第三章酸堿解離平衡

1、1第2章 酸堿解離平衡和沉淀-溶解平衡1 酸堿質(zhì)子理論2 水溶液的酸堿性3 酸堿溶液的pH計(jì)算2n強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)定義：電解質(zhì)是溶于水中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電定義：電解質(zhì)是溶于水中或熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物，這些化合物的水溶液稱為電解質(zhì)溶的化合物，這些化合物的水溶液稱為電解質(zhì)溶液。液。 NaCl(s)Na+(aq) + Cl-(aq)H2O+3n強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)電解質(zhì)可分為強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)兩類(lèi)。在水溶電解質(zhì)可分為強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)兩類(lèi)。在水溶液中能完全解離成離子的化合物就是強(qiáng)電解質(zhì)。液中能完全解離成離子的化合物就是強(qiáng)電解質(zhì)。例如例如 Na+Cl- Na+

2、+ Cl- (離子型化合物離子型化合物) HCl H+ Cl- (強(qiáng)極性分子強(qiáng)極性分子) 弱電解質(zhì)在水溶液中只能部分解離成離子的化合弱電解質(zhì)在水溶液中只能部分解離成離子的化合物。例如：物。例如： HAc H+ + Ac-4解離度：達(dá)解離平衡時(shí)，已解離的分子數(shù)和分解離度：達(dá)解離平衡時(shí)，已解離的分子數(shù)和分子總數(shù)之比。單位為一，可以百分率表示。子總數(shù)之比。單位為一，可以百分率表示。原原有有分分子子總總數(shù)數(shù)已已解解離離分分子子數(shù)數(shù) 5一、弱酸、弱堿的解離平衡及其平衡常數(shù)一、弱酸、弱堿的解離平衡及其平衡常數(shù) 弱酸弱堿在溶液中建立起動(dòng)態(tài)的解離平衡弱酸弱堿在溶液中建立起動(dòng)態(tài)的解離平衡 HA(aq) + H2

3、O(l) A-(aq) + H3O+(aq) 稀水溶液中，稀水溶液中，H2O可看成是常數(shù)，上式改寫(xiě)為可看成是常數(shù)，上式改寫(xiě)為 Ka稱為酸解離常數(shù)。稱為酸解離常數(shù)。OHAHAOH23cKHAAOH3aK6 Ka是水溶液中酸強(qiáng)度的量度，表示酸在水中釋放是水溶液中酸強(qiáng)度的量度，表示酸在水中釋放質(zhì)子能力的大小。質(zhì)子能力的大小。 Ka值愈大，酸性愈強(qiáng)。其值大于值愈大，酸性愈強(qiáng)。其值大于10時(shí)為強(qiáng)酸。時(shí)為強(qiáng)酸。 HAc HClO HCNKa 1.7510-5 3.910-8 6.210-10 一些弱酸的一些弱酸的Ka非常小，常用非常小，常用pKa表示，它是酸解表示，它是酸解離常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)。離常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)。

4、7NH3為常見(jiàn)弱堿，在水溶液中存在電離平衡為常見(jiàn)弱堿，在水溶液中存在電離平衡 NH3 + H2O NH4+ + OH- 其電離平衡常數(shù)又稱為堿常數(shù)，用其電離平衡常數(shù)又稱為堿常數(shù)，用Kb表示表示 34NHOHNHKbKb為堿解離平衡常數(shù)。為堿解離平衡常數(shù)。Kb的大小表示堿接受的大小表示堿接受質(zhì)子能力的大小，質(zhì)子能力的大小，Kb值愈大，堿性愈強(qiáng)。值愈大，堿性愈強(qiáng)。pKb是堿解離常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)。是堿解離常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)。8酸HAKa (aq)pKa (aq)H3O+/H2C2O45.610-21.25H3PO46.910-32.16HC2O4-1.510-43.81HAc1.7510-54.756H2CO

5、34.510-76.35H2PO4-6.110-87.21HCO3-4.710-1110.33HPO42-4.810-1312.32H2O1.010-1414.009二、酸堿平衡的移動(dòng)二、酸堿平衡的移動(dòng) 濃度對(duì)平衡移動(dòng)的影響濃度對(duì)平衡移動(dòng)的影響 酸酸HA在水中的質(zhì)子自遞平衡為在水中的質(zhì)子自遞平衡為HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq) 平衡建立后，若增大溶液中平衡建立后，若增大溶液中HA的濃度，則平的濃度，則平衡被破壞，向著衡被破壞，向著HA解離的方向移動(dòng)，即解離的方向移動(dòng)，即H3O+和和A-的濃度增大的濃度增大。10例例 計(jì)算計(jì)算0.100 molL-1HAc溶液

