1、 第五章第五章 水溶液中的离子平衡水溶液中的离子平衡四大平衡：酸碱电离平衡四大平衡：酸碱电离平衡、沉淀、沉淀 溶解平衡、配位化合溶解平衡、配位化合物的生成解离平衡、氧化还原平衡物的生成解离平衡、氧化还原平衡水溶液中的离子反应，特点：反应速率快，很快达到水溶液中的离子反应，特点：反应速率快，很快达到平衡；平衡；热效应小，反应温度对平衡常数的影响小热效应小，反应温度对平衡常数的影响小；压；压强对反应平衡没影响。因此，只是考虑浓度对平衡的强对反应平衡没影响。因此，只是考虑浓度对平衡的影响。影响。)TTTT(RH)T1T1(RHKKln211212a1a2 H小！小！酸碱电离理论（酸碱电离理论（Arr
2、henius 酸碱理论）酸碱理论）大约大约18世纪后期，世纪后期，Arrhenius提出了电离理论，从而建提出了电离理论，从而建立了酸碱电离理论。立了酸碱电离理论。能在水溶液中电离出氢离子（能在水溶液中电离出氢离子（H+）的含氢化合物称为）的含氢化合物称为酸，如：酸，如：HCl、HNO3、H2SO4、H3PO4。能在水溶液。能在水溶液中电离出氢氧根离子（中电离出氢氧根离子（OH）的氢氧化物称为碱，如：）的氢氧化物称为碱，如：NaOH、KOH、Mg(OH)2。100%电离：强酸强碱；部电离：强酸强碱；部分电离：弱酸弱碱。分电离：弱酸弱碱。1.酸碱理论酸碱理论一一.酸碱电离平衡酸碱电离平衡酸碱电离
3、理论局限性：酸碱电离理论局限性：(a)NH4Cl的水溶液显酸性，的水溶液显酸性，Na2CO3的水溶液显碱性的水溶液显碱性(b)只有在水溶液中才有酸碱的概念只有在水溶液中才有酸碱的概念新的酸碱理论：新的酸碱理论：酸碱质子理论（酸碱质子理论（Brnsted Lowry酸碱理论酸碱理论）酸碱电子理论（酸碱电子理论（Lewis酸碱理论）酸碱理论）酸碱质子理论（酸碱质子理论（Brnsted Lowry酸碱理论酸碱理论）能给出质子的分子或离子称为酸，能接受质子的分子能给出质子的分子或离子称为酸，能接受质子的分子或离子称为碱。或离子称为碱。酸酸 HCl H+Cl-HAc H+Ac-NH4+H+NH3 HCO
4、3-H+CO32-HPO42-H+PO43-Fe(H2O)63+H+Fe(H2O)5(OH)2+碱碱 Ac-+H+HAc NH3 +H+NH4+PO43-+H+HPO42-酸酸 H+碱碱 HAc H+Ac-NH4+H+NH3酸给出质子后，剩余的部分就是碱。酸和碱之间的关酸给出质子后，剩余的部分就是碱。酸和碱之间的关系称为共轭关系，这样的一对酸碱称为共轭酸碱对。系称为共轭关系，这样的一对酸碱称为共轭酸碱对。共轭酸碱对：共轭酸比共轭碱多一个共轭酸碱对：共轭酸比共轭碱多一个H+HAc /Ac-或或 NH4+/NH3下列哪对物质是共轭酸碱对？下列哪对物质是共轭酸碱对？RNH-/RNH2()OH-/H3
5、O+(X)OH-/O2(X)NaOH/Na+(X)OH 的共轭的共轭酸：酸：H2O；OH 的共轭碱：的共轭碱：O2 共轭酸碱对：共轭酸碱对：H2O/OH ,OH /O2 NH3的共轭的共轭酸：酸：NH4+；NH3共轭碱：共轭碱：NH2 共轭酸碱对：共轭酸碱对：NH4+/NH3,NH3/NH2 HAc的共轭的共轭酸：酸：H2Ac+；HAc共轭碱：共轭碱：Ac 共轭酸碱对：共轭酸碱对：H2Ac+/HAc,HAc/Ac 习惯上把习惯上把HAc/NaAc也称之为共轭酸碱对！也称之为共轭酸碱对！HPO42 的共轭的共轭酸酸:H2PO4；HPO42 的共轭的共轭碱碱：PO43 共轭酸碱对：共轭酸碱对：H2
