酸堿理論與解離平衡

1、 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 6.2.1 水的解離平衡與酸堿指示劑 6.2.2 一元弱酸、弱堿的解離平衡 6.2.3 多元弱酸溶液的解離平衡 6.2.4 鹽溶液的酸堿平衡 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 6.2.1 水的解離平衡與酸堿指示劑 （1）水的解離平衡 H2O (l) + H2O(l) H3O+ (aq) + OH(aq) 或 H2O (l) H+ (aq) + OH(aq) )OH()OH( )OH()OH( 3W 3 W ccK c c c c K 或 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 W 13 W 14 W 17 1043. 5 100 . 1 Lmol100 . 1)OH

2、()H( KT K K cc 25純水： 100純水： H2O (l) H+ (aq) + OH(aq) )OH()H( W ccK 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 （2） 溶液的pH 14ppOHpH 14lg)OH(lg)H(lg 101.0)(OH)O(H )(OHlgpOH )O(HlgpH W W 14 3W 3 K Kcc ccK c c 即 根據(jù) 令 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 1909年，丹麥生理學(xué)家索侖生（Sorensen)提出pH表示水溶液的酸度： 說明： 水的離解平衡隨水中c(Hc(H3 30 0+ +) )和c(OHc(OH- -) )的 變化而發(fā)生移動(dòng)。在

3、純水中，c(Hc(H3 30 0+ +) ) c(OHc(OH- -) )。如果在純水中加入某種電解質(zhì)，如 少量的HClHCl或NaOHNaOH，形成稀溶液，c(Hc(H3 30 0+ +) )或 c(OHc(OH- -) )改變，水的離解平衡發(fā)生移動(dòng)。達(dá)到 新的平衡時(shí)， c(Hc(H3 30 0+ +)c(OH)c(OH- -) )；但是 c(Hc(H3 30 0+ +)c(OH)c(OH- -)=K)=KW W 這一關(guān)系式仍然成立。 若已知c(Hc(H3 30 0+ +) )，可求c(OHc(OH- -) )，反之亦然。 酸性溶液：pH77pOH pH是用來表示水溶液中酸堿性的一個(gè)標(biāo) 度。

4、pH愈小，c(H3O+)愈大，溶液酸性愈強(qiáng)， 堿性愈弱；反之， pH愈大，溶液的堿性愈強(qiáng) ，酸性愈弱。 溶液酸堿性與pH的關(guān)系： 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 說明： pH值一般僅適用于c(H30+)或c(OH-)為1mo1L-1以下的 溶液；如果c(H30+)1mo1L-1，則pH 1mo1L-1，則pH14。在這種情況下，就直接寫出c(H30+)或 c(OH-)表示，通常不用pH值來表示這種溶液的酸堿性。 pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 強(qiáng)酸性 中性 強(qiáng)堿性 溶液中氫離子和氫氧根濃度：？ 問題： 酸性 c(Hc(H+ +) ) c(OHc(OH

5、 ) ) 堿性 c(Hc(H+ +) ) c(OHc(OH ) ) 中性 c(Hc(H+ +) ) c(OHc(OH ) ) 酸性 pH 7 中性 pH 7 常 溫 下 下列表述有何區(qū)別？ 酸性溶液是否OH-=0,堿性溶液是否H+=0 常見液體的pH 液體名稱pH液體名稱pH 胃 液 檸檬汁 醋 葡萄汁 橙 汁 尿 1.03.0 2.4 3.0 3.2 3.5 4.88.4 唾 液 牛 奶 純 水 血 液 眼 淚 6.57.5 6.5 7.0 7.347.4 5 7.4 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 說明： pH值一般僅適用于c(H30+)或c(OH-)為1mo1L-1以下的 溶液；如果

