溶液中的质子酸碱平衡幻灯片.ppt

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1、溶液中的质子酸碱平衡第1页，共75页，编辑于2022年，星期日9.1 电解质在水溶液中的状况1强电解质溶液理论2电解质溶液的依数性第2页，共75页，编辑于2022年，星期日电解质强电解质与弱电解质强电解质指在溶液中完全电离为离子的化合物如：强酸、强碱及大多数盐类 弱电解质指在溶液中部分电离的化合物如：弱酸、弱碱等Note：电解质的强弱除了与本身性质有关外，还与溶剂的性质有关。第3页，共75页，编辑于2022年，星期日cBmoll-1Tf（实验值）/K理论计算值NaClK2SO4HClHAc0.100.3470.4580.3550.1880.1860.0500.1760.2390.1790.09

2、490.09300.0100.03590.05150.03660.01950.01860.00500.01800.02660.01850.009860.00930依数性公式：Tf iKf cB各种电解质溶液的各种电解质溶液的Tf1.电解质溶液的依数性第4页，共75页，编辑于2022年，星期日cBmoll-1表表观电离度离度值NaClHClHAc0.100.870.910.0110.0500.890.920.0200.0100.930.970.0480.00500.940.990.060思考题强电解质完全电离，为何其表观电离度不是100？c第5页，共75页，编辑于2022年，星期日(1).理理论

3、论要点：要点：强电解质在水溶液中完全电离，但由于离子间的相强电解质在水溶液中完全电离，但由于离子间的相互作用，离子的行动不完全自由。互作用，离子的行动不完全自由。离子之间存在以库仑力为主的相互作用力，在中心离离子之间存在以库仑力为主的相互作用力，在中心离离子之间存在以库仑力为主的相互作用力，在中心离离子之间存在以库仑力为主的相互作用力，在中心离子周围形成带相反电荷的子周围形成带相反电荷的子周围形成带相反电荷的子周围形成带相反电荷的“离子氛离子氛离子氛离子氛”。通电时，正电荷离子向负极运动，而其通电时，正电荷离子向负极运动，而其通电时，正电荷离子向负极运动，而其通电时，正电荷离子向负极运动，而其

4、“离子氛离子氛离子氛离子氛”向正向正向正向正极运动，使得离子的运动速度减慢，导电性减弱。极运动，使得离子的运动速度减慢，导电性减弱。极运动，使得离子的运动速度减慢，导电性减弱。极运动，使得离子的运动速度减慢，导电性减弱。2.强电解质溶液理论第6页，共75页，编辑于2022年，星期日 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 离子氛离子氛实际发挥作用的浓度怎样计算实际发挥作用的浓度怎样计算 活度和活度系活度和活度系数数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 离子强度离子强度第7页，共75页，编辑于2022年，星期日 在溶液中每一个离子都被带相反电荷且分布不均在溶液中每一

5、个离子都被带相反电荷且分布不均匀的其它离子包围，形成一个球对称的离子氛。匀的其它离子包围，形成一个球对称的离子氛。离子氛示意图离子氛示意图离子氛示意图离子氛示意图 半径：半径：半径：半径：101010 10 mm(2).离子氛离子氛第8页，共75页，编辑于2022年，星期日1).1).溶液中的离子分布可看成是很多离子氛交错在一起的复溶液中的离子分布可看成是很多离子氛交错在一起的复杂系统。杂系统。2).用动态的观点看待离子氛，是一个统计平均的结果。用动态的观点看待离子氛，是一个统计平均的结果。3).离子氛的存在使强电解质溶液的电离度离子氛的存在使强电解质溶液的电离度(表观电离度表观电离度)并非并

6、非并非并非100100，导电性降低、依数性比完全电离时小。，导电性降低、依数性比完全电离时小。4).4).除离子氛外，在浓溶液中，还存在离子缔合现象，阴除离子氛外，在浓溶液中，还存在离子缔合现象，阴阳离子形成离子对作为独立单元而运动。阳离子形成离子对作为独立单元而运动。5).强电解质只有无限稀释时才能完全忽略离子间的相互强电解质只有无限稀释时才能完全忽略离子间的相互作用。作用。NoteNote：第9页，共75页，编辑于2022年，星期日(3).活度与活度系数活度与活度系数活度：又称有效浓度有效浓度，是指电解质溶液中实际上可起作用的离子的浓度，即扣除了离子间相互作用的浓度，以a(activity

