酸碱质子理论与缓冲溶液 (2)幻灯片.ppt

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1、酸碱质子理论与缓冲溶液2023/4/161第1页，共41页，编辑于2022年，星期三6.1.1 历史回顾历史回顾 6.1.2 酸碱质子理论的基本概念酸碱质子理论的基本概念6.1.3 酸的相对强度和碱的相对强度酸的相对强度和碱的相对强度 6.1酸碱质子理论概述酸碱质子理论概述2023/4/162第2页，共41页，编辑于2022年，星期三6.1.1 历史回顾历史回顾非水体系（少部分）非水体系（少部分）水溶液中（大多数）水溶液中（大多数）Acid、Base、Salt酸碱理论主要有：酸碱理论主要有：酸碱反应酸碱反应沉溶反应沉溶反应氧还反应氧还反应配离反应配离反应 1、十八世纪拉瓦锡的、十八世纪拉瓦锡的

2、“氧酸氧酸”说和戴维、李必希的说和戴维、李必希的“氢酸氢酸”说。说。2、阿累尼乌斯（阿累尼乌斯（Arrhenius 1887）的酸碱电离理论。）的酸碱电离理论。3、富兰克林（、富兰克林（1905）的酸碱溶剂理论）的酸碱溶剂理论4、布朗斯特德、布朗斯特德劳瑞（劳瑞（BronstedLowry 1923）的酸碱质子理论）的酸碱质子理论5、路易斯（路易斯（Lewis 1923）的酸碱电子理论）的酸碱电子理论6、皮尔逊（、皮尔逊（1963）的硬软酸碱理论）的硬软酸碱理论7、离子移变理论、离子移变理论离子反应离子反应化学反应化学反应2023/4/163第3页，共41页，编辑于2022年，星期三6.1.2

3、 酸碱质子理论的基本概念酸：酸：凡是能释放出质子（凡是能释放出质子（H+）的任何含氢原）的任何含氢原子的分子或离子的物种。子的分子或离子的物种。（质子的给予体）（质子的给予体）碱：碱：凡是能与质子（凡是能与质子（H+）结合的分子或离子）结合的分子或离子的物种。的物种。（质子的接受体）（质子的接受体）第4页，共41页，编辑于2022年，星期三酸 H+碱第5页，共41页，编辑于2022年，星期三酸 H+碱例：HAc的共轭碱是Ac，Ac的共轭酸HAc，HAc和Ac为一对共轭酸碱。两性物质：既能给出质子，又能接受质子的物质。第6页，共41页，编辑于2022年，星期三(1)酸碱解离反应是质子转移反应，如

4、HF在水溶液中的解离反应是由给出质子的半反应和接受质子的半反应组成的。HF(aq)H+F(aq)H+H2O(l)H3O+(aq)HF(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+F(aq)(2)水是两性物质，它的自身解离反应也是质子转移反应：H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)第7页，共41页，编辑于2022年，星期三(3)盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。例如NaAc水解：Ac+H2O OH+HAcH+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)NH4Cl水解:+H2O H3O+NH3H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)2023/4/168第8页，

5、共41页，编辑于2022年，星期三(4)非水溶液中的酸碱反应，例如NH4Cl的生成：H+液氨中的酸碱中和反应：H+2023/4/169第9页，共41页，编辑于2022年，星期三6.1.3 酸的相对强度和碱的相对强度区分效应：用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来，称为溶剂的“区分效应”。例如，H2O可以区分HAc，HCN酸性的强弱。拉平效应：溶剂将酸或碱的强度拉平的作用，称为溶剂的“拉平效应”。酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子的能力的强弱。水对强酸起不到区分作用，水能够同等程度地将HClO4，HCl，HNO3等强酸的质子全部夺取过来。第10页，共41页，编辑于2022年，星期三酸越

6、强其共轭碱越弱碱越强其共轭酸越弱选取比水的碱性弱的碱，如冰醋酸为溶剂对水中的强酸可体现出区分效应。例如上述强酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：第11页，共41页，编辑于2022年，星期三6.2.1 水的解离平衡水的解离平衡 6.2.2 溶液的溶液的pH值值 6.2 水的解离平衡与溶液的水的解离平衡与溶液的pH值值2023/4/1612第12页，共41页，编辑于2022年，星期三 6.2.1 水的解离平衡水的解离平衡 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)或 H2O(l)H+(aq)+OH(aq)水的离子积常数，简称水的离子积。第13页，共41页，编辑于2022年，星期三