6、c(H30+)1mo1L-1，則pH 1mo1L-1，則pH14。在這種情況下，就直接寫出c(H30+)或 c(OH-)表示，通常不用pH值來表示這種溶液的酸堿性。 pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 強(qiáng)酸性 中性 強(qiáng)堿性 溶液中氫離子和氫氧根濃度：？ 溶液的酸堿性和pHpH測定 酸堿指示劑可確定pHpH值大概范圍 石蕊酚酞 堿藍(lán)紅 酸紅不變 pHpH試紙( (廣泛、精密)測出pHpH的粗略 值 3) pH3) pH計(jì)（儀器）精確測出pHpH值 4) 4) 滴定法測出酸、堿濃度 計(jì)算在2525時(shí)濃度為 1.0 1.0 1010 8 8 molLmolL 1

7、1鹽酸溶液的 pH.pH. c(Hc(H+ +) ) 1.0 1.0 1010 8 8 molL molL-1 -1, , pH pH 8 8 酸的溶液顯堿性，為什么？ 沒有考慮水的離解! ! 例： 在100oC，水的Kw 5.5 10 13 c(H+) 7.4 10 7 pH pH pOH = 6.1 pOH = 6.1，此時(shí)溶液為中性 pH pH 6.5 6.5 的水溶液一定為酸性嗎？ 問題： A. A. 定義和組成 （3 3）酸堿指示劑 能借助顏色的改變來指示溶液pHpH值的物質(zhì)，它 的組成一般是有機(jī)的弱酸或弱堿，且分子的顏色 與離子的顏色不同。 英國化學(xué)家、物理學(xué)家波義耳(Robert

8、 Boyie, 1646年) 為什么會(huì)指示溶液酸堿性呢？ 石蕊是由各種地衣制得的藍(lán)色色素，其主要成份是石蕊精C C7 7H H7 7O O4 4N N B.酸堿指示劑的變色原理 3 23a H OIn K HIn H OH OH nInI 紅色 藍(lán)色 當(dāng)c(HIn)=c(In-)時(shí)溶液呈紫色，此時(shí)指示劑的 電離度為50%，c(H+)=Ka，溶液的PH值為該指 示劑變色點(diǎn)。 符號(hào)InIn來自英文IndicatorIndicator，HInHIn表示指示劑 的共軛酸，稱謂“酸型”，InIn表示指示劑的共 軛堿，稱謂“堿型”。 酚酞- - 單色 在酸性溶液無色，在堿性溶液中轉(zhuǎn)化為醌式后顯紅色 （ p

9、henolphthalein PP phenolphthalein PP ） 甲基橙 - - 雙色 pH 3.1, 酸式色，紅色； pH 4.4, 堿式色，黃色； pH = 3.1-4.4，兩種形式共存，為混合色，橙色。 （ methyl orange, methyl orange, MOMO ） 自制酸堿指示劑 下列植物花或葉，搗碎研磨，加入酒精， 取浸出液，加入酸或堿，觀察顏色變化。 23 HIn H OH OIn ()() () a cHcIn K cH In () () a cH I n HK cI n () lg () a c H In pHpK c In 1 a pHpK C.指示

10、劑的變色范圍： 思考題：由弱堿組成的指示劑變色范圍？ 說明： 變色范圍 酸色 中間色 堿色 甲基橙3.13.1 4.44.4 紅橙 黃 酚 酞8.08.010.010.0 無色 粉紅 紅 石 蕊3.03.08.08.0 紅 紫 藍(lán) 一般情況下每種指示劑它的變色點(diǎn)上下各一個(gè) pHpH單位為其變色范圍，但由于人的肉眼對各種顏 色的敏銳程度不同，因此其范圍也各有差異。 指示劑用量： 指示劑用量的多少對它的變色范圍是有影響的。 離子強(qiáng)度和溶劑的影響：增加離子強(qiáng)度，指示劑的理論 變色點(diǎn)變小。 問題：溫度是否對指示劑的變色范圍 有影響？為什么？ 混合指示劑（mixed indicator） 同時(shí)使用兩種指

