第3章 酸碱解离和沉淀平衡.ppt

1、第一节第一节 酸碱理论酸碱理论第二节第二节 水溶液中的酸碱平衡水溶液中的酸碱平衡第三节第三节 弱酸弱碱溶液弱酸弱碱溶液H3O+或或OH-浓度的计算浓度的计算第四节第四节 缓冲溶液缓冲溶液第五节第五节 难溶强电解质的沉淀难溶强电解质的沉淀- -溶解平衡溶解平衡第三章第三章 酸碱解离平衡和沉淀酸碱解离平衡和沉淀- -溶解平衡溶解平衡一、酸碱电离理论一、酸碱电离理论( (阿仑尼乌斯阿仑尼乌斯酸碱理论）酸碱理论）(Arrhenius ionization theory)(Arrhenius ionization theory)酸酸( (acid) ) ：在水中解离出的阳离子全是在水中解离出的阳离子全是

2、H+的物质。的物质。局限性：局限性： 无法解释无法解释NH3的弱碱性的弱碱性无无NH4OH第一节第一节 酸碱理论酸碱理论碱碱( (base) ) ：在水中解离出的阴离子全是在水中解离出的阴离子全是OH-的物质。的物质。 中和反应中和反应的实质是：的实质是：H+ OH H2O不适用于非水体系或无溶剂体系不适用于非水体系或无溶剂体系酸：酸：凡能凡能给出给出质子（质子（H H+ +）的物质；质子的给予体）的物质；质子的给予体 。(proton donor)(proton donor)如：如：酸二二、酸碱质子理论酸碱质子理论 HCl H+ + Cl- HAc H+ + Ac- NH4+ H+ + NH

3、3 H2CO3 H+ + HCO3-HCO3- H+ + CO32-碱：碱：凡能凡能接受接受质子（质子（H H+ +）的物质；质子的接受体）的物质；质子的接受体 。(proton acceptor)(proton acceptor)H3O + H+ + H2OH2O H+ + OH- 碱质子 +酸碱半反应酸碱半反应 (proton theory of acid and base) )1.1.酸和碱可以是酸和碱可以是分子分子，也可以是，也可以是阳、阴离子阳、阴离子。 二二、酸碱质子理论酸碱质子理论特点特点：2. 2. 既是酸又是碱（既是酸又是碱（两性物质两性物质）如）如 HCO3-, H2O。3

4、. 3. 没有没有“盐盐”的概念。的概念。如如NaCl中中Cl 为碱；为碱；NH4Ac中为中为两性物质两性物质 例例1 1：下列各组属于共轭酸碱对的是：下列各组属于共轭酸碱对的是 A. H3PO4 H2PO4- B. H2CO3 CO32- C. H3O+ OH- D. H2PO4- HPO42- E. H2PO4- PO43- F. HAc Ac- 共轭酸碱对共轭酸碱对H+ + B-HBHB B-酸碱共轭关系酸碱共轭关系酸 碱质子 +( (conjugate acid-base pair)练习练习： 指出下列物质何者为酸，何者为碱？并写出其指出下列物质何者为酸，何者为碱？并写出其共轭酸（碱）

5、。共轭酸（碱）。H2O、H3O+、 NH3、 H2CO3、H2PO4-、NH4+、H2S、HS-、 CO32-、OH-只能为酸：只能为酸：H3O+、 H2CO3、NH4+、H2S、只能为碱：只能为碱： NH3、 CO32- 、OH-两性物质：两性物质： H2O 、 H2PO4- 、 HS- 实质：两个共轭酸碱对之间的质子传递反应。 HAc + NH3 NH4 + + Ac-H +H +H +酸碱反应的实质酸碱反应的实质适用范围：水溶液、非水溶剂或气相中的反应。水溶液、非水溶剂或气相中的反应。 HCl(g)+ NH3(g)苯苯NH4Cl(s)H +酸碱质子理论（小结）酸碱质子理论（小结） 扩大了

