第九章酸碱平衡.ppt.ppt
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1、9-1 9-1 酸碱理论酸碱理论一、一、S.Arrhenius 酸碱理论酸碱理论(经典酸碱理论)(经典酸碱理论)2828岁的瑞典科学家岁的瑞典科学家S.ArrheniusS.Arrhenius于于18871887年提出年提出。二、酸、碱二、酸、碱质子质子理论理论(Proton Theory of Proton Theory of Acid and BaseAcid and Base)19231923年由丹麦化学家年由丹麦化学家BrBrnsrednsred(布朗斯特)和英国化学家(布朗斯特)和英国化学家LowryLowry(劳莱)提出。(劳莱)提出。三、酸碱电子理论三、酸碱电子理论1923192
2、3年,由美国物理化学家年,由美国物理化学家LewisLewis提出,又称提出,又称“LewisLewis”酸酸碱理论。碱理论。第九章第九章 酸碱平衡酸碱平衡 一、一、S.ArrheniusS.Arrhenius酸碱理论酸碱理论(一)酸碱定义(一)酸碱定义 电离时产生的阳离子全部是阳离子全部是H+的化合物称为“酸酸”;电离时产生的阴离子阴离子全部是全部是OH-的化合物称为“碱碱”。(二)(二)S.ArrheniusS.Arrhenius酸碱理论酸碱理论的的优点优点1.从组成上从组成上揭示了酸碱的本质揭示了酸碱的本质,指出,指出 H+是酸的特征,是酸的特征,OH-是是碱的特征。碱的特征。2.解释了
3、解释了“中和热中和热”的值:的值:(放热)3.找出了衡量找出了衡量酸、碱强度的标度酸、碱强度的标度 (K Ka a、K Kb b、pHpH)。)。(三)(三)S.ArrheniusS.Arrhenius酸碱理论酸碱理论的的局限性局限性酸碱被限于水溶液酸碱被限于水溶液,非水体系不适用非水体系不适用例例:液氨中,液氨中,KNHKNH2 2(氨基化钾氨基化钾)使酚酞变红使酚酞变红碱?碱?碱?酸?水溶液中水溶液中 HSO4-酸?碱?酸?碱?Na2CO3 碱?碱?二、酸、碱质子理论二、酸、碱质子理论(一)酸碱定义(一)酸碱定义 凡能给出凡能给出H H+(质子)的分子或离子均是酸质子)的分子或离子均是酸,
4、凡凡能得到能得到H H+(质子)的分子或离子均是碱。质子)的分子或离子均是碱。酸酸 H H+给予体(给予体(Proton donorProton donor)碱碱 H H+接受体(接受体(Proton acceptorProton acceptor)。)。两性电解质两性电解质既既能给出质子能给出质子,又能接受质子又能接受质子的分的分子或离子,称为子或离子,称为“两性电解质两性电解质”(ampholyteampholyte)简称简称“两性物两性物”。(二)酸碱举例(二)酸碱举例酸酸 分子分子 HCl,H2SO4,H3PO4,H2O 离子离子 NH4+,HSO4-,H2PO4-,HPO42-碱碱
5、分子分子 H2O,NH3,Na2CO3 离子离子 OH-,HSO4-,H2PO4-,HPO42-两性物两性物 分子分子 H2O,离子离子 HSO4-,H2PO4-,HPO42-(三)酸碱共轭关系(三)酸碱共轭关系 酸强度酸强度,其共轭碱,其共轭碱(conjugate baseconjugate base)强度强度。(四)酸碱反应的实质(四)酸碱反应的实质 例:例:(下标(下标1 1、2 2表示不同的共轭酸碱对)表示不同的共轭酸碱对)在水溶在水溶液液、液氨溶、液氨溶液液、苯溶、苯溶液液、气相反、气相反应应均如此。均如此。质子传递质子传递酸酸酸酸 1 1 碱碱碱碱2 2 碱碱碱碱 1 1 酸酸酸酸
6、 2 2如:如:如:如:HCl Cl-+H+NH4+NH3+H+单独一对共轭酸碱本身是不能发生酸碱反应的单独一对共轭酸碱本身是不能发生酸碱反应的单独一对共轭酸碱本身是不能发生酸碱反应的单独一对共轭酸碱本身是不能发生酸碱反应的酸碱半酸碱半反应反应HCl+NH3 Cl-+NH4+两对共轭酸碱对才能发生酸碱反应两对共轭酸碱对才能发生酸碱反应两对共轭酸碱对才能发生酸碱反应两对共轭酸碱对才能发生酸碱反应(五)酸碱质子理论的(五)酸碱质子理论的优点优点和和局限性局限性 1 1、优点:、优点:(1 1)扩大了酸、碱范围,不局限于水溶液体系)扩大了酸、碱范围,不局限于水溶液体系 (2 2)把阿仑尼乌斯理论中的