6、PO4 /HPO42 ,HPO42 /PO43 习惯上把习惯上把NaH2PO4/Na2HPO4和和Na2HPO4/Na3PO4也称也称之为共轭酸碱对！之为共轭酸碱对！酸碱两性物质酸碱两性物质：既能给出质子，又能接受质子：既能给出质子，又能接受质子 H2O，酸式盐的阴离子酸式盐的阴离子 (酸酸)H2O H+OH (碱碱)(碱碱)H2O +H+H3O+(酸酸)(酸酸)HCO3-H+CO32-（碱）（碱）(碱碱)HCO3-+H+H2CO3 (酸酸)(酸酸)H2PO4-H+HPO42-（碱）（碱）(碱碱)H2PO4-+H+H3PO4 (酸酸)HPO42-水溶液中的质子传递反应：水溶液中的质子传递反应：
7、酸酸1 +碱碱2 酸酸2 +碱碱1 HAc +H2O H3O+Ac-NH4+H2O H3O+NH3 H2O +NH3 NH4+OH-H2O +Ac-HAc +OH-H3O+OH-H2O +H2O H3O+Ac-HAc +H2O NH4+OH-H2O +NH3 酸的电离反应酸的电离反应酸碱中和反应酸碱中和反应 碱的电离反应碱的电离反应 非水溶剂中的质子传递：非水溶剂中的质子传递：HI +CH3OH I-+CH3OH2+酸酸1 碱碱2 碱碱1 酸酸2 HBr +HAc Br-+H2Ac+酸酸1 碱碱2 碱碱1 酸酸2 酸碱电子理论（酸碱电子理论（Lewis酸碱理论）：研究络合物酸碱理论）：研究络合
8、物时较有用！时较有用！能够接受电子对的物质是酸，例：能够接受电子对的物质是酸，例：AlCl3、BF3、Cu2+、Fe3+。能够给出电子对的物质是碱，例：。能够给出电子对的物质是碱，例：NH3、H2O纯水是很弱的电解质纯水是很弱的电解质 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH-(aq)H3O+：水合质子水合质子 在纯水中实验测得，在纯水中实验测得，25oC时，时，H3O+=OH-=1.0 10-7 mol/L 实验平衡常数：实验平衡常数：Kc=H3O+OH-=1.0 10-14(mol/L)2 热力学平衡常数：热力学平衡常数：Kw=Kc=Kc=1.0 10-14 Kw：水的自解离平衡常
9、数或水的离子积常数：水的自解离平衡常数或水的离子积常数也可以由也可以由 G298.15=RTlnKw 计算得到计算得到Kw!2.水的自解离平衡水的自解离平衡P.315/表表12-3T升高，升高，Kw变大，因为水的自解离反应是吸热反应，变大，因为水的自解离反应是吸热反应，即即 H 0100oC,Kw=5.05 10 13许多化学反应和几乎全部的生物生理现象都是在许多化学反应和几乎全部的生物生理现象都是在H3O+浓度较小的溶液中进行，这时用浓度较小的溶液中进行，这时用pH表示溶液的表示溶液的H3O+浓度就比较方便。浓度就比较方便。定义：定义：pH=-lgH3O+，范围：范围：0 14pH值越小，值
10、越小，H3O+越大（越大（OH-越小）越小）pH=0，H3O+=1.0 mol/LpH=14，H3O+=1.0 10-14 mol/LpH=7，中性溶液；，中性溶液；pH 7，碱性溶液，碱性溶液例：胃液：例：胃液：1.4 5.0；葡萄酒：；葡萄酒：2.8 3.8海水：海水：8 9；血液（人）：；血液（人）：7.35 7.45在水溶液中，在水溶液中，Kw=H3O+OH-=1.0 10-14 H3O+OH-OH-H3O+酸性溶液中，酸性溶液中，OH-0碱性溶液中，碱性溶液中，H3O+03.强酸和强碱的水溶液强酸和强碱的水溶液在纯水中加入强酸（或强碱），水的自解离平衡会发在纯水中加入强酸（或强碱），