6、酸碱的含义和酸碱反应的范围。扩大了酸碱的含义和酸碱反应的范围。酸碱质子理论把酸限制在酸碱质子理论把酸限制在含氢含氢H，这就不能解释这就不能解释不含氢物质的酸性不含氢物质的酸性。优点： 将酸碱强度和酸或碱的性质和溶剂的性质联系起来。将酸碱强度和酸或碱的性质和溶剂的性质联系起来。 局限：如如SO3、AlCl3显酸性显酸性酸碱电子理论习题习题1.根据酸碱质子理论，下列物质既是酸又是碱的是根据酸碱质子理论，下列物质既是酸又是碱的是 A、HCO3 B、H2S C、NH4+ D、Ac2. 下列各组溶液中下列各组溶液中,不属于酸碱共轭关系的是不属于酸碱共轭关系的是 A、 H2OOH- B、 NH3NH4+

7、C 、H3PO4HPO42- D、 HClCl-一、水的质子自递反应H+H2O + H2O H3O+ + OH-或或 H2O H+ + OH-第二节第二节 水溶液中的酸碱平衡水溶液中的酸碱平衡水的离子积水的离子积(ion product of water) =1.010-14 （298K）+eq3eqw(H O )(OH )ccKcc 水的质子自递反应是吸热反应，温度升高，随之增大。不同温度下水的离子积常数不同温度下水的离子积常数 T/K T/K 当温度在室温附近变化时， 变化不大，一般可认为 。w K14w1.0 10Kw Kw K二、弱酸、弱碱的解离平衡二、弱酸、弱碱的解离平衡 在一元弱酸

8、 HB 溶液中，存在 HB 与 H2O 之间的质子转移反应： 达到平衡时： 一元弱酸的标准解离常数越大，它的酸性 就越强。+23HB + H OB H Oeqeq3aeq(B )/ (H O )/(HB)(HB)/ccccKcc（一）一元弱酸的解离平衡（一）一元弱酸的解离平衡 在一元弱碱 B 溶液中，存在 B 与 H2O 之间的质子转移反应： 达到平衡时： 一元弱碱的标准解离常数越大，它的碱性就越强。+2B + H OHB + OHeqeqeq(HB )/ (OH )/(B)(B)/ccccKccb（二）一元弱碱的解离平衡（二）一元弱碱的解离平衡二、弱酸、弱碱的解离平衡二、弱酸、弱碱的解离平衡

9、三、弱酸的标准解离常数与其共轭碱的标 准解离常数的关系 一元弱酸 HB 和其共轭碱 B- 在水溶液中存在如下质子转移反应： +23HB + H OB + H O2B + H OHB + OH达到平衡时：eqeq3aeq(B )/ (H O )/(HB)(HB)/ccccKcc 以上两式相乘得： eqeqbeq(HB)/ (OH )/(B )(B )/ccccKccabw(HB)(B )KKK 第三节第三节 弱酸弱碱溶液弱酸弱碱溶液H H3 3O O+ +和和OHOH- -浓度的计算浓度的计算 一、氢离子浓度和 pH二、一元弱酸溶液H H3 3O O+ + (pH) 的计算三、一元弱碱溶液OHO

10、H- - (pH) 的计算四、同离子效应和盐效应一、氢离子浓度和 pH室温下纯水中的 H3O+ 浓度为：溶液酸碱性取决于 ceq(H3O+) 与 ceq(OH-)的相对大小:+71eq3eqw(H O )(OH )1.0 10 mol LccK c 溶液呈中性； 溶液呈酸性； 溶液呈碱性。+71eq3eq(H O )(OH )1.0 10 mol L ,cc+71eq3eqeq3(H O )(OH ), (H O )1.0 10 mol L ,ccc+71eq3eqeq3(H O )(OH ), (H O )1.0 10 mol L ,ccc 对 浓度很低的溶液，常用 pH 来表示溶液的酸碱性

11、。+eq3(H O )pHlgcc +3H O 与 pH 相对应的还有 pOH 和 ，它们的定义分别为：eq(OH)pOHlgcc wpH + pOH = pKwpKwwplgKK pH 与 pOH 之间的关系为：一、氢离子浓度和 pH pH 和 pOH 都可以表示溶液的酸碱性:pH = pOH = 7，溶液呈中性；pH pOH，pH pOH，pH 7 ，溶液呈碱性。一、氢离子浓度和 pH例2 正常人尿液的 pH 为 4.78.4，计算尿液的H3O+ 浓度。解：pH 为 4.7 时，H3O+ 浓度为： pH 为 8.4 时，H3O+ 浓度为： 正常人尿液的 H3O+ 浓度为 。pH4.71eq

