第四章酸碱平衡课件.ppt

1、第四章:酸碱平衡酸碱质子理论水溶液的酸碱性弱酸弱碱的电离平衡4-1 酸碱理论一、S.Arrhenius 酸碱理论（经典酸碱理论）瑞典科学家S.Arrhenius于1887年提出 二、酸、碱质子理论（Proton Theory of Acid and Base）1923年丹麦化学家Brnsred（布朗斯特）和英国化学家Lowry（劳莱）提出。三、酸碱电子理论 1923年,由美国物理化学家Lewis提出,又称Lewis酸碱理论。一.经典酸碱理论(一)酸碱定义 电离时产生的阳离子全部是H+的化合物称为“酸”；电离时产生的阴离子全部是OH-的化合物称为“碱”。(二)经典酸碱理论的优点从组成上揭示了酸碱

2、的本质，指出H+是酸的特征OH-是碱的特征。解释了“中和热”的值 找出了衡量酸、碱强度的标度（Ka、Kb、pH）(三)经典酸碱理论的局限性酸碱被限于水溶液,非水体系不适用 例1：液氨中，KNH2(氨基化钾)使酚酞变红碱？液氨中，Ca与NH4Cl反应，放出H2例2：水溶液 HSO4-酸？碱？Na2CO3 碱？碱被限制为氢氧化物 过去认为：NH4+半径143pm，K+半径139pm，NH4OH应为强碱，但实际上氨水是弱碱，而且从未分离出NH4OH。二.酸、碱质子理论（一）酸碱定义 凡能给出H+（质子）的分子或离子均是酸,凡能得到H+（质子）的分子或离子均是碱。酸-H+给予体（Proton dono

3、r）碱-H+接受体（Proton acceptor）两性电解质-既能给出质子，又能接受质子的分子或 离子，称为“两性电解质”（ampholyte）简称“两性物”。酸酸 分子分子 HCl,H2SO4,H3PO4,H2O,NH3 HCl,H2SO4,H3PO4,H2O,NH3离子离子 NH4+,HSO4-,H2PO4-,HPO42-NH4+,HSO4-,H2PO4-,HPO42-碱碱 分子分子 H2O,NH3 H2O,NH3离子离子 OH-,HSO4-,H2PO4-,HPO42-OH-,HSO4-,H2PO4-,HPO42-两性物两性物 分子分子 H2O,NH3 H2O,NH3离子离子 OH-,H

4、SO4-,H2PO4-,HPO42-OH-,HSO4-,H2PO4-,HPO42-NH3+H+=NH4+NH3(l)=NH2-(l)+H+(l)NH3+H+=NH4+NH3(l)=NH2-(l)+H+(l)（二）酸碱共轭关系 酸强度越强，其共轭碱（conjugate base）强度越弱。在水溶液中，共轭酸碱对的强度还可以定量表示质子酸1+质子碱2=质子碱1+质子酸2电离 HAc +H2O=H3O+Ac NH3+H2O=NH4+OH-中和反应 HAc+OH-=H2O+Ac-(弱酸强碱）H3O+NH3 =NH4+H2O （强酸弱碱）H3O+OH-=H2O+H2O （强酸强碱）盐水解 Ac-+H2O

5、=HAc+OH-复分解 NH4+OH-NH3+H2O 酸1 +碱2 碱1+酸2 电离，中和,盐水解,复分解反应都称酸碱反应。酸碱反应的方向：强酸1+强碱2 弱酸2+弱碱1不受水溶液，水，非水溶液，气固相的限制（三）共轭酸碱 强电解质的电离 HCl +H2O =H3O+Cl-强酸1 强碱2 弱酸2 弱碱1 酸性：HCl H3O+碱性：H2O Cl-强酸和强碱作用生成弱酸弱碱的过程，是不可逆过程。弱酸的电离 HAc +H2O =H3O+Ac-弱酸1 弱碱2 强酸2 强碱1 NH3 +H2O =NH4+OH-弱碱1 弱酸2 强酸2 强碱1酸性：HAc H3O+碱性：H2O Ac-酸性：H2O NH4