11、水的自解离平衡会发生移动生移动 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH-(aq)但是，温度不变，但是，温度不变，Kw=H3O+OH-=1.0 10-14 不不变变 强酸强酸HX：HCl强碱强碱MOH：NaOH 强酸强酸 HX（如：（如：HCl）的水溶液）的水溶液 H3O+=CHX+x OH-=x H3O+=CHX+x =CHX +OH =CHX+H3O+2 CHXH3O+Kw=0 H3O+=OHK3w)4KC(C21w2HXHX假如假如 CHX 1.0 10-5 mol/L，水，水自解离产生的自解离产生的H3O+可以忽略，即可以忽略，即H3O+=CHX假如假如 1.0 10-9 mo
12、l/L CHX 1.0 10-5 mol/L，水自解，水自解离产生的离产生的H3O+不可以忽略，即不可以忽略，即H3O+=CHX+xH3O+=25oC,Kw=1.0 10-14假如假如CHX 1.0 10-5 mol/L，水，水自解离产生的自解离产生的OH-可可以忽略，即以忽略，即OH-=CMOH假如假如 1.0 10-9 mol/L CMOH 1.0 10-5 mol/L，水自解，水自解离产生的离产生的OH-不可以忽略，即不可以忽略，即OH-=CMOH+yOH-=25oC,Kw=1.0 10-14假如假如CMOH HI HBr HCl HNO3 5.1.一元弱酸（弱碱）的电离平衡一元弱酸（弱
13、碱）的电离平衡一元弱酸：电离出一个一元弱酸：电离出一个H3O+，且部分电离，且部分电离一元弱碱：电离出一个一元弱碱：电离出一个OH-，且部分电离，且部分电离 HA水溶液中存在的平衡：水溶液中存在的平衡：(1)HA(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+A-(aq)Ka=H3O+A-/HA(2)H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH-(aq)Kw=H3O+OH-5.弱弱酸弱碱的电离平衡酸弱碱的电离平衡 物料平衡：物料平衡：CHA=HA+A-（3）电荷平衡：电荷平衡：H3O+=OH-+A-（4）由由(1)得，得，HA=H3O+A-/Ka 代入代入(3)后得：后得：A-=KaCHA/(Ka
14、+H3O+)代入代入（4）得：）得：OHKCKOHKOH3aHAa3w3-计算计算H3O+的精确表达式的精确表达式 2CK4KK-OHHAa2aa3弱酸溶液中，水自电离产生的弱酸溶液中，水自电离产生的H3O+可以忽略！可以忽略！计算计算H3O+的近似式的近似式（CHA 400Ka）（忽略水自电离产生的（忽略水自电离产生的H3O+）HA(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+A-(aq)起始起始 CHA 0 0转化转化 x x x平衡平衡 CHA x x x Ka=x2/(CHA x)推导：推导：2aaaHA3-KK4K CH O 2xx2+Kax KaCHA=0计算计算H3O+的最简式的最简式
15、（CHA 400Ka）HAa3CKOH（忽略水自电离产生的（忽略水自电离产生的H3O+，且，且HA CHA）2CK4KK-OHBb2bb弱碱（弱碱（B）溶液中，水自电离产生的）溶液中，水自电离产生的OH-可以忽略！可以忽略！计算计算OH-的近似式的近似式（CB 400Kb）（忽略水自电离产生的（忽略水自电离产生的OH-）B(aq)+H2O(l)OH-(aq)+BH+(aq)起始起始 CB 0 0转化转化 y y y平衡平衡 CB y y y Kb=y2/(CB y)推导：推导：2bbbB-KK4K COH 2yy2+Kby KbCB=0计算计算OH-的最简式的最简式（CB 400Kb）BbCK
