第三章酸碱平衡及滴定.ppt
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1、第三章酸碱平衡及滴第三章酸碱平衡及滴定定l凡能给出质子的分子或离子称为酸凡能给出质子的分子或离子称为酸l凡能接受质子的分子或离子称为碱凡能接受质子的分子或离子称为碱l共轭关系共轭关系共轭酸碱对共轭酸碱对一、酸碱质子理论一、酸碱质子理论NH4+NH3+H+HCO3-CO32-+H+HClCl-+H+HCO3-+H+酸酸碱碱+质质子子共共轭轭酸酸碱碱对对共轭关系共轭关系H2CO3 根据质子理论,酸碱反应的根据质子理论,酸碱反应的实质是两实质是两个共轭酸碱对之间的质子转移反应个共轭酸碱对之间的质子转移反应。任任何何一一个个酸酸碱碱反反应应都都是是由由较较强强酸酸和和较较强碱强碱反应生成较弱的酸和碱。
2、反应生成较弱的酸和碱。酸碱反应酸碱反应 K Ka a 和和K Kb b定义定义 一元弱酸(一元弱酸(HAHA)HA(aq)+H2O(l)A-(aq)+H3O+(aq)离解平衡常数:离解平衡常数:一元弱碱(一元弱碱(A-)A-(aq)+H2O(l)HA(aq)+OH-(aq)离解平衡常数:离解平衡常数:二、二、弱电解质的离解平衡及平衡移动弱电解质的离解平衡及平衡移动二、二、弱电解质的离解平衡及平衡移动弱电解质的离解平衡及平衡移动离解常数意义:离解常数意义:水溶液中,酸碱的强弱用其离解常数水溶液中,酸碱的强弱用其离解常数K Ka a 和和K Kb b衡量衡量,K,Ka a 和和K Kb b越大,表
3、示弱酸弱碱的电离程度越大,表示弱酸弱碱的电离程度越大,溶液的酸、碱性越强越大,溶液的酸、碱性越强离解度离解度a a注:离解平衡常数只与弱电解质的本性及温度有关,与浓注:离解平衡常数只与弱电解质的本性及温度有关,与浓度无关;度无关;而而a a与浓度有关,浓度越小离解度越大与浓度有关,浓度越小离解度越大 在一共轭酸碱对中在一共轭酸碱对中,酸的酸性越强,其共轭酸的酸性越强,其共轭碱的碱性就越弱;反之,酸越弱,其共轭碱就越强。碱的碱性就越弱;反之,酸越弱,其共轭碱就越强。共轭酸碱对共轭酸碱对Ka 和和Kb的关系的关系一元弱酸(碱):一元弱酸(碱):二元弱酸(碱):二元弱酸(碱):三元弱酸(碱):三元弱
4、酸(碱):同离子效应:同离子效应:在弱电解质溶液中加入一种含有相同在弱电解质溶液中加入一种含有相同离子的强电解质,使弱电解质电离平衡向左移动,离子的强电解质,使弱电解质电离平衡向左移动,从而降低弱电解质电离度的现象叫做同离子效应从而降低弱电解质电离度的现象叫做同离子效应盐效应盐效应(异离子效应)(异离子效应):由于强电解质的加入增由于强电解质的加入增加了溶液中的离子浓度,使溶液中离子间的相互牵加了溶液中的离子浓度,使溶液中离子间的相互牵制作用增强,离子结合为分子的机会减小,即分子制作用增强,离子结合为分子的机会减小,即分子化速度降低,因而电离度增加化速度降低,因而电离度增加注:同离子效应存在的
5、同时,也存在盐效应,但盐注:同离子效应存在的同时,也存在盐效应,但盐效应很弱,一般计算中可忽略效应很弱,一般计算中可忽略平衡移动平衡移动例题例题在氨水溶液中分别加入在氨水溶液中分别加入HCl、NH4Cl、NaCl、NaOH、H2O对氨水电离平衡有何影响?对氨水电离平衡有何影响?,pH有何变化?有何变化?解解:NH3H2O NH4+OH-pH HCl NH4Cl NaCl NaOH H2O变大变大变小变小变小变小变小变小变小变小变大变大变小变小变大变大变大变大变大变大介质酸度的影响介质酸度的影响一元弱酸一元弱酸 HA(aq)A-(aq)+H+(aq)当当pH=pKa时,时,HA=A-,即共轭酸碱
6、浓度相等;即共轭酸碱浓度相等;当当pHpKa时,时,HA A-,主要以主要以HA存在存在当当pH pKa时,时,HA A-,主要以主要以A-存在存在平衡移动平衡移动二元弱酸二元弱酸 H2A(aq)HA-(aq)+H+(aq)HA-(aq)A2-(aq)+H+(aq)当当pH=pKa1时,时,H2A=HA-;若同时若同时pKa1 pKa2,则,则HA-A2-,此,此时时H2A=HA-50%,A2-0当当pH=pKa2时,时,HA-=A2-;若同时若同时pKa1 pKa2,则,则H2A HA-,此,此时时 HA-=A2-50%,H2A0当当pH=1/2(pKa1+pKa2)时,时,HA-浓浓度最大
7、;若度最大;若pKa1 pKa2,则,则H2A=A2-0;HA-100%多元弱酸多元弱酸HnApH1/2(pKa1+pKa2),主要以主要以HnA和和Hn-1A-两种物质存在两种物质存在1/2(pKa1+pKa2)pH1/2(pKa2+pKa3),主要以主要以Hn-1A-和和Hn-2A2-两种物质两种物质存在存在三、水溶液中酸度计算三、水溶液中酸度计算1 1、处理酸碱平衡的方法:、处理酸碱平衡的方法:物料平衡式(物料平衡式(MBEMBE):化学平衡体系中,:化学平衡体系中,某一组分的分析浓度等于该组分各种存某一组分的分析浓度等于该组分各种存在形式平衡浓度的总和。在形式平衡浓度的总和。例:浓度为
