《酸碱电离平衡》PPT课件.ppt

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1、第四章第四章 酸碱电离平衡酸碱电离平衡一、酸碱质子理论一、酸碱质子理论1 1 酸碱的定义酸碱的定义 酸碱质子理论酸碱质子理论 （BrBr nsted-Lowrynsted-Lowry质子理论）质子理论）2 2 酸碱电离平衡（质子理论）酸碱电离平衡（质子理论）3 3 酸碱的强弱酸碱的强弱二二、水的自偶电离平衡水的自偶电离平衡三、弱酸弱碱的电离平衡三、弱酸弱碱的电离平衡1 1 一元弱酸弱碱的电离平衡（含离子型）一元弱酸弱碱的电离平衡（含离子型）2 2 多元弱酸弱碱的电离平衡（含离子型）多元弱酸弱碱的电离平衡（含离子型）3 3 两性离子的电离平衡两性离子的电离平衡四、酸碱电离平衡的移动（同离子效应）

2、四、酸碱电离平衡的移动（同离子效应）五、缓冲溶液五、缓冲溶液1 1 缓冲溶液的组成及缓冲作用缓冲溶液的组成及缓冲作用2 2 缓冲溶液缓冲溶液pHpH的计算的计算3 3 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制六、酸碱中和反应六、酸碱中和反应1.酸碱定义酸碱定义酸碱质子理论酸碱质子理论酸碱质子理论酸碱质子理论（BrBr nsted-Lowry nsted-Lowry 质子理论）质子理论）能给出能给出H+的物质为的物质为酸酸 能与能与H+结合的物质为结合的物质为碱碱NH4+NH3 +H+Al(H2O)63+Al(H2O)5(OH)2+H+HCO3 CO32 +H+酸酸 碱碱 +H+2.2.酸碱电离平衡（质子理

3、论）酸碱电离平衡（质子理论）酸碱电离平衡（质子理论）酸碱电离平衡（质子理论）酸酸 H+碱碱 共轭关系共轭关系 共轭酸共轭酸 共轭碱共轭碱 HCl H+Cl 酸在水中的电离（酸在水中的电离（酸碱必须同时存在酸碱必须同时存在）HCl +H2O H3O+Cl （全部）（全部）酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1 NH4+H2O H3O+NH3 （可逆）（可逆）酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1H+H+H+2.2.酸碱电离平衡（质子理论）酸碱电离平衡（质子理论）酸碱电离平衡（质子理论）酸碱电离平衡（质子理论）碱碱在水中的电离（在水中的电离（酸碱必须同时存在酸碱必须同时存在）Ac +H2O HAc +OH （可逆

4、）（可逆）碱碱1 酸酸2 酸酸1 碱碱2 酸碱反应酸碱反应H+“有酸才有碱，有碱才有酸 酸中有碱，碱可变酸”（酸碱相互依存和转化）3.3.酸碱的强弱酸碱的强弱酸碱的强弱酸碱的强弱取决于取决于（1 1）酸碱本身酸碱本身释放质子和接受质子的能力释放质子和接受质子的能力 （2 2）溶剂溶剂接受和释放质子的能力接受和释放质子的能力 例如：例如：HAc HAc 在水中为弱酸，在水中为弱酸，但在液氨中为强酸！但在液氨中为强酸！酸碱的强弱酸碱的强弱 用用 Ka(Ka(电离平衡常数）电离平衡常数）来表征来表征如：如：-396.6 -237.19 -237.19 -369.4 (kJ/mol)水水水水溶溶溶溶液

5、液液液中中中中的的的的共共共共轭轭轭轭酸酸酸酸碱碱碱碱对对对对和和和和KKa a值值值值水水水水溶溶溶溶液液液液中中中中最最最最强强强强酸酸酸酸为为为为 最最最最强强强强碱碱碱碱 HH3 3OO+(aq)+H(aq)+H2 2O(l)O(l)H H3 3OO+(aq)+H(aq)+H2 2O O(l)(l)K=1K=1全部电离全部电离二、水的自偶电离平衡二、水的自偶电离平衡水本身电离平衡水本身电离平衡H2O +H2O H3O+OH 在在25 C，由电导等方法，由电导等方法测得测得 HH3 3OO+=OH=OH =1.0 =1.0 10 1077 （mol/dmmol/dm3 3)则则则则 K

6、Kw w=H=H3 3OO+OH OH =1.0 =1.0 10 1014 14(无量纲）无量纲）无量纲）无量纲）KKw w 称为水的离子积，是水的电离常数。称为水的离子积，是水的电离常数。称为水的离子积，是水的电离常数。称为水的离子积，是水的电离常数。KKw w随温度的增加，略有增加。随温度的增加，略有增加。随温度的增加，略有增加。随温度的增加，略有增加。KKw w也可由也可由也可由也可由 求得求得求得求得 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)-237.2 -237.2 -237.2 -157.3(kJ/mol)=79.90 纯水时：纯水时：HH3 3OO+=OH=OH