11、示劑，利用彼此顏色之間的互補(bǔ)作 用，使變色更加敏銳。如溴甲酚綠和甲基紅。 若由指示劑與惰性染料混合也是利用顏色的互補(bǔ)作 用提高變色的敏銳度。如亞甲基藍(lán)，靛藍(lán)二磺酸鈉。 若滴定終點(diǎn)限制在很窄的 pH 范圍內(nèi)，可采用混合 指示劑。終點(diǎn)顏色變化的不確定度由 0.3pH 提高到 0.2pH。 6.2.2 一元弱酸、弱堿的解離平衡 / )HA( / )A(/ )OH( )HA( 3 cc cccc K a 1 1一元弱酸的解離平衡 H2O(l) + HA(aq) H3O+ (aq) + A- -(aq) 當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，有： a K 弱酸HA的解離常數(shù)，它的數(shù)值表明了酸 的相對強(qiáng)弱。在相同T下， 大的是

12、較強(qiáng) 的酸，其給出質(zhì)子的能力較強(qiáng)。 a K 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 確定了弱酸的解離常數(shù)，就可以計(jì)算已知濃 度的弱酸溶液的平衡組成。同樣可以借助于pH計(jì) 測定溶液的pH值來確定弱酸的解離常數(shù)。 )HA( )A()OH( )HA( 3 c cc K a 或簡寫成： 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 實(shí)際上，在弱酸溶液中同時(shí)存在弱酸和水的兩種解離平衡： a K H2O(l) + H2O(l) H3O+ (aq) + OH- -(aq) H2O(l) + HA(aq) H3O+ (aq) + A- -(aq) W K 它們都能解離出H3O+，兩者之間相互聯(lián)系，相互影響。通常情況下 ，

13、，只要c(HA)不是很小，H3O+主要由HA解離產(chǎn)生，因此， 計(jì)算HA溶液中的c(H3O+)時(shí)，可以不考慮水的解離平衡。 Wa KK 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 53 108 . 1 )HAc( )Ac()OH( )HAc( c cc Ka 初始濃度/molL-1 0.10 0 0 平衡濃度/molL-1 0.10 x x x x10. 0 x )HAc( 2 a K x = 1.310-3（ molL-1 ） 解： H2O(l) + HAc(aq) H3O+ (aq) + Ac- -(aq) 例：計(jì)算0.10molL-1HAc溶液中的H3O+、Ac-、HAc、 OH-濃度及溶液pH。

14、 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 c(H3O+) = c(Ac-) = 1.310-3 molL-1 c(HAc) = (0.101.310-3) molL-10.10 molL-1 )(OH)O(H3 W ccK c(OH) =7.710-12 molL-1 89. 2)O(HlgH 3 cp 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 )lg( 2 1 H,H HAHA cpKpcK aa 可見， 若 ，且 c(HA)不是很 小，HA溶液中的c(H3O+) 及 pH 可用下列簡化 公式計(jì)算： Wa KK 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 H aa cxK c , ca - x ca 500

15、a a c K 此式為弱酸溶液酸度的近似計(jì)算公式，其使用的 條件是c ca a /Ka500, /Ka500, 其酸的電離度5%,5%,可以使 氫離子濃度等的計(jì)算誤差小于或等于2.2% ,2.2% ,可以滿 足一般的運(yùn)算要求。 討論： 2 c4KKK Hc aa 2 aa )( 500 a a c K c ca a /Ka /Ka、離解度和最簡式計(jì)算的相對誤差 ca /Ka相對誤差/ % 1009.53 %+5.2 3005.6 %+2.9 5004.4 %+2.2 10003.1 %+1.6 解離度(a)：已解離的分子數(shù)與分子總數(shù)之百分比 %100%100 0 eq0 c cc 初始濃度 已