6、+碱性：NH3 110-7 溶液酸性 H+r =110-7 溶液中性 H+r 110-7 溶液碱性pH标度：为了方便指示水溶液的酸碱性，丹麦科学家S.P.L.Srensen在1909年提出pH标度。定义：pH=-lg H+r（SI规定：物理量的符号用斜体字书写，但pH 和pOH 例外，用正体字母书写）例：某水溶液中H+=3.010-10moldm-3,求其pH值 由于水溶液中：两边取负对数：pOH=-lg OH-同样，定义一些“溶液”的pH值 人血液人血液 pH 超出超出0.4将有生命危险。将有生命危险。pH 标标度适用范围度适用范围:1 H+r 1 10-14三、酸碱指示剂借助颜色变化指示溶

7、液酸碱性的物质，称为“酸碱指示剂”。例：甲基橙（HIn）是一种弱酸，在水溶液中存在电离平衡：电离常数（酸常数）：在一定温度下，Ka为常数 指示剂变色范围指示剂变色范围指肉眼能观察到的指示剂变色的范围。由由 H+=(Ka HIn)/In-两边取负对数两边取负对数,得指示剂变色范围为：得指示剂变色范围为：pH=pKi 1 用指示剂指示变色范围是粗略的，还可以使用用指示剂指示变色范围是粗略的，还可以使用pH广广泛泛试纸（试纸（pH114）或精密）或精密pH试纸；精密测量水溶液试纸；精密测量水溶液的的pH值，值，可使用各种可使用各种pH计。计。常见指示剂的变色范围4-3 弱酸弱碱的电离平衡 一、一元弱

8、酸（弱碱）的电离平衡 电离平衡常数 电离度（a）有关电离的计算 影响电离平衡的因素 二、多元弱酸的电离平衡 电离平衡常数:例：HAc+H2O=H3O+Ac-简为：HAc=H+Ac-Ka 10-2 强酸强酸 Kb 10-2 强碱强碱 =10-2 -10-5 中强酸中强酸 =10-2 -10-5 中强碱中强碱 10-5 弱酸弱酸 10-5 弱碱弱碱对于指定的酸（碱），对于指定的酸（碱），Ki 只与温度有关，而与酸（碱）溶液只与温度有关，而与酸（碱）溶液的起始浓度无关。的起始浓度无关。电离度（a）定义：即电离平衡时电解质已电离部分占总量 的百分比。表示电解质在指定条件下电离的程度（类似于表示电解质在

9、指定条件下电离的程度（类似于“化学平衡化学平衡”讨论中的讨论中的“转化率转化率”），它不但与），它不但与Ki 有关，而且与电解质的有关，而且与电解质的起始浓度有关。起始浓度有关。电离度与电离平衡常数的关系 例：HAc =H+Ac-起始相对浓度 c 0 0 平衡相对浓度 c-ca ca ca当 a 400 Ka=X2/0.10与精确解与精确解(1.34 10-3)相对误差相对误差0（吸热）T K i ln（Ki2/Ki1）=(H/R)(T 2-T 1)/(T 2T 1)在在R.T.范围，范围，Ki 随随T 的变化小，可忽略。的变化小，可忽略。HAc+NaAc溶液溶液 强电解质强电解质 AcNaN

10、aAc强电解质强电解质 弱电解质弱电解质AcHHAc浓度改变使平衡移动浓度改变使平衡移动,Ac-浓度增大将使平衡浓度增大将使平衡向左移动，使电离度减小，但向左移动，使电离度减小，但Kb不变（因不变（因T 不变）。不变）。HAcdmmol310.0例：例：把 NaAc(s)加到 30.1dmmolAc（忽略溶液体积的变化），求H+和a（已知298K，HAc Ka=1.76 10-5)溶液中，使 解：HAc+H2O=H3O+Ac-简为：HAc =H+Ac-起始相对浓度 0.10 0 0 平衡相对浓度 0.10-x x 1.0 H+(Kac酸)/c共轭碱 Ka=(H+c共轭碱)/c酸=1.76 10

