电解质溶液 (2)精选课件.ppt
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1、关于电解质溶液(2)第一页,本课件共有86页 非电解非电解 依数性只与溶质的粒子数依数性只与溶质的粒子数 质溶液质溶液 有关,而与溶质本质无关。有关,而与溶质本质无关。电解质电解质 溶溶 液液强电解强电解质溶液质溶液弱电解弱电解质溶液质溶液易溶强电解质易溶强电解质 难溶强电解质难溶强电解质弱酸、弱碱的电离平衡弱酸、弱碱的电离平衡盐的水解盐的水解酸碱理论的发展酸碱理论的发展溶液溶液第二页,本课件共有86页 4.1 强电解质溶液理论强电解质溶液理论 1.存在的实际问题(在强电解质溶液中)存在的实际问题(在强电解质溶液中)前面已学习了非电解质溶液的依数性理论,对于前面已学习了非电解质溶液的依数性理论
2、,对于 强电解质溶液来说,运用该理论时,与实际结果出现强电解质溶液来说,运用该理论时,与实际结果出现 了偏差。了偏差。例如:运用依数性解决例如:运用依数性解决KClH2O,已知:,已知:H2O的的 Kf=1.86 (273K),KCl水溶液:水溶液:m=0.20mol1,求该溶液的凝固点降低值。求该溶液的凝固点降低值。理论计算:理论计算:(1)根据难挥发非电解质稀溶液依数性计算:根据难挥发非电解质稀溶液依数性计算:Tf=Kf m=1.860.20=0.372K第三页,本课件共有86页(2)根据强电解质完全电离:根据强电解质完全电离:粒子质量浓度粒子质量浓度 m,=2m=0.40mol1 Tf=
3、Kf m=1.860.40=0.744K实际测得:实际测得:0.673K (介于(介于0.3720.744 之间)之间)以上事实如何解释呢?有人提出了新的理论,即强以上事实如何解释呢?有人提出了新的理论,即强电解质溶液理论。电解质溶液理论。2.离子氛和离子强度、活度和活度系数离子氛和离子强度、活度和活度系数 1923年年 Debye 和和 Huckel 提出了强电解质溶液理论:提出了强电解质溶液理论:强电解质在水溶液中完全电离,但因离子间的相强电解质在水溶液中完全电离,但因离子间的相互作用,离子的行动并不完全自由。因此溶液真正表互作用,离子的行动并不完全自由。因此溶液真正表现出的离子浓度总是低
4、于完全电离时的浓度,于是出现出的离子浓度总是低于完全电离时的浓度,于是出现了上述与实验结果相矛盾的问题。就此提出了三个现了上述与实验结果相矛盾的问题。就此提出了三个问题:问题:第四页,本课件共有86页离子的行动为什么不完全自由离子的行动为什么不完全自由 离子氛形成的结果离子氛形成的结果离子的相互作用大小如何衡量离子的相互作用大小如何衡量 离子强度离子强度电解质溶液中实际发挥作用的浓度如何计算电解质溶液中实际发挥作用的浓度如何计算 有效浓度(活度)和活度系数有效浓度(活度)和活度系数 Debye 和和 Huckel 较好的解释了强电解质溶液的较好的解释了强电解质溶液的某些性质与依数性实验结果之间
5、的偏差,并构成了某些性质与依数性实验结果之间的偏差,并构成了强电解质溶液理论。强电解质溶液理论。(1)离子氛离子氛:在强电解质溶液中,电解质完全电离,在强电解质溶液中,电解质完全电离,相同电荷的离子相斥,相反电荷离子相吸,所以在相同电荷的离子相斥,相反电荷离子相吸,所以在正离子周围负离子多一些,在负离子周围正离子多正离子周围负离子多一些,在负离子周围正离子多一些。一些。在强电解质溶液中,一种离子被异号离子所在强电解质溶液中,一种离子被异号离子所包围的现象称为离子氛包围的现象称为离子氛(ionic atmosphere)。第五页,本课件共有86页 Debye 和和 Hckel 认为强电解质在溶液