7、电离、中和、盐的)把阿仑尼乌斯理论中的电离、中和、盐的水水解统一为解统一为“质子传递反应质子传递反应”。2 2、局限性、局限性仍局限于有仍局限于有H H+的体系,无的体系,无H H体系不适用,体系不适用,例如:例如:BFBF3 3 三、酸碱电子理论三、酸碱电子理论(Lewis酸碱电子理论酸碱电子理论)(一)酸碱定义(一)酸碱定义 凡凡是是可可给给出出电电子子对对的的分分子子、离离子子或或原原子子团团称称为为“碱碱”;凡凡是是可可接接受受电电子子对对的的分分子子、离离子子或原子团称为或原子团称为“酸酸”。酸酸电子接受体(电子接受体(Electron acceptor)H+,Cu2+,Ag+,BF
8、3 碱碱电子给予体(电子给予体(Electron donor)OH-,NH3,F-(二)酸碱反应的实质(二)酸碱反应的实质 通过电子对的授通过电子对的授-受形成配位键,受形成配位键,生成酸碱配合物。生成酸碱配合物。例例:H+OH-HOH H+Cl-H Cl BF3+F-BF4-酸酸 碱碱 酸碱配合物酸碱配合物(三)酸碱电子理论(三)酸碱电子理论优、优、缺点缺点 优点:优点:酸碱范围几乎无所不包酸碱范围几乎无所不包凡凡“缺电子缺电子”的分子或离子都是酸的分子或离子都是酸例如金属阳离例如金属阳离子子M Mn n+,H,H+,BF,BF3.3.凡可给出凡可给出“电子对电子对”的分子的分子或或离子都是
9、碱。离子都是碱。大多数无机和有机化合物可视为酸碱加合物(配合物)。大多数无机和有机化合物可视为酸碱加合物(配合物)。缺点:缺点:太笼统,酸碱特征不易掌握。太笼统,酸碱特征不易掌握。酸碱理论小结:酸碱理论小结:3 3种酸碱理论种酸碱理论各有所长、所短各有所长、所短,侧重的应用范围不同侧重的应用范围不同:1 1、ArrheniusArrhenius酸碱理论酸碱理论 无机化学无机化学 尤其是水溶液体系酸碱问题尤其是水溶液体系酸碱问题 2 2、酸碱质子理论、酸碱质子理论 水溶液体系和非水溶液体系水溶液体系和非水溶液体系 无机化学无机化学,分析化学分析化学3 3、LewisLewis酸碱理论(电子论)酸
10、碱理论(电子论)配位化学配位化学,有机化学有机化学一、水的自偶电离(一、水的自偶电离(self-ionization of waterself-ionization of water)纯水有微弱的导电性,表明它有微弱的自偶电离纯水有微弱的导电性,表明它有微弱的自偶电离.按酸碱质子理论讨论按酸碱质子理论讨论:H H2 2O+HO+H2 2O=OHO=OH-+H+H3 3O O+酸酸1 1 碱碱2 2 碱碱1 1 酸酸2 2 简写为:简写为:H H2 2O=HO=H+OH+OH-9-2 水的离子积和水的离子积和pH 相应的浓度平衡常数为:相应的浓度平衡常数为:纯水浓度纯水浓度HH2 2OO为一常数
11、,为一常数,298 K298 K为为 1000 g.dm1000 g.dm-3-3/18 g.mol/18 g.mol-1-1=55.56 mol.dm=55.56 mol.dm-3-3令,称为水的称为水的“离子积常数离子积常数”,得:,得:经测定:经测定:298K298K,纯水中:纯水中:Kw=(1.004 10-7)2=1.008 10-14温度T,则Kw,T/K Kw 273 1.13910-15 295 1.00010-14 298 1.00810-14 323 5.47410-14 373 5.510-13 R.T.:Kw=1.010-14 H2O电离是一个吸热过程二、溶液的酸碱性及