11、-5 X=H+=1.76 10-6 (H+(Kac酸)/c共轭碱)a=X/c酸 100%=1.7610-6/0.10 100%=0.00176%对比未外加NaAc:H+=1.3 10-3 a=1.3%可见，NaAc的加入使 a，但K b不变。同离子效应在一定温度下，向弱电解质溶液中加入含有相同离子的强电解质，使弱电解质的电离平衡向电离度减小的方向移动，称为“同离子效应”“同离子效应”应用配制“缓冲溶液”（Buffer solutions）例：HAc NaAc 弱酸与其共轭碱 NH3 NH4Cl 弱碱与其共轭酸可见，加入少量强酸（或强碱）溶液后，对可见，加入少量强酸（或强碱）溶液后，对No.1溶

12、液的溶液的pH影响很小。影响很小。No.1溶液是溶液是“缓冲溶液缓冲溶液”。缓冲溶液缓冲溶液能够抵抗外加的少量强酸、强碱或稀释的能够抵抗外加的少量强酸、强碱或稀释的影响，本身的影响，本身的pH不显著变化的溶液。不显著变化的溶液。缓冲作用原理缓冲作用原理定性解释定性解释c HAc c NaAc较大，而H+较小。HAc的电离平衡左移，a ，重新平衡时H+增加不多。AcNaNaAc例：例：HAcNaAc 缓冲溶液 OHOHH2外加少NaOH(aq)：外加少量HCl(aq)：HAc电离平衡右移，电离平衡右移，a-，重新平衡时，重新平衡时H+减少不多。减少不多。加少量水稀释：加少量水稀释：c HAc，据

13、稀释定律：，据稀释定律：a-，使达到新平衡时，使达到新平衡时H+减少不多减少不多缓冲作用原理缓冲作用原理定量计算定量计算HAcNaAc缓冲溶液:NaAc Na+Ac-HAc =H+Ac-Ka=(H+Ac-)/HAc Ka=(H+c共轭碱)/(c酸-H+)c酸-H+c酸 H+Ka c酸酸/c共轭碱共轭碱HAcCKa/对碱共轭酸组成的碱性缓冲液：共轭酸碱CCKOHb 可见，缓冲液pH（或pOH）值取决于共轭酸碱对的浓度比。若C酸/C共轭碱（或C碱/C共轭酸）=1：1，此时“缓冲能力”最大。通常 c酸c共轭碱（或c碱c共轭酸）浓度各为0.1-1 mol.dm-3,而c酸/c共轭碱（或c碱/c共轭酸）

14、=1/10-10/1时：pH=pKa 1 pOH=pKb 1 共轭酸碱对作缓冲溶液时，它们不应与在该缓冲溶液 中的反应物或产物发生化学反应。缓冲溶液应用：工业、农业、生物、医学、化学4.04.04.7pHpH例例1：人血 人生命有危险。人血中含缓冲对：332HCOCOHbbKH）HH血红蛋白(2442HPOPOH例2：分析化学 32)(OHAlOHAlNH3 NH4Cl pH=9.0 缓冲液中:完全，而 2Mg不沉淀。例3：土壤中，硅酸，磷酸，腐植酸与其盐组成“缓冲对”，pH=5.08.0的土壤适合农作物生长。盐效应（Salt Effect）例1：把NaCl(s)加入到 HAc溶液中 盐效应盐