6、中是完全认为强电解质在溶液中是完全电离的,但是由于离子间的相互作用,每一个离子都电离的,但是由于离子间的相互作用,每一个离子都受到相反电荷离子的束缚。由于离子氛使离子的运动受到相反电荷离子的束缚。由于离子氛使离子的运动受到相互牵制,这种离子间的相互作用使溶液中的离受到相互牵制,这种离子间的相互作用使溶液中的离子并不完全自由,其表现是:子并不完全自由,其表现是:溶液导电能力下降,电离度下降,依数性异常。溶液导电能力下降,电离度下降,依数性异常。+-+正离子周围负离子正离子周围负离子多一些,在负离子周围多一些,在负离子周围正离子多一些。正离子多一些。离子氛离子氛 示意图示意图第六页,本课件共有86
7、页 (2)离子强度:离子强度:用用 I 表示表示 I I 是用来衡量溶液中离子与它的离子氛之间的作是用来衡量溶液中离子与它的离子氛之间的作用强弱的。显然离子浓度越大,离子所带电荷越高,用强弱的。显然离子浓度越大,离子所带电荷越高,离子与离子氛之间的作用越强。离子与离子氛之间的作用越强。离子强度离子强度 I I 越大,正越大,正负离子间作用力越大。负离子间作用力越大。I=1/2mi zi2 I:离子强度:离子强度:mol 1 mi:i 离子的质量摩尔浓度离子的质量摩尔浓度 Zi:i 离子的电荷数离子的电荷数 例:例:求求0.01mol1 的的BaCl2 溶液的离子强度溶液的离子强度 解解 mBa
8、2=0.01mol1 mCl=0.02 mol1 ZBa2+=2 ZCl=1 所以所以 I=1/2mi zi2 =1/2 0.01220.02(1)2 =0.03 mol1 第七页,本课件共有86页 (3)活度)活度(a)和活度系数和活度系数(f)在电解质溶液中,由于离子之间存在着相互作用,在电解质溶液中,由于离子之间存在着相互作用,使得离子不能完全发挥其作用,不论在讨论导电性方使得离子不能完全发挥其作用,不论在讨论导电性方面还是讨论依数性方面的实验中,真正发挥作用的总面还是讨论依数性方面的实验中,真正发挥作用的总是比完全电离时应达到的离子浓度少。是比完全电离时应达到的离子浓度少。我们把电解质
9、溶液中离子实际发挥作用的浓度称我们把电解质溶液中离子实际发挥作用的浓度称为有效浓度或称为活度,显然活度要小于浓度。用为有效浓度或称为活度,显然活度要小于浓度。用a表示。表示。a=f c f 为活度系数为活度系数 一般说:离子电荷高,离子强度大,则一般说:离子电荷高,离子强度大,则 f 越小,越小,表明离子之间相互作用大,活度与浓度之间差别也越表明离子之间相互作用大,活度与浓度之间差别也越大,则此时必须用活度进行有关计算,否则结果将偏大,则此时必须用活度进行有关计算,否则结果将偏离实际较大。离实际较大。第八页,本课件共有86页 规律:规律:离子强度越大,离子间相互作用越显著,活度系离子强度越大,
10、离子间相互作用越显著,活度系 数越小。数越小。离子强度越小,活度系数约为离子强度越小,活度系数约为1 1。稀溶液接近理。稀溶液接近理 想溶液,活度近似等于浓度。想溶液,活度近似等于浓度。离子电荷越大,相互作用越强,活度系数越小离子电荷越大,相互作用越强,活度系数越小。第九页,本课件共有86页10-2 弱酸、弱碱的解离平衡弱酸、弱碱的解离平衡 2-1 一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸、弱碱的解离平衡 1.电离常数和解离度电离常数和解离度 作为弱电解质的弱酸、弱碱在水溶液中只有一作为弱电解质的弱酸、弱碱在水溶液中只有一部分发生电离,存在着电离平衡。部分发生电离,存在着电离平衡。例如:例如:HAc