12、3(H O )1010mol Lcc8.41eq3(H O )10 mol Lc512.0 10 mol L914.0 10 mol L592.0 10 4.0 101mol L一、氢离子浓度和 pH二、一元弱酸溶液 H3O+(pH) 的计算 两个数相加或相减时，若较大数大于较小数 20 倍以上时,将较小数忽略，所产生的相对误差不会超过 5% 。 在weq3eq(H O )/ (OH )/Kcccc223H O + H O H O OH23HB + H O H OBeq3eqaeq(H O )/ (B )/(HB)(HB)/ccccKccHB 的水溶液中存在下列质子转移平衡: 溶液中存在下列关

13、系 ：eq3eqeq(H O )(B )(OH )ccc当 ceq(B-)20ceq(OH-)，即 时,上式可简化为：aw(HB)(HB)20cKKceq3eq(H O )(B )cc 将上述关系代入 HB 的标准解离常数表达式中：2eq3eq3a(H O )(HB)(H O )(HB)cccKcc 当 时， ，则 ，由上式可得：a(HB)/(HB)400cKeq3(HB)20(H O )cceq3(HB)(H O )(HB)ccceq3a(H O )(HB)(HB)/ccKcc例 3 计算 0.10 molL-1 HOAc 溶液的 pH，已知 。解： ，且 ,可利用最简公式计算。5a(HOA

14、c)1.8 10K6aw(HOAc)(HOAc)/1.8 10 20cKcKeq3a(H O )(HOAc)(HOAc)/ccKcceq33(H O )pHlglg(1.3 10 )2.89cc 溶液的 pH 为：5a(HOAc)0.105556400(HOAc)1.8 10cK53= 0.10 1.8 10=1.3 10三、一元弱碱溶液OH-(pH) 的计算 在一元弱碱 B 溶液中，存在下述质子转移反应：+223H O + H O H O + OHeqb(OH )(B)(B)/ccKcc+2B + H O HB + OH溶液中存在下列关系：eqeq3eq(OH )(H O )(HB )ccc

15、当 ，且bw(B)(B)/20cKcKb(B)/(B)cc K400 时:eq3b3(OH )(NH )(NH )/ccKcc530.10 1.8 101.3 10w3 pHppOH 14.00lg(1.3 10 )11.11K溶液的 pH 为：例 4 计算 0.10 molL-1 NH3 溶液的 pH，已知 。解： ，且 ，可利用最简公式计算。63b3w(NH )(NH )/1.8 1020cKcK3b3(NH )/(NH )5 556400cc K5b3(NH )1.8 10K四、同离子效应和盐效应(一) 同离子效应 HAc 在溶液中存在下述解离平衡：在 HAc 溶液中加入 NaAc 晶体

16、，Ac- 浓度增大， Ac- 与 H3O+ 结合，生成 HAc 和 H2O，使 HAc 的解离平衡逆向移动， H3O+ 浓度减小，HAc 的解离度降低。这种在弱电解质溶液中加入与弱电解质具有相同离子的强电解质，使弱电解质的解离度降低的现象称为同离子效应。HAc + H2O H3O+ + Ac-(二) 盐效应 在 HAc 溶液中加入 NaCl 晶体, 溶液中离子浓度增大，阳离子与阴离子的相互牵制作用增强，Ac- 与 H3O+ 结合成 HAc 分子的速率减慢，解离平衡正向移动，HAc 的解离度略有增大。这种在弱电解质溶液中加入不具有相同离子的强电解质，使弱电解质的解离度增大的现象称为盐效应。 同离

17、子效应和盐效应是两种完全相反的作用。在产生同离子效应的同时，一定也产生盐效应。只是由于同离子效应对弱电解质的解离度的影响比盐效应大得多，因此在计算时可以忽略盐效应的影响。习题习题1.某一元弱酸，离解常数为某一元弱酸，离解常数为Ka ，若在浓度为若在浓度为c时，离时，离解度为解度为，同温下稀释此溶液，则同温下稀释此溶液，则 A、Ka，均不变均不变 B、Ka变大，变大，不变不变C、Ka，均变小均变小 D、Ka不变，不变，变大变大2.往往1L 0.1mol/L氨水溶液中加入少量氨水溶液中加入少量NH4Cl固体固体,将将引起的变化是引起的变化是 A、 氨水的氨水的Kb增大增大 B、 氨水的氨水的pH值