15、效应在弱电解溶液中，加入不含有共同离子的在弱电解溶液中，加入不含有共同离子的强电解质溶液，使其电离度稍有增加的现象。发生盐强电解质溶液，使其电离度稍有增加的现象。发生盐效应原因效应原因:离子强度离子强度，导致正、负离子的平均活度系，导致正、负离子的平均活度系数数g，而离子活度，而离子活度a，不易重新结合成为弱酸，不易重新结合成为弱酸（弱碱）分子。（弱碱）分子。lg g=-0.509 Z+Z-I (298 K)ai=g(ci/ci)显然，前述显然，前述“同离子效应同离子效应”发生的同时，也有发生的同时，也有“盐效应盐效应”，但前者影响大得多。但前者影响大得多。“盐效应盐效应”不要求定量计算不要求

16、定量计算 二、多元弱酸的电离平衡 例：H3PO4 +H2O =H3O+H2PO4-Ka1=7.5 10-3 H2PO4-+H2O =H3O+HPO42-Ka2=6.23 10-8 HPO42-+H2O =H3O+PO43-Ka3=2.2 10-13特点：分步电离 Ka1 Ka2 Ka3原因：从负离子H2PO4-和HPO42-电离出H+比从H3PO4电离出H+困难得多;第一步电离生成的 H+抑制第二步电离和第三步电离.例1.求 0.10mol.dm-3 H2S 水溶液中H3O+、HS-、H2S和H2S的电离度。（已知，H2S（aq）的Ka1=1.310-7,Ka2=7.110-15）分析 Ka1

17、Ka2，H3O+只需按第一步电离计算解：HSOHOHSH322平衡浓度 0.10-x c H2S/Ka1 400,可用近似公式 S2-由第二步电离计算15232105.7HSSOHKa平衡时：平衡时：x-y=x x-y=x 31522105.7dmmolKSa可见，二元弱酸水溶液中，可见，二元弱酸水溶液中，二元弱酸根二元弱酸根 Ka244.4)106.3lg(5%36.0%10010.0106.3)(42SH对比：对比：36.0)%(2SH（或：（或：记忆记忆：室温下，：室温下，H2S饱和水溶液浓度饱和水溶液浓度 0.10 mol.dm-3H2S(aq)中中S2-与与H+的关系的关系H2S(a

18、q)=H+HS-Ka1=(H+HS-)/H2S HS-=H+S2-Ka2=(H+S2-)/HS-Ka1 Ka2=(H+2 S2-)/H2S S2-=(Ka1 Ka2 H2S)/H+2 即即 S2-与与H+2成反比，受成反比，受H+控制。控制。例2，按”酸碱质子论”，H2PO4-既是酸，又是碱，但NaH2PO4水溶液却显酸性(pH Kb3 NaH2PO4水溶液呈酸性水溶液呈酸性 5.根据软硬酸碱概念，下列物质属软酸的是()(A)H(B)Ag(C)NH3(D)AsH3 (B)6.根据酸碱的溶剂理论，在液态 SO2 体系中的碱是()(A)SOCl2(B)Na2SO3(C)Na2SO4(D)PCl3

19、(B)7.氢硫酸电离常数 K1=1107，K2=11013，在 0.1 moldm3 H2S 水溶液中溶液的pH值是()(A)102(B)2(C)3(D)4 (D)8.下列离子中，碱性最强的是()(A)NH4(B)CN(C)Ac(D)NO2 (B)9.0.2 moldm3 甲酸溶液中有 3.2%的甲酸电离，它的电离常数是()(A)9.6103(B)4.8105(C)1.25106(D)2.1104 (D)10.在常压下的饱和二氧化碳水溶液中，含碳化合物的浓度最高的是()(A)H2CO3(B)CO2(C)HCO3(D)CO32 (B)11.1.0 dm3 0.10 moldm3 H2CO3溶液用

20、等体积水稀释后，溶液中 CO32 浓度为(H2CO3:Ka 1=4.3107，Ka 2=5.61011)-()(A)2.8102 moldm3(B)5.61011 moldm3(C)4.3107 moldm3(D)7.6106 moldm3 (B)12.在水溶液中下列物质酸性强度的演变顺序是-()(A)NH3 PH3 C2H5OH H4SiO4 H3O HClO4(B)NH3 C2H5OH PH3 H4SiO4 H3O HClO4(C)NH3 PH3 C2H5OH H4SiO4 HClO4 H3O(D)PH3 NH3 C2H5OH H4SiO4 H3O HClO4(A)13.20 cm3 0.