8、例:浓度为C C的的NaNa2 2COCO3 3的的MBEMBE为:为:C=COC=CO3 32-2-+HCO+HCO3 3-+H+H2 2COCO3 3 2C=Na2C=Na+质子条件式(质子条件式(PBEPBE):酸碱平衡中,酸:酸碱平衡中,酸失去质子总数必等于碱得质子总数。失去质子总数必等于碱得质子总数。书写方法:书写方法:确定零水准:即溶液中确定零水准:即溶液中大量存在并参与质子转移的物质作为大量存在并参与质子转移的物质作为计算得失质子数的基准。计算得失质子数的基准。写出所有得失质子的情况(得质子后的产写出所有得失质子的情况(得质子后的产物写一边,失质子后的产物写一边)物写一边,失质子
9、后的产物写一边)以得失质子后的产物的平衡浓度来表示得以得失质子后的产物的平衡浓度来表示得失质子数,据得失质子数相等写出等式。失质子数,据得失质子数相等写出等式。(注:若质子转移大于(注:若质子转移大于molmol,必须在得失,必须在得失质子后的产物平衡浓度前乘以相应系数)质子后的产物平衡浓度前乘以相应系数)例:写出下列化合物水溶液的质子条件式例:写出下列化合物水溶液的质子条件式(1)H(1)H3 3POPO4 4 (2)Na (2)Na2 2S (3)NHS (3)NH4 4H H2 2POPO4 4解解()()零水准零水准 H H3 3POPO4 4 H H2 2O O失质子情况失质子情况
10、H H3 3POPO4 4HH+H H2 2POPO4 4-H H3 3POPO4 42H2H+HPOHPO4 42-2-H H3 3POPO4 43H3H+POPO4 43-3-H H2 2OHOH+OHOH-得质子情况得质子情况 H H3 3O O+HH2 2O OPBE:PBE:HH3 3O O+=H=H2 2POPO4 4-+2HPO+2HPO4 42-2-+3PO+3PO4 43-3-+OH+OH-(2)(2)零水准零水准 S S2-,2-,H H2 2O O 失质子情况失质子情况 H H2 2OHOH+OHOH-得质子情况得质子情况 H H3 3O O+HH2 2O O HSHS-
11、SS2-2-+H+H+H H2 2S SSS2-2-+2H+2H+PBE:HPBE:H3 3O O+HS+HS-+2H+2H2 2S=OHS=OH-(3)(3)零水准零水准 NH NH4 4+,H,H2 2POPO4 4-,H,H2 2O O 失质子情况失质子情况 H H2 2O HO H+OHOH-NH NH4 4+H H+NHNH3 3 H H2 2POPO4 4-H H+HPOHPO4 42-2-H H2 2POPO4 4-2H2H+POPO4 43-3-得质子情况得质子情况 H H3 3O O+HH2 2O O H H3 3POPO4 4HH2 2POPO4 4-+H+H+PBE:OH
12、PBE:OH-+NH+NH3 3+HPO+HPO4 42-2-+2PO+2PO4 43-3-=H =H3 3O O+H+H3 3POPO4 4 2 2、酸度计算、酸度计算一元酸一元酸(HA)(HA)推导过程:浓度为的推导过程:浓度为的HAHA的的PBEPBE为:为:HH+=A=A-+OH+OH-KaKa=A=A-HH+/HA A/HA A-=Ka=KaHA/HHA/H+OH OH-=Kw=Kw/H/H+HH+=Ka=Ka HA/H HA/H+Kw+Kw/H/H+H H+=MBE:C=HA+AMBE:C=HA+A-HA=C-AHA=C-A-=C-H=C-H+OH+OH-C-H C-H+所以所以
13、H H+=H H+=当当cKacKa20K20Kw w ,c/Ka,c/Ka380380时时,HH+,K,Kw w 可省可省 则则HH+=当当cKacKa20K20Kw w ,c/Ka,c/Ka380380时时,K Kw w 可省可省 则则HH+=当当cKacKa20K20Kw w ,c/Ka,c/Ka380380时时,HH+可省可省 则则HH+=一元弱碱一元弱碱:OHOH-=简化方式同一元弱酸(见上)简化方式同一元弱酸(见上)多元弱酸(碱):多元弱酸(碱):当当KaKa1 1/Ka/Ka2 210101.61.6时,当作一元弱酸处理;时,当作一元弱酸处理;当当K Kb1b1/K/Kb2b21
14、0101.61.6时,当作一元弱碱处理。时,当作一元弱碱处理。、两性物质:、两性物质:NaHANaHA型物质:型物质:HH+=NaNa2 2HAHA型物质:型物质:HH+=弱酸弱碱盐弱酸弱碱盐(NH(NH4 4AC)AC):HH+=练习:求下列溶液的练习:求下列溶液的pHpH1.1.0.05moL/L 0.05moL/LNaNa3 3POPO4 42.2.1.010 1.010-4-4moL/LmoL/LNHNH4 4ClCl3.3.0.10moL/L0.10moL/LNaCNNaCN解:、解:、Na Na3 3POPO4 4是多元弱碱,是多元弱碱,3 3POPO4 4的的K Ka1a1=7.