18、增大值增大 C 、 氨水的氨水的减小减小 D、 氨水的氨水的Kb减小减小 例例5 计算计算0.10molL-1NH4Cl溶液的溶液的pH值。已知值。已知NH4+的的Ka=5.5910-10。解：解： NH4Cl在水溶液中完全解离为在水溶液中完全解离为NH4+和和Cl-，浓度均为，浓度均为0.10molL-1。Cl-为极弱的碱为极弱的碱,故对溶液酸碱性影响极小故对溶液酸碱性影响极小,通常可以忽略不计。而通常可以忽略不计。而NH4+是弱酸。是弱酸。H+= 10. 01059. 510=7.48 10-6(molL-1)pH =- lg(7.48 10-6)=5.13/Ka= 101059. 510

19、. 0400 cK a=三、一元弱酸、弱碱溶液三、一元弱酸、弱碱溶液pH值的计算值的计算例例6 计算计算0.10molL-1NaAc溶液的溶液的pH值。已知值。已知HAc的的Ka=1.7410-5。 解：解：10514,awAcb,1068. 51074. 1100 . 1KKKHAc1610bLmol1054. 710. 01068. 5OHcK88. 8)1054. 7lg(14pOH14pH6三、一元弱酸、弱碱溶液三、一元弱酸、弱碱溶液pH值的计算值的计算c / Kb 400第四节第四节 缓冲溶液缓冲溶液 pH=3 pH=3 pH=0.09 pH=0.09 1 1L L纯水中纯水中 (p

20、H= 7 )(pH= 7 )加加1 mol1 molL L-1 -1 HCl 0.1 mlHCl 0.1 mlpH=4pH=4 pH=3 pH=3 加加1 mol1 molL L-1 -1 NaOHNaOH 0.1 ml0.1 mlpH=10pH=101 1L L含含0.10.1mol HAcmol HAc和和NaAcNaAc的溶液的溶液(pH=4.75 )(pH=4.75 )加加1mol1molL L-1 -1 HCl 10 mlHCl 10 mlpH=4.66pH=4.66 pH=0.09 pH=0.09 加加1 mol1 molL L-1 -1 NaOHNaOH 10 ml10 mlpH

21、=4.84pH=4.84 缓冲溶液缓冲溶液一、缓冲溶液的组成及作用机理一、缓冲溶液的组成及作用机理缓冲溶液：缓冲溶液：能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍能够抵抗外来少量强酸、强碱或稍加稀释而保持加稀释而保持pHpH基本不变的溶液。基本不变的溶液。一、缓冲溶液的组成及作用机理一、缓冲溶液的组成及作用机理缓冲对缓冲对( (系系):):组成缓冲溶液的组成缓冲溶液的共轭酸碱对共轭酸碱对。组成：抗酸成分组成：抗酸成分 + + 抗碱成分抗碱成分缓冲作用：缓冲作用：缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用。抵抗作用。(buffer solution)(buffer pair)(buffe

22、r action)NaAc HAc( (一一) )缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成缓冲溶液的类型缓冲溶液的类型一、缓冲溶液的缓冲作用和组成一、缓冲溶液的缓冲作用和组成 两性物质及对两性物质及对 应的共轭酸应的共轭酸( (碱碱) ) 弱酸弱酸- -共轭碱共轭碱 弱碱弱碱- -共轭酸共轭酸NHNH3 3-NH-NH4 4ClClNaHCONaHCO3 3-Na-Na2 2COCO3 3NaHNaH2 2POPO4 4-Na-Na2 2HPOHPO4 4H H2 2COCO3 3-NaHCO-NaHCO3 3HAc-NaAcHAc-NaAc 组成特点：组成特点：均含共轭酸碱对均含共轭酸碱对HAcNaAc

23、缓冲体系缓冲体系NaAc Na+ + Ac- HAc、Ac- 足够大足够大Ac- + H+ HAcHAc + H2O H3O+ + Ac-加少量酸：加少量酸：(H+)HAc略略加少量碱：加少量碱：(OH-)H+ OH-H2O , HAc的质子传递平衡右移补充失去的的质子传递平衡右移补充失去的H+1.2.HAc 抗碱成分抗碱成分NaAc 抗酸成分抗酸成分Ac-略略H+基本不变基本不变HAc略略Ac-略略H+基本不变基本不变二、缓冲溶液二、缓冲溶液 pH 的计算的计算 HB-B 缓冲溶液中存在下列平衡： HB 和 B 的平衡浓度分别为：+23HB + H OH O + B+eqeq3(HB)(HB