7、)表示。活度和浓度c的关系为：a=r ca：活度（有效浓度）r：活度系数活度系数。活度系数反映了电解质溶液中离子间相互牵制作用的大小，一般r1，a 400第40页，共75页，编辑于2022年，星期日2.共轭酸碱对共轭酸碱对Ka和和Kb的关系的关系A+HHAA+H2O OH+HA共轭酸的酸性越强，其共轭碱的碱性越弱，反之亦然共轭酸的酸性越强，其共轭碱的碱性越弱，反之亦然酸性：酸性：酸性：酸性：碱性：碱性：碱性：碱性：通常碱的电离常数可由共轭酸的电离常数求得通常碱的电离常数可由共轭酸的电离常数求得第41页，共75页，编辑于2022年，星期日例题：计算常温下例题：计算常温下例题：计算常温下例题：计算

8、常温下0.10 molL0.10 molL1 1NaAcNaAc溶液的溶液的溶液的溶液的pHpH？已知已知HAc 的的的的Ka=1.8105解：解：解：解：第42页，共75页，编辑于2022年，星期日例题：将例题：将2.45克固体克固体NaCN配制成配制成500cm3的水溶液，计算此溶液的酸的水溶液，计算此溶液的酸度是多少。已知：度是多少。已知：HCN的的Ka 为为4.931010。解：解：CN的浓度为的浓度为 2.45/(49.0 0.500)=0.100(mol/dm3)CN +H2O OH +HCN =Kw/Ka =1.00 1014/4.93 1010=2.03 105 c/Kb=0.

9、100/2.03 105=4.93 103 400 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=11.15第43页，共75页，编辑于2022年，星期日酸的浓度酸的浓度：包括未电离的酸的浓度和已电离的酸的浓度；酸的强度酸的强度：因电离度不同而有强酸和弱酸之分；酸度酸度：指氢离子的浓度C(H+)，故可用pH表示酸度。第44页，共75页，编辑于2022年，星期日3.多元弱酸、弱碱的电离平衡多元弱酸、弱碱的电离平衡特点：特点：分步电离分步电离如：如：H2S H2S +H2O H3O+HS Ka1=

10、H3O+HS/H2S =5.7 108 HS+H2O H3O+S2 Ka2=H3O+S2/HS =1.2 1012一般来说，第二步电离较第一步电离更难，Ka1 较Ka2 大几个数量级。多元弱酸的电离平衡多元弱酸的电离平衡第45页，共75页，编辑于2022年，星期日强调几点：强调几点：总的电离常数关系只表示H+、S2-、H2S之间的关系，并不说明电离过程按H2S 2H+S2的方式进行；一般来讲，多元弱酸的Ka1 Ka2 Ka3；当Ka1/Ka2102时，忽略二级电离，当一元酸处理。时，忽略二级电离，当一元酸处理。通常情况下不考虑水的电离平衡。根据多重平衡规则，第46页，共75页，编辑于2022年

11、，星期日解：解：Ka1 K Ka2a2 ，在计算，在计算H3O+时，可略去第二时，可略去第二级电离，只考虑一级电离，级电离，只考虑一级电离，H2S +H2O H3O+HS又又 c/Kc/Ka1=0.10/=0.10/5.7 108 400 400mol/dm3例题：例题：计算0.10 mol/dm3 H2S 水溶液的水溶液的H3O+和和 S2，以及，以及H2S 的电离度。的电离度。已知已知:第47页，共75页，编辑于2022年，星期日HS+H2O H3O+S2 Ka2=H3O+S2/HS=1.2 1012S22=K=Ka2a2 (HS/H3 3OO+)由于二级电离非常小，可认为：由于二级电离非

12、常小，可认为：HS H3OO+SS2 Ka2a2=1.2 101212（mol/dm3）H2S的电离度的电离度的电离度的电离度 =H3O+/c=/c=7.5 10 1055/0.10=/0.10=7.5 10 1044(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。第48页，共75页，编辑于2022年，星期日Note：1).多元弱酸溶液中氢离子的浓度只考虑第一步电离。多元弱酸溶液中氢离子的浓度只考虑第一步电离。多元弱酸溶液中氢离子的浓度只考虑第一步电离。多元弱酸溶液中氢离子的浓度只考虑第一步电

13、离。2).对于二元弱酸，对于二元弱酸，与弱酸的初始与弱酸的初始浓度无关。浓度无关。3).对于二元弱酸，若酸浓度一定时，酸根离子的浓度对于二元弱酸，若酸浓度一定时，酸根离子的浓度与氢离子浓度的平方成反比。与氢离子浓度的平方成反比。如饱和如饱和H2S：第49页，共75页，编辑于2022年，星期日例例题题：在常温常压下，向：在常温常压下，向：在常温常压下，向：在常温常压下，向0.30 molL1 1 HCl HCl 溶液中通溶液中通入入H2S 气体直至饱和，实验测得气体直至饱和，实验测得气体直至饱和，实验测得气体直至饱和，实验测得HH2S S 近似为近似为0.10 molL0.10 molL1 1，