15、5210=7.5210-3-3,K Ka2a2=6.2310=6.2310-8-8,K,Ka3a3=2.210=2.210-13-13 K Kb1b1=K=Kw w/K/Ka3a3=10=10-14-14/2.210/2.210-13-13 =4.5510 =4.5510-2-2 K Kb2b2=K=Kw w/K/Ka2a2=10=10-14-14/6.2310/6.2310-8-8 =1.6110=1.6110-7-7 K Kb1b1/K/Kb2b2=2.8310=2.83105 510101.61.6 Na Na3 3POPO4 4可看作一元弱碱可看作一元弱碱 c/K c/Kb1b1=0.
16、05/4.5510=0.05/4.5510-2-2 =1.1 =1.1380,380,cK cKb1b1=2.310=2.310-3-320Kw20KwOHOH-=3.0310 =3.0310-2-2(moL/L)(moL/L)HH+=10=10-14-14/3.0310/3.0310-2-2 =3.3110 =3.3110-13-13(moL/L)(moL/L)pH=-pH=-3.3110 3.3110-13-13=12.48=12.482.2.NHNH4 4ClCl为一元弱酸为一元弱酸 NH NH4 4.H.H2 2O KO Kb b=1.810=1.810-5-5 NH NH4 4+的的
17、K Ka a=K=Kw w/K/Kb b=10=10-14-14/1.810/1.810-=5.5610=5.5610-10-10c/Kc/Ka a=1.010=1.010-4-4/5.5610/5.5610-10-10=1.810=1.8105 5380,380,cKcKa a=1.010=1.010-4-45.56105.5610-10-10=5.5610=5.5610-4-420Kw20Kw H H+=2.5610=2.5610-7-7 pH=6.59pH=6.593.NaCN3.NaCN为一元弱碱为一元弱碱 HCN HCN的的 K Ka a=6.210=6.210-10-10,CNCN
18、-的的K Kb b=K=Kw w/K/Ka a=10=10-14-14/6.210/6.210-10-10=1.6110=1.6110-5-5c/Kc/Kb b=0.1/1.6110=0.1/1.6110-5-5=6.2110=6.21103 3 380,380,cK cKb b=1.6110=1.6110-5-5 0.1=1.61100.1=1.6110-6-6 20Kw20KwOHOH-=1.2710 =1.2710-3-3 HH+=10=10-14-14/1.2710/1.2710-3-3=7.8710=7.8710-12-12(moL/L)(moL/L)pH=-pH=-7.87107.
19、8710-12-12=11.1=11.1四、缓冲溶液四、缓冲溶液1 1、概念、概念缓冲溶液:能抵抗外加少量强酸、强碱或水缓冲溶液:能抵抗外加少量强酸、强碱或水 的影响,保持的影响,保持pHpH基本不变的溶液基本不变的溶液缓冲溶液的组成:弱酸及其共轭碱缓冲溶液的组成:弱酸及其共轭碱 弱碱及其共轭酸弱碱及其共轭酸 多元酸及其次级盐多元酸及其次级盐2 2、缓冲溶液的、缓冲溶液的pHpH值值(1)(1)弱酸及其共轭碱体系弱酸及其共轭碱体系(HAc+NaAc)初:初:Ca Cs 0平:平:Ca-x Cs+x x (2)弱碱及其共轭酸体系弱碱及其共轭酸体系(NH3.H2O+NH4Cl)NH3H2O NH4
20、+OH-初:初:Cb Cs 0平:平:Cb-x Cs+x x例:例:将将25ml1.0molL-1 NH3.H2O与与25ml 1.0 molL-1 NH4Cl混合组成缓混合组成缓冲液,求其冲液,求其pH值。若在该缓冲溶液值。若在该缓冲溶液中加入中加入1mL1.0molL 1 NaOH,pH为多少为多少?解:混合后解:混合后(1 1)当共轭酸碱对的浓度相等时,溶液总浓)当共轭酸碱对的浓度相等时,溶液总浓 度越大,缓冲能力越强度越大,缓冲能力越强(2 2)缓冲溶液总浓度一定时,共轭酸碱对的)缓冲溶液总浓度一定时,共轭酸碱对的 浓度相等时,即浓度相等时,即c ca/c/cs=时,缓冲能力最大时,缓
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