7、25纯水100纯水第14页，共41页，编辑于2022年，星期三6.2.2 溶液的溶液的pH值值第15页，共41页，编辑于2022年，星期三 6.3.1 同离子效应同离子效应 6.3.2 缓冲溶液缓冲溶液 6.3.3 缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算值的计算*6.3.4 缓冲范围和缓冲能力缓冲范围和缓冲能力 6.3 缓冲溶液缓冲溶液2023/4/1616第16页，共41页，编辑于2022年，星期三6.3.1 同离子效应同离子效应 HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+平衡移动方向 NH4Ac(aq)(aq)+Ac(aq)Ac(aq)同离子效应：在弱电解质溶液中，加入与其含有相同离子的易溶强电

8、解质而使弱电解质的解离度降低的现象。第17页，共41页，编辑于2022年，星期三例：在 0.10 molL-1 的HAc 溶液中，加入 NH4Ac(s)，使 NH4Ac的浓度为 0.10 molL-1，计算该溶液的 pH值和 HAc的解离度。解：HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)c0/(molL-1)0.10 0 0.10ceq/(molL-1)0.10 x x 0.10+x x=1.810-5 c(H+)=1.810-5 molL-1 pH=4.74，=0.018%0.10 x 0.100.10 molL-1 HAc溶液：pH=2.89，=1.3%第18页，共41页，

9、编辑于2022年，星期三50mLHAcNaAc c(HAc)=c(NaAc)=0.10molL-1 pH=4.74 缓冲溶液：具有能保持本身缓冲溶液：具有能保持本身pH值相对稳定性能的溶液值相对稳定性能的溶液(也就是不因加入少量强酸或强碱而显著改变也就是不因加入少量强酸或强碱而显著改变pH值的溶液值的溶液)。6.3.2 缓冲溶液缓冲溶液加入1滴(0.05ml)1molL-1 HCl加入1滴(0.05ml)1molL-1 NaOH实验：50ml纯水pH=7 pH=3 pH=11 pH=4.73 pH=4.75第19页，共41页，编辑于2022年，星期三 缓冲作用原理缓冲作用原理加入少量强碱：第2

10、0页，共41页，编辑于2022年，星期三溶液中大量的A与外加的少量的H3O+结合成HA，当达到新平衡时，c(HA)略有增加，c(A)略有减少，变化不大，因此溶液的c(H3O+)或pH值基本不变。加入少量强酸：溶液中较大量的HA与外加的少量的OH生成A和H2O，当达到新平衡时,c(A)略有增加,c(HA)略有减少，变化不大，因此溶液的c(H3O+)或pH值基本不变。第21页，共41页，编辑于2022年，星期三 6.3.3 缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算值的计算 弱酸弱酸盐：例HAcNaAc，H2CO3NaHCO3式中c(HA),c(A)为平衡浓度，但是，由于同离 子效应的存在，通常用初始浓度c0(

11、HA),c0(A)代之。第22页，共41页，编辑于2022年，星期三第23页，共41页，编辑于2022年，星期三2.弱碱 弱碱盐 NH3 H2O NH4Cl第24页，共41页，编辑于2022年，星期三3.由多元弱酸酸式盐 组成的缓冲溶液如 NaHCO3 Na2CO3 ,NaH2PO4 Na2HPO4 溶液为酸性或中性第25页，共41页，编辑于2022年，星期三 溶液为碱性应按水解平衡精确计算。第26页，共41页，编辑于2022年，星期三第27页，共41页，编辑于2022年，星期三 结论：结论：缓冲溶液的pH值主要是由 或 决 定的，缓冲溶液的缓冲能力是有限的；缓冲能力与缓冲溶液中各组分的浓度有

12、关，c(HA)，c(B)及 c(A)或c(BH+)较 大时,缓冲能力强。第28页，共41页，编辑于2022年，星期三例题：将将 2.0 molL-1的的HAc与与2.0 molL-1的的NaAc溶液等体积混合。溶液等体积混合。计算此缓冲溶液的计算此缓冲溶液的pH值；值；将将10mL 0.1molL-1的的 HCl溶液加到上述溶液加到上述90mL溶液中，计算所得溶溶液中，计算所得溶液的液的pH；将将10mL 0.1molL-1的的NaOH溶液加到上述溶液加到上述90mL溶液中，计算所得溶液中，计算所得溶液的溶液的pH。解：解：等体积混合后的各物质的初始浓度为等体积混合后的各物质的初始浓度为c(H