7、=1.0 =1.0 10 1077 （mol/dmmol/dm3 3)pH=-lg H pH=-lg H3 3OO+=7=pOH=7=pOH加入加入加入加入0.10 mol/dm0.10 mol/dm3 3 强酸强酸强酸强酸时，时，时，时，OH OH =K=Kw w/H/H3 3OO+=1.0 =1.0 10 101414/1.0 1.0 10 101 1 =1.0 1.0 10 101313（mol/dmmol/dm3 3)加入加入加入加入0.10 mol/dm0.10 mol/dm3 3 强碱强碱强碱强碱时，时，时，时，H H3 3OO+=K=Kw w/OH/OH =1.0 =1.0 10

8、 101414/1.0 1.0 10 101 1 =1.0 1.0 10 101313（mol/dmmol/dm3 3)水溶液中水溶液中水溶液中水溶液中(纯水、或酸碱溶液），纯水、或酸碱溶液），纯水、或酸碱溶液），纯水、或酸碱溶液），H H3 3OO+和和和和OHOH 同时存在，同时存在，同时存在，同时存在，KKw w是个常数。是个常数。是个常数。是个常数。（酸溶液中也有（酸溶液中也有（酸溶液中也有（酸溶液中也有OHOH ，碱溶液中也有，碱溶液中也有，碱溶液中也有，碱溶液中也有HH3 3OO+）三、弱酸弱碱的电离平衡三、弱酸弱碱的电离平衡1 1、一元弱酸弱碱的电离平衡、一元弱酸弱碱的电离平衡例

9、：求例：求0.10 mol/dmmol/dm3 3 HAcHAc水溶液的酸度，已知水溶液的酸度，已知水溶液的酸度，已知水溶液的酸度，已知 K Ka a=1.76 =1.76 10 1055 解：解：HAc +H2O H3O+Ac 0.10-x x x 设设设设 H H3 3OO+的平衡浓度为的平衡浓度为的平衡浓度为的平衡浓度为 x x 则则则则 K Ka a=H=H3 3OO+Ac Ac /HAc/HAc =x =x2 2/(/(0.10-x)x x2 2/0.10 =1.76 10 105 5 x=Hx=H3 3OO+=(0.10 =(0.10 1.76 10 105 5)0.50.5 =1

10、.3 10 =1.3 103 3(mol/dmmol/dm3 3)电离度电离度 =x/C0 =1.3 101.3 103 3/0.10/0.10 =0.013(1.3%)0.013(1.3%)一元弱酸（碱）溶液的一元弱酸（碱）溶液的一元弱酸（碱）溶液的一元弱酸（碱）溶液的 H H3 3OO+（或（或（或（或 OH OH)的简化公式的简化公式的简化公式的简化公式假定：假定：假定：假定：（1 1）在）在）在）在 0.10 mol/dmmol/dm3 3 HAHA水溶液中，水本水溶液中，水本水溶液中，水本水溶液中，水本身的电离可忽略，即由身的电离可忽略，即由身的电离可忽略，即由身的电离可忽略，即由

11、H2O H3O+产生的产生的H3O+400则则 OH=（Kbc)0.5=(2.03 105 0.100)0.5 =1.42 103(mol/dm3)pH=14.0 pOH=14.0 2.85=11.152 2、多元弱酸弱碱的电离平衡、多元弱酸弱碱的电离平衡分部电离分部电离 H2S：H2S +H2O H3O+HS KKa1 a1=H=H3 3OO+HS HS /H2S =9.1 10 1088 HS+H2O H3O+S2 KKa2a2 =H=H3 3OO+S S2 2 /HS/HS =1.1 10 101212一般来说，第二部电离较第一步电离更难，一般来说，第二部电离较第一步电离更难，一般来说，

12、第二部电离较第一步电离更难，一般来说，第二部电离较第一步电离更难，KKa1 a1 较较较较KKa2 a2 大几个数量级。大几个数量级。大几个数量级。大几个数量级。例例1 1：解：解：H2S +H2O H3O+HS 平衡浓度：平衡浓度：0.1-x x+y x-y HS+H2O H3O+S2 x-y x+y y KKa1 a1=H=H3 3OO+HS HS /H2S =9.1 10 108 8 K Ka2 a2=H=H3 3OO+S S2 2 /HS/HS =1.1 10 101212 K Ka1 a1 KKa2 a2，且，且，且，且 c/K c/Ka1a1 =0.1/=0.1/9.1 10 10