11、和和 NH3H2O 的电离平衡如下:的电离平衡如下:HAc +H2O H3O+Ac NH3+H2O NH4+OH-或写作或写作:HAc H+Ac-NH3H2O NH4+OH-HAc 和和 NH3H2O 的电离平衡表达式可分别写成:的电离平衡表达式可分别写成:第十页,本课件共有86页 2HAc H aaaKHAcAcHa+=+q q.234OHNHOHNHKb+=由于弱电解质的稀溶液由于弱电解质的稀溶液 ac f1.0弱酸电离常数用弱酸电离常数用 Ka 表示,弱碱电离常数用表示,弱碱电离常数用 Kb 表示。表示。不同的物质不同的物质Ka、Kb 值不同;与弱酸弱碱的浓度无关;值不同;与弱酸弱碱的浓
12、度无关;它们既然属于平衡常数,当然与温度有关。但由于弱电解质它们既然属于平衡常数,当然与温度有关。但由于弱电解质解离的效应很小,所以温度变化对解离的效应很小,所以温度变化对Ka、Kb值的影响很小。值的影响很小。常用酸碱电离平衡常数可以从书中查到。常用酸碱电离平衡常数可以从书中查到。利用酸碱电离平衡常数可以进行有关的计算利用酸碱电离平衡常数可以进行有关的计算 第十一页,本课件共有86页 例例:对于一元弱酸:令初始的浓度为对于一元弱酸:令初始的浓度为 C0 HAc H Ac 初始:初始:C0 0 0 平衡:平衡:C0H H Ac-平衡时:平衡时:H=Ac 已知已知 KHAc=1.7610-5 解方
13、程即可得解方程即可得 H当当C0/Ka 400时,则时,则C0HC0 则则可以简化计算可以简化计算 Ka=H2/C0 0.CKaH=+第十二页,本课件共有86页 同理同理 Ka 和和 Kb都是平衡常数都是平衡常数,它能表示弱酸、弱碱解离它能表示弱酸、弱碱解离出离子的趋势的大小,出离子的趋势的大小,K 值越大表示解离的趋势越大。值越大表示解离的趋势越大。一般把一般把 Ka 值小于值小于 10-2 的酸称为弱酸;弱碱也可以按的酸称为弱酸;弱碱也可以按 Kb 的大小分类。的大小分类。弱酸、弱碱在溶液中解离的百分数可以用解离度弱酸、弱碱在溶液中解离的百分数可以用解离度(电离度电离度)表示。表示。例例:
14、298K时,时,HAc 的电离常数为的电离常数为 1.7610-5。计算。计算 0.10 molL-1 HAc 溶液的溶液的 H+离子浓度和解离度离子浓度和解离度。0.CKbOH=100%已电离的浓度已电离的浓度电离前的浓度电离前的浓度第十三页,本课件共有86页电离前浓度电离前浓度/molL-1 0.10 0 0电离后浓度电离后浓度/molL-1 0.10-H+H+Ac-=H+Ka=H+2HAcH+=Ka(0.10-H+)因为因为 Ka 很小很小,0.10-H+0.10 H+CHAc 1.3310-30.1解:解:HAc H+Ac-H+=1.7610-50.10 =1.3310-3 molL-
15、1 =100%=100%=1.33%第十四页,本课件共有86页 当当C0/Ka 400时,则时,则 C0H 中的中的 H 不能不能忽略,也不能简化计算。如:忽略,也不能简化计算。如:计算计算 1.0 105 molL-1 HAc 溶液的溶液的 H+离子浓度离子浓度和解离度和解离度 Ka=x2/(1.0105x)=1.76105 C0 /Ka=1.0105 /1.76105 400 且加入且加入 NaAc 平衡左移,平衡左移,0.2x0.2 0.1x0.1 Ka=0.2 x/0.1 x=1/2 Ka=1/21.76105 =9106 mol/dm3 =H/C0 =9106/0.1=9105%与上
