50mL含有0.20molL1 NH3水和0.10molL1 NH4+的缓冲溶液,求该缓冲溶液的pH。10/28/202286例4-14 有50mL含有0.10molL1 HAc和0.10molL1 NaAc的缓冲溶液,求:1.该缓冲溶液的pH;2.加入1.0 molL1的HCl 0.1mL后,溶液的pH。解:1.2.10/28/202287解:反应后系统为:HAc+NaAc例4-15 90mL0.010molL1 HAc和30mL 0.010molL1 NaOH混合后,溶液的pH为多少?10/28/2
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