12、二、溶液的酸碱性及pHpH标度标度 由于水溶液中存在由于水溶液中存在H H2 2O O的自偶电离平衡:的自偶电离平衡:H2O+H2O=OH-+H3O+简写为:简写为:H2O=H+OH-室温下:室温下:H+110-7 溶液溶液酸性酸性 H+=110-7 溶液溶液中性中性 H+110-7 溶液溶液碱性碱性pHpH标度标度为了方便指示水溶液的酸碱性,丹麦为了方便指示水溶液的酸碱性,丹麦生理学家索仑生生理学家索仑生S.P.L.SS.P.L.S rensenrensen在在19091909年提出年提出pHpH标度。标度。定义:定义:pH=-lg H+(SI规定:物理量的符号用斜体字书写,规定:物理量的符
13、号用斜体字书写,但但pH 和和pOH 例外,用正体字母书写)例外,用正体字母书写)又又 pH +pOH=pKwpHpOHpH +pOH=14下面是一些下面是一些“溶液溶液”的的pHpH值值 人血液 7.4 牛奶 6.8 雨 5.7 番茄汁 4.2 葡萄酒 3.4 柠檬汁 2.2 胃液 1.3 人血液人血液 pH pH 超出超出0.40.4将有生命危险。将有生命危险。pH pH 标度适用范围标度适用范围:1 H 1 H+1 1 10 10-14-14 例:例:某水溶液中H+=3.010-10 moldm-3,求其pH值。解:解:pH一、一元弱酸(弱碱)的电离平衡一、一元弱酸(弱碱)的电离平衡 (
14、一)电离平衡常数一)电离平衡常数 (二)电离度(二)电离度()(三)有关电离的计算三)有关电离的计算 (四)影响电离平衡的因素(四)影响电离平衡的因素 二、多元弱酸的电离平衡二、多元弱酸的电离平衡 9-3 9-3 弱酸弱碱的电离平衡弱酸弱碱的电离平衡 强电解质在溶液中是强电解质在溶液中是完全电离完全电离的。的。HCl H+(aq)+Cl-(aq)HNO3 H+(aq)+NO3-(aq)NaOH Na+(aq)+OH-(aq)等等如:如:一、强电解质一、强电解质弱电解质:弱电解质:弱酸、弱碱在水中不完全电离。弱酸、弱碱在水中不完全电离。二、弱电解质二、弱电解质(一)电离度(一)电离度()定义:即
15、电离平衡时电解质已电离部分占总量定义:即电离平衡时电解质已电离部分占总量的百分比。的百分比。表示电解质在指定条件下电离的程度(类似于表示电解质在指定条件下电离的程度(类似于 “化学平衡化学平衡”讨论中的讨论中的“转化率转化率”),它不但与),它不但与K K 有关,而且与电解质的起始浓度有关。有关,而且与电解质的起始浓度有关。例:例:在溶液中:在溶液中:HAcHAc电离:电离:酸常数酸常数 在水溶液中,共轭酸碱对的强度还可以定量表示。在水溶液中,共轭酸碱对的强度还可以定量表示。(二)电离常数(酸常数、碱常数)(二)电离常数(酸常数、碱常数)共轭碱共轭碱 AcAc-电离:电离:碱常数碱常数 其中其
16、中 对应于对应于(水的自偶电离)(水的自偶电离)KwKw称称为水的离子积常数,简为水的离子积常数,简称称“离子积离子积”。(三)电离度与电离平衡常数的关系(三)电离度与电离平衡常数的关系 例:例:HAc =H+Ac-当当 5%,或或 c/Ka 500 时,时,1-1 上式简化为:上式简化为:Ka=c 2 或或 =(Ka/c)起始相对浓度起始相对浓度 c 0 0平衡相对浓度平衡相对浓度 c-c c c 例:例:298K298K,K Ka a(HAcHAc)=1.76)=1.761010-5-5 按按 式计算式计算 c 1.0 0.42%0.10 1.33%0.010 4.20%0.0010 13
17、.3%可见可见:K Ka a 比比更反映弱酸(弱碱)的本质。更反映弱酸(弱碱)的本质。三、三、“区分效应区分效应”和和“拉平效应拉平效应”1 1、同一溶剂中,酸碱的强弱由其本质决定、同一溶剂中,酸碱的强弱由其本质决定 在左边在左边2 2个个“质子转移质子转移”反反应中,应中,H H2 2O O均是弱碱,它把均是弱碱,它把HClHCl、HAcHAc酸性强弱区分开来。酸性强弱区分开来。因此,因此,H H2 2O O是是HClHCl、HAcHAc酸性的酸性的“区分试剂区分试剂”。这种现象,。这种现象,称为称为“区分效应区分效应”。2 2、同一酸(或碱),在不同溶剂中、同一酸(或碱),在不同溶剂中 可
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