16、题与上题相比减小了相比减小了144倍。倍。第十八页,本课件共有86页 由上例我们可以得到具有同离子效应溶液的由上例我们可以得到具有同离子效应溶液的H的计算公式:的计算公式:以以 HAc NaAc 缓冲溶液为例缓冲溶液为例 HAc H Ac Ac(来自(来自NaAc)初始:初始:C酸酸 0 C盐盐 平衡:平衡:C酸酸x x C盐盐 x 由于同离子效应由于同离子效应:C酸酸x C酸酸;C盐盐x C盐盐 Ka=HAc/HAc=x C盐盐/C酸酸 H=x=Ka C酸酸 /C盐盐 或取负对数:或取负对数:pH=pKa lg C酸酸/C盐盐 同理:同理:OH-=x=Kb C碱碱/C盐盐 或取负对数:或取负
17、对数:pOH=pKb lg C碱碱/C盐盐第十九页,本课件共有86页(2)盐效应)盐效应 在弱电解质的溶液中加入不含相同离子的强电在弱电解质的溶液中加入不含相同离子的强电解质时,该弱电解质的电离度将会略有增大,这种解质时,该弱电解质的电离度将会略有增大,这种影响叫盐效应。影响叫盐效应。如:如:HAc溶液中加入大量溶液中加入大量NaCl,可略增加,可略增加HAc的电离度。的电离度。盐效应是由于溶液中的离子强度增大,使离子盐效应是由于溶液中的离子强度增大,使离子的活度降低,从而使的活度降低,从而使平衡向右移动。平衡向右移动。但这种电离度但这种电离度增大并不显著,所以计算中常可以忽略由盐效应引增大并
18、不显著,所以计算中常可以忽略由盐效应引起的弱电解质的电离度的变化。起的弱电解质的电离度的变化。第二十页,本课件共有86页 2-2 水的离子积和溶液的水的离子积和溶液的pH值值 1.水的离子积:水的离子积:水是一种很弱的电解质,只发生极少的电离:水是一种很弱的电解质,只发生极少的电离:2H2O H3O OH 或简写:或简写:H2O H OH 在一定的温度下,水的电离达到平衡时有在一定的温度下,水的电离达到平衡时有 Kw=H OH Kw称为水的离子积常数,简称为离子积。称为水的离子积常数,简称为离子积。常温下,常温下,Kw=HOH=1.01014 水的电离是吸热的,温度升高,平衡右移,水的电离是吸
19、热的,温度升高,平衡右移,Kw 变大。变大。例如:例如:295K:Kw=1.01014 313K:Kw=3.8010 14由于变化不是很大,常温下通常取由于变化不是很大,常温下通常取 Kw=1.01014 计算。计算。第二十一页,本课件共有86页 2.溶液的酸度和溶液的酸度和 pH 值值 Kw=H+OH-当当:H+OH-KW 1.010-7molL-1 中性溶液中性溶液 当当:H+OH-or H+1.010-7molL-1 酸性溶液酸性溶液 当当:H+OH-or H+1.010-7molL-1 碱性溶液碱性溶液 因此,可以用因此,可以用 H+的浓度表示溶液的酸碱性的浓度表示溶液的酸碱性 酸度酸
20、度水溶液中水溶液中 H+的浓度称为溶液的酸度的浓度称为溶液的酸度 当当 H+的浓度较小时的浓度较小时,通常用通常用 pH 表示溶液的酸度表示溶液的酸度 水溶液中氢离子浓度的负对数叫做水溶液中氢离子浓度的负对数叫做 pH 值值 pH=-log H+同理同理 pOH-log OH-当当 H+m 10-n 时时:pH n-log m第二十二页,本课件共有86页 pH 和和 pOH 的关系的关系 H+OH-=KW =10-14 pH=7 则则 pOH=7 中性溶液中性溶液 pH 7 酸性溶液酸性溶液,pH 越小酸性越强越小酸性越强 pH 7 则则 pOH 10 时明显呈现时明显呈现 In-的颜色的颜色