13、88 400 400 HH3 3OO+x+y x （9.1 10 108 8 0.1 0.1)0.5=9.5 10 105 5（mol/dmmol/dm3 3）pH=4.02pH=4.02 计算0.10 mol/dmmol/dm3 3 H2S 水溶液的水溶液的水溶液的水溶液的HH3 3OO+和和和和 S S2 2 ，以及以及以及以及H2S 的电离度。的电离度。例例1 1：解：解：H2S +H2O H3O+HS 平衡浓度：平衡浓度：0.10-x x+y x-y HS+H2O H3O+S2 x-y x+y y SS2 2 =K=Ka2 a2 (HSHS /H/H3 3OO+)=K)=Ka2a2 (

14、x-y/x+y)x x y y ，HSHS H H3 3OO+SS2 2 KKa2a2=1.1 10 1012 12（mol/dmmol/dm3 3）H2S的电离度的电离度的电离度的电离度 =x/c=x/c=9.5 10 105 5/0.10=/0.10=9.5 10 104 4 （0.1%)可见：可见：可见：可见：溶液中绝大部分是未电离的溶液中绝大部分是未电离的溶液中绝大部分是未电离的溶液中绝大部分是未电离的H2S分子。分子。计算计算0.10 mol/dmmol/dm3 3 H2S 水溶液中的水溶液中的水溶液中的水溶液中的HH3 3OO+和和和和 SS2 2 ，以及，以及，以及，以及H2S

15、的电离度。的电离度。例例2 2：解：解：S S2 2 +H2O OH +HS HS+H2O OH +H2S K Kb1b1=K=Kw w/K/Ka2a2 =1.0=1.0 10 1014 14/1.1/1.1 10 1012 12=9.1 109.1 103 3 K Kb2b2=K=Kw w/K/Ka1a1 =1.0=1.0 10 1014 14/9.1/9.1 10 108 8=1.1 101.1 107 7 K Kb1 b1 KKb2 b2，计算时不必考虑第二步电离计算时不必考虑第二步电离计算计算0.10 mol/dmmol/dm3 3 Na2S 水溶液中的水溶液中的水溶液中的水溶液中的

16、S S2 2 和和和和OHOH ,以及以及以及以及 S S2 2 的电离度。的电离度。例例2 2：解：解：S S2 2 +H2O OH +HS 平衡浓度：平衡浓度：0.10 x x x c/K c/Kb1 b1=0.10/0.10/9.1 109.1 103 3 =11 400=11 K Kb3 b3 溶液显酸性溶液显酸性两性离子两性离子的电离平衡的电离平衡的电离平衡的电离平衡试试定性定性说明为什么说明为什么 NaH NaH2 2POPO4 4 溶液显酸性溶液显酸性。H+H+多元弱酸弱碱多元弱酸弱碱多元弱酸弱碱多元弱酸弱碱 （小结）（小结）1.多元弱酸溶液中，多元弱酸溶液中，H3O+主要由第一

17、步电离决定主要由第一步电离决定 可按一元酸来计算可按一元酸来计算 H3O+2.二元弱酸二元弱酸 H2A 溶液中，溶液中，A2 Ka23.多元弱碱（如多元弱碱（如Na2S,Na2CO3,Na3PO4等）的情况与多元弱等）的情况与多元弱酸的相似，计算时用酸的相似，计算时用Kb代替代替Ka 即可。即可。4.两性物（两性物（H2PO4,HCO3 等）的酸碱性取决于相应酸常数等）的酸碱性取决于相应酸常数和碱常数的相对大小。（和碱常数的相对大小。（pH值的定量计算本课不要求）值的定量计算本课不要求）两种弱酸（弱碱）混合，当两者的浓度相近且两种弱酸（弱碱）混合，当两者的浓度相近且 Ka相差很大相差很大时，只

18、考虑时，只考虑 Ka 大的，大的，来计算来计算 H3O+弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱盐盐的电离平衡的电离平衡的电离平衡的电离平衡 NH4 4+Ac +H2O NH3H2O +HAc 0.10 x 0.10 x x x0.10 x 0.10 x x x K K 很小，很小，很小，很小，x x 很小，很小，很小，很小，0.10 0.10 x x 0.10 x x2 2/0.10/0.102 2=3.1=3.110105 5 x=NH3=HAc=(3.1 10107 7)0.5 0.5 =5.6 5.6 10104 4(mol/dm(mol/dm3 3)例：求例：求例：求例：求 0.10 0.1