14、计算溶液中的，计算溶液中的，计算溶液中的，计算溶液中的S S22？解：解：已知：已知：对比饱和对比饱和对比饱和对比饱和HH2 2S S溶液中，溶液中，溶液中，溶液中，调节酸度可大幅度改变调节酸度可大幅度改变 S2 的浓度。的浓度。第50页，共75页，编辑于2022年，星期日多元弱碱的电离也是分步进行的多元弱碱的电离也是分步进行的如：如：PO43-多元弱碱的电离平衡多元弱碱的电离平衡第51页，共75页，编辑于2022年，星期日 计算多元弱碱溶液中计算多元弱碱溶液中OH的浓度，同样只需考虑的浓度，同样只需考虑第一步电离，按一元弱碱近似处理，第一步电离，按一元弱碱近似处理，但是要弄清但是要弄清Ka与

15、与Kb的关系。的关系。第52页，共75页，编辑于2022年，星期日例题：计算例题：计算0.10molL-1Na3PO4溶液的溶液的pH值值ceqeq/(molL-1)0.10 0.10 x x x xKb1较大，不能近似计算较大，不能近似计算解：解：第53页，共75页，编辑于2022年，星期日两性物质包括多元弱酸的酸式盐，弱酸弱碱盐，氨基酸及类似有机物。此类物质的电离平衡十分复杂。计算H3O+最简式：Ka=Kb，溶液呈中性，比如NH4AcKaKb，溶液呈酸性，比如NaH2PO44.两性物质的电离平衡两性物质的电离平衡第54页，共75页，编辑于2022年，星期日NaH2PO4溶液显弱酸性比如酸碱

16、电离理论中的弱酸酸式盐：第55页，共75页，编辑于2022年，星期日同离子效应同离子效应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，加入与其含：在弱电解质溶液中，加入与其含有相同离子的有相同离子的易溶强电解质易溶强电解质易溶强电解质易溶强电解质而使而使而使而使弱电解质的电离度降弱电解质的电离度降弱电解质的电离度降弱电解质的电离度降低低低低的现象。的现象。的现象。的现象。HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)Ac(aq)NaAc(aq)Na+(aq)+平衡移动方向5.酸碱电离平衡的移动酸碱电离平衡的移动第56页，共75页，编辑于2022年，星期日例题：例题：(

17、1)计算0.10 molL-1HAc溶液的pH值和HAc的电离度；(2)向上述溶液加入NaAc(s)，使 NaAc的浓度为0.10molL-1，计算该溶液的pH值和HAc的电离度。(Ka,HAC=1.7610-5)解：解：(1)C/Ka=0.10/(1.7610-5)400 H+=(KaC)0.5=1.310-3molL-1 pH=2.89 =H+/c=(1.310-3-3/0.10)/0.10)100%=1.3%第57页，共75页，编辑于2022年，星期日0.10 x 0.10 x=1.7610-5 c(H+)=1.7610-5 molL-1 pH=4.74，=0.0176%(2)HAc(a

18、q)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)c0/(molL-1)0.10 0 0.10ceq/(molL-1)0.10 x x 0.10+x可见，由于可见，由于可见，由于可见，由于同离子效应同离子效应同离子效应同离子效应，HAcHAc的电离度降低到原来的的电离度降低到原来的的电离度降低到原来的的电离度降低到原来的1/721/72。第58页，共75页，编辑于2022年，星期日产生原因：产生原因：离子浓度的增加，使得离子间相互牵制离子浓度的增加，使得离子间相互牵制 作用增强，离子结合成分子的机会减少，作用增强，离子结合成分子的机会减少，作用增强，离子结合成分子的机会减少，作用增强，离子结合成

19、分子的机会减少，弱电解质弱电解质电离度增加电离度增加电离度增加电离度增加。相对同离子效应，盐效应的影响较小。相对同离子效应，盐效应的影响较小。相对同离子效应，盐效应的影响较小。相对同离子效应，盐效应的影响较小。NoteNote：在弱电解质溶液中，加入不含共同离子的易溶在弱电解质溶液中，加入不含共同离子的易溶强电解质，而使弱电解质的解离度增大的效应。强电解质，而使弱电解质的解离度增大的效应。盐效应盐效应第59页，共75页，编辑于2022年，星期日9.5 缓冲溶液1缓冲作用原理23缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算4缓冲溶液的选择和配置第60页，共75页，编辑于2022年，星期日50 mL 0.10 m