24、)(H O )(HB)cccc+eqeq3(B )(B )(H O )(B )cccc 由 HB 的标准解离常数表达式得： +eq3a(H O )/ (B )/(HB)=(HB)/ccccKcc+eq3a(H O )(HB)(HB)(B )ccKcc将上式两边取负常用对数： a(B )pHp(HB)lg(HB)cKc上式可改写为： a(B )pHp(HB)lg(HB)nKn例 7 计算 0.10 molL-1 NH3 - 0.010 molL-1 NH4Cl缓冲溶液的 pH。5b3(NH )1.8 10K+a4wb3p(NH )pp(NH )KKK解：此缓冲对的弱酸是 ，它的标准解离常数的负常

25、用对数为：4NH514.00lg(1.8 10 )9.26 溶液的 pH 为：+3a4+4 (NH )pHp(NH )lg(NH )0.10 9.26lg10.260.010cKc三、缓冲容量和缓冲区间三、缓冲容量和缓冲区间1. 缓冲容量与总浓度的关系 同一共轭酸碱对组成的缓冲溶液，当缓冲比相同时，总浓度越大,缓冲容量就越大。 2.2.缓冲区间缓冲区间 只有当缓冲比在 0.110 范围内, 缓冲溶液才能发挥缓冲作用。通常把缓冲溶液能发挥缓冲作用(缓冲比为 0.110) 的 pH 范围称为缓冲区间。HB-B- 缓冲溶液的缓冲区间为：apHp(HB)1K （1）选择合适的缓冲对，使配制的缓冲溶液的

26、 pH 在所选择的缓冲对的缓冲区间内。 （2）缓冲溶液的总浓度要适当，一般在 0.05 0.2 molL-1 之间。 （3）选择的缓冲对不能与反应物或产物发生作用，药用缓冲溶液还必须考虑是否有毒等。 （4）计算出所需共轭酸、碱的量。 （5）根据计算结果把共轭酸、碱溶液混合，就可配成一定体积所需 pH 的缓冲溶液。 血浆中主要缓冲对有 NaHCO3-H2CO3, , Na2HPO4- NaH2PO4，血浆蛋白- 血浆蛋白盐；红细胞内液中主要有 KHCO3 - H2CO3 ，K2HPO4 - KH2PO4，K-血红蛋白-H-血红蛋白，K-氧合血红蛋白-H-氧合血红蛋白。 体内代谢生成或摄入的非挥发

27、性酸和碱可被所有的缓冲对缓冲，但缓冲作用最大的是 ，缓冲对；而挥发酸可由 ，血浆蛋白和血红蛋白缓冲对缓冲，其中主要是血红蛋白缓冲对。 233H COHCO2244H POHPO 血浆中 缓冲对存在如下解离平衡：1K2K22233CO ()H OH COHHCO溶解233H COHCO 缓冲对发生缓冲作用时，肺部和肾脏的调节也在起着作用。当酸性较强的非挥发性酸进入血浆时， 与非挥发性酸解离出的H3O+结合生成H2CO3，平衡逆向移动，H2CO3 浓度增大，而 浓度降低。此时可通过加快肺部呼吸吐出 CO2，或通过血浆蛋白质缓冲对和磷酸氢盐缓冲对与其作用，而使CO2 浓度降低；同时肾还可以减少对 的

28、排泄而使之得到补偿，以此来恒定血浆的 pH 。233H CO -HCO3HCO3HCO3HCO 当碱性物质进入血浆时，H3O+ 与碱结合，平衡正向移动，H2CO3 浓度降低，而 浓度增大，此时则由肺部控制对 CO2 的呼出，以及由肾脏加速对 的排泄，保持血浆的 pH 恒定。3HCO3HCO第一节第一节 酸碱理论酸碱理论第二节第二节 水溶液中的酸碱平衡水溶液中的酸碱平衡第三节第三节 弱酸弱碱溶液弱酸弱碱溶液H3O+或或OH-浓度的计算浓度的计算第四节第四节 缓冲溶液缓冲溶液第五节第五节 难溶强电解质的沉淀难溶强电解质的沉淀- -溶解平衡溶解平衡第三章第三章 酸碱解离平衡和沉淀酸碱解离平衡和沉淀- -溶解平衡溶解平衡