21、10 moldm3 HCl 和 20 cm3 0.20 moldm3 NH3H2O混合，其pH 为(NH3:Kb=1.76105)()(A)11.25(B)4.75(C)9.25(D)4.25 (C)14.欲使 0.10 moldm3 醋酸溶液的 pH 值增加，应加入的物质是()(A)NaHSO4(B)HClO4(C)NH4NO3(D)K2 CO3 (D)15.在 HAc 水溶液中加入 NaAc 使 HAc 电离度降低，在 BaSO4饱和溶液中加入Na2SO4 使 BaSO4 沉淀定量增加，这是由于()(A)前者叫同离子效应，后者叫盐析(B)前者叫同离子效应，后者叫盐效应(C)两者均属同离子效

22、应(D)两者均属盐效应 (C)16.人体中血液的 pH 值总是维持在 7.357.45 范围内，这是由于-()(A)人体内有大量的水分(水约占体重 70%)(B)新陈代谢的 CO2 部分溶解在血液中(C)新陈代谢的酸碱物质等量地溶在血液中(D)血液中的 HCO3 和 H2CO3只允许在一定的比例范围中 (D)17.已知:Kb(NH3)=1.8105，Ka(HAc)=1.8105，下列各对酸碱混合物中，能配制 pH=9 的缓冲溶液的是()(A)HAc和NaAc(B)NH4Cl和HAc(C)HAc 和 NH3(D)NH4Cl和NH3 (D)18.下列各组混合液中，能作为缓冲溶液的是()(A)10

23、cm3 0.2 moldm3 HCl 和 10 cm3 0.1 moldm3 NaCl(B)10 cm3 0.2 moldm3 HAc 和 10 cm3 0.1 moldm3 NaOH(C)10 cm3 0.2 moldm3 HAc 和 10 cm3 0.3 moldm3 NaOH(D)10 cm3 0.2 moldm3 HCl 和 10 cm3 0.2 moldm3 NaOH (B)19.已知:H2CO3的K1=4.7107，K2=5.61011;NH3的Kb=1.8105，HAc的Ka=1.8105，现需配制pH=9的缓冲溶液，应选用最好的缓冲对是()(A)H2CO3-NaHCO3(B)N

24、aHCO3-Na2CO3(C)NH3-NH4Cl(D)HAc-NaAc (C)20.H2O 和 HAc 两种溶剂，其中_溶剂对强酸具有较大的拉平效应。H2O21.Fe3，Cl，H，SO3 中能作路易斯酸的是 _，能作路易斯碱的是 _。Fe3，H，SO3；Cl；22.根据酸碱电子理论判断:在反应 SbF5+BF3 SbF6+BF2 及反应 KF+BF3 K+BF4 中 BF3 所起的作用不同，在前一反应中它是_;在后一反应中它是 _。碱；酸。1.根据酸碱质子理论，下列各离子中，既可做酸，又可做碱的是()(A)H 3 O (B)C O 3 2 (C)N H 4 (D)Fe(H2O)4(OH)2 (

25、D)2.在反应 BF3+NH3 F3 BNH3 中，BF3 为()(A)Arrhenius碱(B)Bronsted酸(C)Lewis碱(D)Lewis酸 (D)3.不是共轭酸碱对的一组物质是()(A)NH3，NH2(B)NaOH，Na(C)OH，O2(D)H3O，H2O (B)4.根据酸碱质子理论，HNO3+H2SO4 H2NO3+HSO4 正反应中的酸是()(A)HSO4(B)HNO3(C)H2SO4(D)H2NO3 (C)25.在水中，盐酸的酸性强于醋酸，但在液氨中，盐酸和醋酸的酸性相近，这是由于_引起的。液氨的拉平效应26.已知 H2S 的 K1=1.0107，K2=1.01014，求:

26、0.15 moldm3 Na2S溶液中 Na，S2，HS，H2S，H，OH各为多少?Na=0.30(moldm3)；S2=0.02(moldm3)；HS=OH=0.13(moldm3)；H2S=1.0107(moldm3)；H=7.71014(moldm3)27.求 0.20moldm3 Na2CO3 溶液中Na，CO32，HCO3，H2CO3，H，OH 各为多少?(已知 H2CO3的 K1=4.3107，K2=5.61011.)Na=0.40(moldm3)HCO3=OH=0.0060 moldm3CO=0.19 moldm3 H2CO3=2.3108 moldm3H=1.71012(mol

27、dm3)28.某溶液中含有甲酸(HCOOH)0.050 moldm3 和 HCN 0.10 moldm3，计算此溶液中H，HCOO 和 CN。(已知:KHCOOH=1.8104，KHCN=4.91010)H=HCOO=2.9103moldm3；CN=1.7108 moldm329.20.0 cm3 0.10 moldm3 Na3PO4 溶液与20.0 cm3 0.10 moldm3 H3PO4相混合，溶液的 pH值是多少?(H3PO4的 Ka1=7.5103，Ka2=6.2108，Ka3=2.21013)7.2130.甘氨酸 中有一个弱酸基 COOH 和一个弱碱基 NH2，且Ka 和Kb 几乎

28、相等。试用酸碱质子理论判断在强酸性溶液中甘氨酸将变成哪种离子?在强碱性溶液中将变成什么离子?在纯水溶液中将存在怎样的两性离子(用化学式表示)?31.现有H3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4和Na3PO4的四种水溶液，浓度均为0.10moldm-3，欲配制pH为7.0的缓冲溶液1.0dm3，应选哪两种溶液混合、各取多少体积？（已知H3PO4的K a1=7.5210-3，K a2=6.2310-8，K a3=2.210-1331.设c(H+)与c(HCO3-)为x；c(CO32-)为yH2CO3 =HCO3-+H+平衡时浓度：0.05-x x x H2CO3 =HCO3-+H+平衡时浓度：x

29、-y y x+y c/Ka1400 0.05-x0.05x2/(0.05-x)=Ka1=4.3010-7解得x=1.4710-4moldm-3 Ka2极小 x+yx，xyx(x+y)y/(x-y)=Ka2=5.6110-11解得y=5.6110-11）32.因为pKa2=7.2，与配制缓冲溶液pH接近，所以应选择NaH2PO4和Na2HPO4两种溶液混合。由解离方程H2PO4-HPO42-+H+可知：pH=pKa2-lg(c(H2PO4-)/c(HPO42-)将pH=7和pKa2=7.2代入上式，得：c(H2PO4-)/c(HPO42-)=1.585 设NaH2PO4取x dm3和则Na2HP

30、O4取(1-x)dm3，则有：x/(1-x)=1.585解得x=0.387，即NaH2PO4和Na2HPO4分别取0.387 dm3和0.613 dm3。33.反应H2(g)+I2(g)2HI（g）在713K时，在698K时的，计算：（1）在此温度范围内的；（2）计算713K时反应的；（3）当H2(g)、I2(g)和HI(g)的分压为100kPa，100kPa和50kPa时，计算713K时反应的。33.解：23.NH3，Cu2，HCO3，Cl 四种分子和离子中:_既是Br nsted酸又是Br nsted碱;它们的共轭碱是_;_ _ _ _ _ _ 既 是 L e w i s 碱 又 是 B r n s t e d 碱;_是 L e w i s 酸 而 不 是 B r n s t e d酸;_是Br nsted酸而不是Lewis酸。HCO，NH3；CO，NH；HCO，NH3，Cl；Cu2，NH3，HCO24.对于缓冲能力较大的缓冲溶液，它们的 pH 值主要是由_决定的。共轭酸的电离常数。