20、olL-1 HAc-NaAc pH HAc-NaAc pH=4.74=4.74加入加入加入加入1滴滴滴滴1 molL1 molL-1 HCl HCl加入加入1滴滴滴滴1 1 molLmolL-1 NaOH50 ml50 ml纯水纯水纯水纯水 pH=7 pH=11思考：思考：思考：思考：pH=3加入少量酸或碱，溶液的加入少量酸或碱，溶液的加入少量酸或碱，溶液的加入少量酸或碱，溶液的pH值并未发生显著改变。值并未发生显著改变。pH=4.73pH=4.75实验事实：实验事实：第61页，共75页，编辑于2022年，星期日 能保持本身能保持本身能保持本身能保持本身pH值相对稳定的溶液，外加少量酸、碱值相

21、对稳定的溶液，外加少量酸、碱或稍加稀释时，或稍加稀释时，pH改变很小。改变很小。弱酸及其共轭碱：弱酸及其共轭碱：弱酸及其共轭碱：弱酸及其共轭碱：HAcNaAcHAcNaAc弱碱及其共轭酸：弱碱及其共轭酸：弱碱及其共轭酸：弱碱及其共轭酸：NH3NH4Cl生物化学，临床医学等。生物化学，临床医学等。生物化学，临床医学等。生物化学，临床医学等。定义：定义：缓冲对缓冲对(弱的共轭酸碱对弱的共轭酸碱对弱的共轭酸碱对弱的共轭酸碱对)组成：组成：意义：意义：1.缓冲溶液缓冲溶液(buffer solution)第62页，共75页，编辑于2022年，星期日人的体液人的体液 血浆，血浆，血浆，血浆，7.367.

22、447.44；唾液，；唾液，；唾液，；唾液，6.356.85；胆汁，；胆汁，5.46.9。H2 2COCO3NaHCONaHCO3 3；NaHNaH2 2PO4 4Na2 2HPO4 4。pH7.3 pH7.5pH7.5，碱中毒；，碱中毒；，碱中毒；，碱中毒；pH6.8pH7.87.8，导致死亡。，导致死亡。，导致死亡。，导致死亡。pH的生物意义的生物意义土壤土壤 碳酸碳酸盐；土壤腐植质酸相应盐类。碳酸碳酸盐；土壤腐植质酸相应盐类。第63页，共75页，编辑于2022年，星期日浓度略有增加或减少浓度略有增加或减少浓度略有增加或减少浓度略有增加或减少，变化不大，变化不大，变化不大，变化不大，PHP

23、H基本保持不变。基本保持不变。基本保持不变。基本保持不变。(1).(1).加入少量强碱加入少量强碱加入少量强碱加入少量强碱(2).(2).加入少量强酸加入少量强酸加入少量强酸加入少量强酸大量大量大量大量 少量少量少量少量 大量大量大量大量2.缓冲作用原理缓冲作用原理第64页，共75页，编辑于2022年，星期日3.缓冲溶液pH值的计算弱酸共轭碱体系弱酸共轭碱体系 例如：HAcNaAc，H2CO3NaHCO3由于同离子效应的存在，由于同离子效应的存在，由于同离子效应的存在，由于同离子效应的存在，通常用初始浓度通常用初始浓度通常用初始浓度通常用初始浓度c c(HA)(HA)、c c(A(A)代替平衡

24、浓度代替平衡浓度代替平衡浓度代替平衡浓度HAHA、AA 。第65页，共75页，编辑于2022年，星期日弱碱共轭酸体系弱碱共轭酸体系 例如：NH3H2ONH4Cl 由于同离子效应的存在，通常用初始浓度c(B)、c(BH+)代替平衡浓度B、BH+。第66页，共75页，编辑于2022年，星期日例题写出下列缓冲溶液的缓冲公式：第67页，共75页，编辑于2022年，星期日求 300mL 0.50molL-1 H3PO4和 500mL 0.50 molL-1 NaOH的混合溶液的pH值。反应继续反应解：先反应再计算例题第68页，共75页，编辑于2022年，星期日4.缓冲溶液的选择和配制缓冲溶液的选择和配制

25、(1).(1).所选缓冲溶液不能与反应物或生成物起反应。所选缓冲溶液不能与反应物或生成物起反应。所选缓冲溶液不能与反应物或生成物起反应。所选缓冲溶液不能与反应物或生成物起反应。(2).(2).选择选择选择选择pKpKa a或或或或14-pK14-pKb b与所需与所需与所需与所需pHpH值相等或接近的弱酸及其值相等或接近的弱酸及其值相等或接近的弱酸及其值相等或接近的弱酸及其 盐，这时对外加酸、碱有同等的缓冲能力。盐，这时对外加酸、碱有同等的缓冲能力。盐，这时对外加酸、碱有同等的缓冲能力。盐，这时对外加酸、碱有同等的缓冲能力。(3).(3).配制时尽量按配制时尽量按配制时尽量按配制时尽量按C C