16、OH（忽略水自电离产生的（忽略水自电离产生的OH-，且，且B CB）例例1:298 K时，时，HAc Ka=1.8 10-5,计算计算 0.1 mol/L HAc溶液中的溶液中的 H3O+、Ac-、HAc 和和 OH-以及以及HAc的解离度？的解离度？解解:CHAc=0.1 mol/L CHAc 400Ka533aHAcH O K C1.8 100.11.34 10(mol/L)HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac-(aq)平衡平衡 CHAc x x xAc-=H3O+=1.34 10-3(mol/L)HAc=CHAc H3O+=0.1 1.34 10-3 =0.0987(mol
17、/L)OH-=Kw/H3O+=1 10-14/(1.34 10-3)=7.46 10-12(mol/L)33HAcH O 1.34 10100%100%1.34%C0.1用逐级逼近法计算用逐级逼近法计算H3O+？OHKCKOHKOH3aHAa3w3+23aHAwaw3a3H O(K CK)K KH O KH O 以以H3O+1=0 为起点代入等式右边，得：为起点代入等式右边，得：H3O+2=1.0 10-7，代入等式右边，得：，代入等式右边，得：H3O+3=9.97 10-5，代入等式右边，得：，代入等式右边，得：H3O+4=1.23 10-3，代入等式右边，得：，代入等式右边，得：H3O+5
18、=1.33 10-3，代入等式右边，得：，代入等式右边，得：H3O+6=1.33 10-3（mol/L）前面近似计算得到，前面近似计算得到，H3O+=1.34 10-3(mol/L)例例2：298 K时时 HNO2 Ka=4.6 10-4,计算计算 0.05 mol/L HNO2溶液的溶液的pH值值?HNO2?解：解：CHNO2 400Ka2aaa344243-KK4K CH O 24.6 10(4.6 10)4 4.6 100.0524.57 10(mol/L)pH=-lgH3O+=2.34 HNO2(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+NO2-(aq)平衡平衡 CHNO2 x x xHN
19、O2=CHNO2 H3O+=0.05 4.57 10-3 =0.0454(mol/L)例例3：298 K时时 HAc Ka=1.8 10-5,计算计算 0.1 mol/L NaAc 溶液的溶液的pH值和值和Ac-、HAc、?Ac-(aq)+H2O(l)OH-(aq)+HAc(aq)平衡平衡 CAc-x x xNaAc Na+Ac-CAc-=0.1 mol/L 106bAc-OH K C5.56 100.17.46 10(mol/L)CAc-400 Kb Kb=Kw/Ka=1 10-14/(1.8 10-5)=5.56 10-10 pOH=-lgOH-=5.13pH=14 pOH=8.87或：或
20、：H3O+=Kw/OH-=1 10-14/(7.46 10-6)=1.34 10-9(mol/L)pH=-lgH3O+=8.87HAc=OH-=7.46 10-6 (mol/L)Ac-=CAc-OH-=0.1 7.46 10-6=0.1(mol/L)6Ac-OH 7.46 10100%100%0.0076%C0.1作业：作业：P313：1，2，3，4-a,b 1:(d)ClO2-改为改为(e)ClO2-；(e)NH4+改为改为(f)NH4+3:(d)NH2CH2COOH改为改为(e)NH2CH2COOHP318：4P320:1,31：NH3，Kb=1.8 10-53：HClO2,Ka=1.1 10-2;HNO2,Ka=4.6 10-4P330 331：2，5，6，10 2:HC6H7O6的摩尔质量为的摩尔质量为176.12 g/mol 10:一元弱碱一元弱碱,CH3COOH的的Ka=1.76 10-5对应书上的内容：对应书上的内容：P311 317上上 P318 320