21、-黄色黄色 Ka=10H pH=pKa1;当当 In-/HIn K0a2 K0a3第二十六页,本课件共有86页原因:原因:HS带负电,再电离出带负电,再电离出H比中性分子更难。比中性分子更难。第一步电离出第一步电离出 H 对第二步电离产生同离子效应,对第二步电离产生同离子效应,即即HS只有极少部分电离,所以可以认为:只有极少部分电离,所以可以认为:H=HS。2.二元弱酸体系中有关离子浓度计算二元弱酸体系中有关离子浓度计算 弱酸溶液中,如何进行有关离子浓度的计算呢?弱酸溶液中,如何进行有关离子浓度的计算呢?以以H2S饱和溶液为例来说明:饱和溶液为例来说明:第二十七页,本课件共有86页例例:已知已
22、知H2S 饱和溶液的浓度为饱和溶液的浓度为 0.10mol/dm3,计算,计算 H2S 饱和溶液中饱和溶液中 H、HS和和S2。已知已知Ka10=1.3107,Ka20=7.11015 解:解:H2S =H HS 起始:起始:0.1 平衡平衡:0.1x x x C0/Ka10400 0.1x0.1 Ka10=HHS/H2S =x2/0.10=1.3107 x=H=HS=1.14104 mol/dm3第二十八页,本课件共有86页注意注意:在同一溶液中各离子的平衡同时建立在同一溶液中各离子的平衡同时建立,涉及多个平涉及多个平衡的离子,其浓度必须同时满足该溶液中所有的平衡衡的离子,其浓度必须同时满足
23、该溶液中所有的平衡,这是解决多元弱酸平衡共存问题的一条重要原则。这是解决多元弱酸平衡共存问题的一条重要原则。基基于这一原则于这一原则:第二步第二步 HS电离电离:HS=H S2 平衡时:平衡时:HS=H Ka20=HS2/HS =1.14104S2/1.14104 =S2 S2=Ka20=7.11015 mol/dm3第二十九页,本课件共有86页对于二元弱酸对于二元弱酸H2A:H由第一级电离决定,可以认为由第一级电离决定,可以认为:HHA A2=Ka20 比较二元弱酸的强弱只比较二元弱酸的比较二元弱酸的强弱只比较二元弱酸的Ka10即可。即可。如果将如果将Ka10Ka20 有:有:H2S =2H
24、 S2 K0=H2S2/H2S =Ka10Ka20 =9.231022 这一平衡体现了这一平衡体现了 H、S2 和和 H2S 之间的关之间的关系,可用此平衡进行有关的计算。系,可用此平衡进行有关的计算。第三十页,本课件共有86页例例2 在在0.10 mol/L 的的 H+中通入中通入 H2S 至饱和至饱和,求求S2?解:盐酸完全电离:解:盐酸完全电离:H的初始浓度的初始浓度=0.10 mol/dm3 H2S =2 H S2 起始:起始:0.1 0.1 平衡:平衡:0.1x 0.12x x 0.1x0.1 0.12x0.1 K0=H2S2/H2S =0.12 x/0.1=9.231022 S2-
25、=x=9.231021第三十一页,本课件共有86页计算结果表明:计算结果表明:当有当有0.10 mol/dm3H存在时,存在时,H2S 溶液中溶液中 S2-由原来的由原来的 S2-=K0a2=7.11015 mol/dm3降至现在的:降至现在的:S2-=9.231021 mol/dm3(3)三元弱酸体系中有关离子浓度的计算:三元弱酸体系中有关离子浓度的计算:以以H3PO4为例来说明:由于为例来说明:由于H3PO4的的Ka10、Ka20、Ka30相差很大,所以纯的相差很大,所以纯的H3PO4中中H也看成是由第也看成是由第一步电离决定的,所以求出一步电离决定的,所以求出H后,根据各级平衡后,根据各
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