26、酸酸酸酸=C C盐盐盐盐，此时溶液，此时溶液，此时溶液，此时溶液具有最大的缓冲容量。具有最大的缓冲容量。具有最大的缓冲容量。具有最大的缓冲容量。(4).(4).若若若若pKpKa a或或或或14-pK14-pKb b与所需与所需与所需与所需pHpH值不相等，依所需值不相等，依所需值不相等，依所需值不相等，依所需pHpH调整调整调整调整 C C酸酸酸酸/C/C盐盐盐盐或或或或C C碱碱碱碱/C/C盐。盐。盐。盐。(5).(5).为了有较大的缓冲能力，一般共轭酸碱对的浓度范围在为了有较大的缓冲能力，一般共轭酸碱对的浓度范围在为了有较大的缓冲能力，一般共轭酸碱对的浓度范围在为了有较大的缓冲能力，一般

27、共轭酸碱对的浓度范围在 0.010.1molL0.010.1molL-1-1之间。之间。之间。之间。第69页，共75页，编辑于2022年，星期日pH缓冲组分5791012 选择选择选择选择HAcHAcNaAc缓冲对，再由缓冲对，再由缓冲对，再由缓冲对，再由pH=pKpH=pKa a-lg(c酸酸酸酸/c盐盐盐盐)适适当调整当调整(c酸酸酸酸/c/c盐盐盐盐)值。值。值。值。思考：配制思考：配制pH值为值为值为值为5 5左右的缓冲溶液？左右的缓冲溶液？第70页，共75页，编辑于2022年，星期日例例题题：欲欲由由H2C2O4和和NaOH两两溶溶液液配配制制pH=4.19的的缓缓冲冲溶溶液液，问问

28、需需0.10 molL-1H2C2O4溶溶液液与与0.10 molL-1 NaOH溶溶液液的体积比？的体积比？(H2C2O4 Ka1=5.910-2，Ka2=6.410-5）解：解：解：解：H2 2C C2OO4：pKapKa1 1=1.23 pKa2 2=4.19=4.19应选择缓冲体系应选择缓冲体系则：则：第71页，共75页，编辑于2022年，星期日解：解：NHNH3 3+HCl+HCl NHNH4 4ClCl NH NH3过量，混合溶液为过量，混合溶液为过量，混合溶液为过量，混合溶液为NH3 3 NHNH4 4ClCl缓冲溶液；缓冲溶液；缓冲溶液；缓冲溶液；完全反应，全部转化为完全反应，

29、全部转化为NHNH4 4Cl，pHpH值取决于值取决于值取决于值取决于NH4 4+；HCl过量，溶液过量，溶液过量，溶液过量，溶液pHpH值取决于过量的值取决于过量的值取决于过量的值取决于过量的HClHCl电离。电离。例例题题：在在20 ml 0.10 molL1 NH3溶溶液液中中，加加入入0.10 molL1 HCl溶液，求下列情况下混合溶液的溶液，求下列情况下混合溶液的pH值值计算：计算：加入加入10 ml HCl；加入加入20 ml HCl；加入加入30 ml HCl后后 Kb(NH3)=1.74105第72页，共75页，编辑于2022年，星期日第第9章章 小结小结1.溶液中氢离子浓度

30、的计算溶液中氢离子浓度的计算强酸或强碱溶液pH的计算 H+C酸 OH-C碱 一元弱酸或弱碱溶液pH的计算 当当c/Ka（或（或Kb）400时，时，第73页，共75页，编辑于2022年，星期日多元弱酸溶液pH的计算 当Ka1/Ka2102时，忽略二级电离，当一元弱酸处理时，忽略二级电离，当一元弱酸处理缓冲溶液pH的计算第74页，共75页，编辑于2022年，星期日2.缓冲溶液的选择和配制原则：缓冲溶液的选择和配制原则：所选择的缓冲溶液，除了参与和 H+或OH有关的反应以外，不能与反应系统中的其它物质发生副反应；配制一定pH值的缓冲溶液，应按c酸=c共轭碱，选择pKa或14-pKb尽可能接近所需溶液的pH值；pKa或14-pKb与所需pH不相等时，依所需pH调整 第75页，共75页，编辑于2022年，星期日