16、解離的濃度 %3 . 1%100 10. 0 103 . 1 3 醋酸的解離度 弱酸的解離度的大小也可以表示酸的相對強(qiáng)弱。在溫度、濃度相同的 條件下，大的酸， 大，其pH值小，為較強(qiáng)的酸；反之，小的酸， 小，其pH值大，為較弱的酸。 a K a K 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 c K cK cK c K a a a a HA HA 11 ,10 10/HA 1 2 24 2 ）（ ）（ 時(shí)，）（當(dāng) 稀釋定律：在一定溫度下（Ka為定值），某弱電解質(zhì) 的解離度隨著其溶液的稀釋而增大。 解離度與Ka 的關(guān)系： HA(aq) H+(aq) + A-(aq) 初始濃度 c 0 0 平衡濃度 c

17、ca ca ca 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 2. 一元弱堿的解離平衡 一元弱堿的解離平衡組成的計(jì)算與一元弱酸 的解離平衡組成計(jì)算類似。 B(aq) + H2O(l) BH+(aq) + OH- (aq) / )B( / )O(/ )H( )B( cc cHccBc Kb b K 弱堿B的解離常數(shù) 對于一元弱堿： c Kb B ）（ B OHcKb 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 5 3 23 3 4 3 3 3 108 . 1 109 . 1200. 0 )109 . 1 ( )NH( )OH()NH( )NH( 27.11)109 . 1lg(14pOH14pH )/(109

18、. 1%95. 0200. 0)OH( c cc K Lmolc b 例：已知25時(shí)， 0.200molL-1氨水的解離度為 0.95%，求c(OH-)、pH值和氨的解離常數(shù)。 解：NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH- (aq) c0 0.200 0 0 ceq 0.200(1 0.95%) 0.2000.95% 0.2000.95% 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 )( )( lg )( )( lg Ac AOHc pKpOH Ac AOHc KOH Ac HAc pKapH Ac HAc KH bb a 或 或 在計(jì)算結(jié)果出來后應(yīng)進(jìn)行分析，在誤差較大時(shí)也可 用

19、逐步逼近法進(jìn)行計(jì)算。 若存在同離子效應(yīng)，則可用下述公式進(jìn)行計(jì)算： 注意： 為什么？同學(xué)課后自行推出！ 一元弱酸( (弱堿) )溶液 H H+ + 和pHpH 值計(jì)算公式： )lglg( 2 1 pHH HAHA cKcK aa pOH14pH )lglg( 2 1 pOHOH BB cKcK bb 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 討論： bbc KOHc )( 2 c4KKK OHc bb 2 bb )( 500 b b c K 500 b b c K 100% 已電離的物質(zhì)的量 電離度 電離前的物質(zhì)的量 aa a a c Ka c Kac c Hc -稀釋定律 ca , 離解（電離）度和

20、電離常數(shù) 電離度和電離常數(shù)都可以用來比較弱電 解質(zhì)的相對強(qiáng)弱，電離常數(shù)是化學(xué)平衡常 數(shù)的一種表現(xiàn)形式，電離度是轉(zhuǎn)化率的一 種表現(xiàn)形式；電離常數(shù)不受濃度影響，對 于某一弱電解質(zhì)來說，它是一個(gè)特征常數(shù)， 而電離度則隨濃度而變化。 1. H1. H+ +Ka1，(11)式中Ka1+ c0 c0，則 213 )( aa KKOHc 0 0322321 3 )()( )( c KcCOHKCOHK OHc Waa 若 ，則 Wa KcK 020202 cKKcK aWa 只要符合上述有關(guān)近似條件，就可以利用上式計(jì)算出酸式鹽溶液的 pH值。這種粗略計(jì)算出的pH值與酸式鹽的初始濃度無關(guān)。 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 同理， Na2HPO4溶液 ： NaH2PO4溶液 ： 323 )( aa KKOHc 213 )( aa KKOHc 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 )( 2 1 H H aa aa pKpKp KK 酸式鹽溶液H+和pH值 計(jì)算公式： 6.2 6.2 弱酸弱堿的解離平衡 4.4.弱酸弱堿鹽 44 4232 +- 3232 h +- 44 +- - 4 3 NH AcNHAc NHAcH O NHH OHAc c-x c-x x x NHH OHAcNHH OHAcH OH K = NH Ac NH Ac H OH H OH NH