13、Ac)=1.0 molL-1，c(Ac-)=1.0 molL-1因为组成该缓冲溶液的共轭酸碱对是：因为组成该缓冲溶液的共轭酸碱对是：HAc-Ac-所以所以 c(酸酸)c(HAc)1.0 molL-1，c(碱碱)c(Ac-)1.0 molL-1第29页，共41页，编辑于2022年，星期三查表得：1.7510-5，则有：pH=首先计算加入HCl后，由于体积改变，所导致的各物质的初始浓度:c(酸)0.9 molL-1c(碱)0.9 molL-1c(HCl)0.01 molL-1 其次，考虑加入HCl后，由于H+(aq)与Ac-(aq)全部结合生成HAc（因为溶液中有大量的Ac-），所以HAc和Ac-

14、的总浓渡为：第30页，共41页，编辑于2022年，星期三c(酸)0.9+0.010.91(molL-1)c(碱)0.9-0.010.89(molL-1)pH=则有：与比较，pH只降低了0.01。用同样办法，求出加入NaOH后的各物质浓度：c(酸)0.9-0.010.89(molL-1)c(碱)0.9+0.010.91(molL-1)pH=与比较，pH只增加了0.01。由上述计算可知，缓冲溶液确实能抵抗少量酸或碱而保持自身pH值基本不变。但是若在纯水中加入少量酸或碱，则pH值变化很大。例如，在90mL水中加入10mL0.1molL-1盐酸时，水的pH由7变成2，改变了5个单位。2023/4/16

15、31第31页，共41页，编辑于2022年，星期三例题例题 若在 50.00ml 0.150molL-1 NH3(aq)和 0.200 molL-1 NH4Cl组成的缓冲溶液中，加入0.100ml 1.00 molL-1的HCl，求加入HCl前后溶液的pH值各为多少？解：加入 HCl 前:4.缓冲溶液的缓冲性能的计算第32页，共41页，编辑于2022年，星期三加入 HCl 后:NH3(aq)+H2O(l)(aq)+OH(aq)加HCl前浓度/(molL-1)0.150-0.0020-x 0.200+0.0020+x x 0.150 0.200加HCl后初始浓度/(molL-1)0.150-0.0

16、020 0.200+0.0020平衡浓度/(molL-1)第33页，共41页，编辑于2022年，星期三*6.3.4 缓冲范围和缓冲能力缓冲范围和缓冲能力缓冲溶液的选择和配制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；第34页，共41页，编辑于2022年，星期三欲配制的缓冲溶液的 pH 值应选择的缓冲组分 或 尽可能接近所需溶液的pH值；若 或 与所需pH不相等，依所需pH调整 第35页，共41页，编辑于2022年，星期三 例题 今有 2.0L0.10molL-1的 Na3PO4 溶液和 2.0L 0.10molL

17、-1的NaH2PO4 溶液，仅用这两种溶液（不可再加水）来配制pH=12.50的缓冲溶液，能配制多少升这种缓冲溶液？解：缓冲组分应为 Na2HPO4 Na3PO4 ,小于所需pH值，说明 应过量，则 2.0L Na3PO4 应全部用上,设需0.10molL-1 NaH2PO4 xL。反应前 n/mol 20.10 0.10 x 0反应后 n/mol 0.20 0.10 x 0 0.20 x第36页，共41页，编辑于2022年，星期三解得 x=0.12 能配制2.12L缓冲溶液初始浓度/(molL-1)平衡浓度/(molL-1)(2L Na3PO4 +0.12L NaH2PO4)。第37页，共4

18、1页，编辑于2022年，星期三例：欲用等体积的 NaH2PO4 溶液和 Na2HPO4 溶液配制 1.00LpH=7.20 的缓冲溶液，当将50.00mL的该缓冲溶液与5.00mL 0.10molL-1 HCl混合后，其 pH值变为 6.80，问 缓冲溶液中NaH2PO4 和 Na2HPO4 的浓度是多大？如果该缓冲溶液是由0.500molL-1 H3PO4和1.0molL-1 NaOH配制，应分别取多少毫升？第38页，共41页，编辑于2022年，星期三解：第39页，共41页，编辑于2022年，星期三第40页，共41页，编辑于2022年，星期三作业：计算题、计算题2023/4/1641第41页，共41页，编辑于2022年，星期三