19、0 mol/dmmol/dm3 3 NHNHNHNH4 4 4 4Ac Ac Ac Ac 溶液的溶液的 pH pH值值弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱盐盐的电离平衡的电离平衡的电离平衡的电离平衡（接上页）（接上页）NH4 4+Ac +H2O NH3H2O +HAc 0.10 x 0.10 x x x0.10 x 0.10 x x x HAc +H2O H3O +Ac x y 0.10 x x y 0.10 x pH=7.00 pH=7.00例：例：例：例：求求求求 0.10 0.10 mol/dmmol/dm3 3 NHNHNHNH4 4 4 4Ac Ac Ac Ac 溶液的溶液的 pH pH

20、值值弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱弱酸弱碱盐盐的电离平衡的电离平衡的电离平衡的电离平衡（接上页）（接上页）NH4 4+Ac +H2O NH3H2O +HAc 0.10 x 0.10 x x x0.10 x 0.10 x x x 分清主次分清主次计算计算0.010M H2SO4(aq)水溶液在水溶液在25C时的时的pH?(H2SO4 Ka1 强酸；强酸；Ka2=1.2 10-2)四、酸碱电离平衡的移动四、酸碱电离平衡的移动同离子效应同离子效应（1）NH3 H2O +酚酞酚酞（粉红色粉红色）加入加入 NH4Cl(s)无色无色 NH3 +H2O OH +NH4+平衡左移平衡左移 加入加入 NH4+使使 N

21、H3 电离度降低电离度降低（2）HAc +甲基橙甲基橙（橘红色橘红色）加入加入 NaAc(s)黄色黄色 HAc +H2O H3O+Ac 平衡左移平衡左移 加入加入 Ac 使使 HAc 电离度降低电离度降低同离子效应：同离子效应：同离子效应：同离子效应：在弱电解质溶液中，加入含有共同离子的强电解质而使在弱电解质溶液中，加入含有共同离子的强电解质而使电离平衡向左移动，从而降低弱电解质电离度的现电离平衡向左移动，从而降低弱电解质电离度的现象，称为同离子效应。象，称为同离子效应。用同离子效应来控制溶液的用同离子效应来控制溶液的pH值；值；通过调节通过调节pH值来控制共轭酸碱对的浓度。值来控制共轭酸碱对

22、的浓度。（1）调节）调节pH值，可控制溶液中共轭酸碱对的比例：值，可控制溶液中共轭酸碱对的比例：例例1 HAc +H2O H3O+Ac H3O+Ka 即即 pH pKa 时，时，Ac-/HAc 1,以以 HAc 为主为主H3O+=Ka 即即 pH=pKa 时，时，Ac-/HAc=1,Ac与与 HAc 浓度相等浓度相等H3O+pKa 时，时，Ac-/HAc 1,以以 Ac 为主为主例例例例2 2 2 2 酸碱指示剂：酸碱指示剂：酸碱指示剂：酸碱指示剂：例如：例如：酚酞是有机弱酸（酚酞是有机弱酸（HIn)HIn)HIn +H2O H3O+In 无色无色 紫红色紫红色当溶液中当溶液中H3O+增大增大

23、，In HAc,溶液呈溶液呈紫红色紫红色K KHInHIn是确定指示剂变色范围的依据，是确定指示剂变色范围的依据，pKpKHINHIN 1 称为指示剂的变色范围称为指示剂的变色范围指示剂指示剂酸色形酸色形碱色形碱色形pKHIn变色范围变色范围pH值值(18C)甲基橙甲基橙(弱碱弱碱)红红黄黄3.43.1 4.4百里酚蓝百里酚蓝（二元弱酸）（二元弱酸）红红（H2In)蓝蓝（In2）1.65(pK,H2In)9.20(pK,HIn)1.2 2.88.0 9.6酚酞酚酞无色无色红红9.18.2 10.0例例例例3 3 3 3 调节调节调节调节H H H H2 2 2 2S S S S水溶液的水溶液的

24、水溶液的水溶液的pHpHpHpH值，控制值，控制值，控制值，控制S S S S2-2-2-2-的浓度（硫化物的分离）的浓度（硫化物的分离）的浓度（硫化物的分离）的浓度（硫化物的分离）H2S+H2O H3O+HS HS +H2O H3O+S2当当 H3O+Ka1,(HS/H2S)H3O+Ka2,以以 HS 为主为主 H3O+1,以以 S2 为主为主合并合并和和式：式：H2S +2H2O 2H3O+S2 当当 pH 5 pH Ka2 ,按一元酸计算按一元酸计算2.改变改变pH值值（求（求 S2 等）等）共轭酸碱对浓度的调节共轭酸碱对浓度的调节3.维持维持pH值（缓冲溶液的选择与配制）值（缓冲溶液的选择与配制）pH pKa；酸碱对的浓度比：酸碱对的浓度比：1/10 10/1;溶液的总浓度：溶液的总浓度：0.1 1.0 mol/dm3