6、的解離度溶液的解離度及及H3O+。解解 HAc的的Ka=1.7510-5 HAc(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + Ac-(aq) c(1-)c c c Ka= (c)2/c = c 2H3O+=c =0.100 molL-11.32%=1.3210-3 molL-1 K只隨溫度改變而改變，而在一定溫度下，只隨溫度改變而改變，而在一定溫度下， 則隨溶液則隨溶液的稀釋而增大，這稱為稀釋定律。的稀釋而增大，這稱為稀釋定律。%32. 11032. 1100. 0/1075. 1/25cK11n 同離子效應(yīng)同離子效應(yīng) 在弱酸或弱堿的水溶液中，加入與弱酸在弱酸或弱堿的水溶液中，加入與弱酸或

7、弱堿含有相同離子的易溶性強(qiáng)電解質(zhì)，使或弱堿含有相同離子的易溶性強(qiáng)電解質(zhì)，使弱酸或弱堿的解離度降低的現(xiàn)象稱為同離子弱酸或弱堿的解離度降低的現(xiàn)象稱為同離子效應(yīng)效應(yīng) 。 12(1) HAc水溶液水溶液 加入加入 NaAc(s) HAc(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + Ac-(aq) 平衡左移平衡左移 加入加入Ac-使使 HAc 解離度降低。解離度降低。(2) NH3 H2O 加入加入 NH4Cl(s) NH3(aq) + H2O(l) OH(aq) + NH4+(aq) 平衡左移平衡左移 加入加入NH4+使使 NH3 解離度降低。解離度降低。13例例 在在0.100 molL-1HA

8、c溶液中加入一定量固體溶液中加入一定量固體NaAc, 使使NaAc的濃度等于的濃度等于0.100 molL-1, 求該求該溶液中溶液中H+濃度濃度, pH和和HAc的解離度的解離度。14解：設(shè)已解離的解：設(shè)已解離的H3O+=x molL-1 HAc(aq)+H2O(l) H3O+(aq) + Ac-(aq)初始時(shí)初始時(shí)/ molL-1 0.100 0.100平衡時(shí)平衡時(shí)/molL-1 0.100 x0.100 x 0.100+x0.100H3O+ = x molL-1= 1.7510-5 molL-1, pH = 4.75與上例相比與上例相比, 同離子效應(yīng)使同離子效應(yīng)使從從1.32%降為降為0

9、.0175%, H3O+從從1.3210-3 molL-1 減少到減少到1.7510-5 molL-1(降低降低75倍倍)。5a1075. 1100. 0100. 0HAcAcHxK%0175. 0100. 0/1075. 1/5cx15n 鹽效應(yīng)鹽效應(yīng) 若在若在HAc溶液中加入不含相同離子的強(qiáng)電解質(zhì)溶液中加入不含相同離子的強(qiáng)電解質(zhì)如如NaCl，則因離子強(qiáng)度增大，溶液中離子之間，則因離子強(qiáng)度增大，溶液中離子之間的相互牽制作用增大，使的相互牽制作用增大，使HAc的解離度略有增的解離度略有增大，這種作用稱為鹽效應(yīng)。大，這種作用稱為鹽效應(yīng)。 產(chǎn)生同離子效應(yīng)時(shí)，必然伴隨有鹽效應(yīng)，但同產(chǎn)生同離子效應(yīng)時(shí)，

10、必然伴隨有鹽效應(yīng)，但同離子效應(yīng)的影響比鹽效應(yīng)要大得多，所以一般離子效應(yīng)的影響比鹽效應(yīng)要大得多，所以一般情況下，不考慮鹽效應(yīng)也不會(huì)產(chǎn)生顯著影響。情況下，不考慮鹽效應(yīng)也不會(huì)產(chǎn)生顯著影響。 163.1 酸堿質(zhì)子理論3.1.1酸堿的定義3.1.2酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)171、酸堿的電離理論、酸堿的電離理論由由Arrhenius于于1887年首先提出。年首先提出。 凡是在水溶液中能電離出凡是在水溶液中能電離出H+ 的物質(zhì)是酸，的物質(zhì)是酸，能電離出能電離出OH-的物質(zhì)是堿。的物質(zhì)是堿。 只限于水溶液，因而有一定的局限性。只限于水溶液，因而有一定的局限性。 如：如：Na2CO3 、NH3等。等。1923年年Lowr

11、y和和Bronsted提出了提出了酸堿質(zhì)子理論。酸堿質(zhì)子理論。 酸：凡是能給出質(zhì)子酸：凡是能給出質(zhì)子(H+)的物質(zhì)。的物質(zhì)。堿：凡是能接受質(zhì)子堿：凡是能接受質(zhì)子(H+)的物質(zhì)。的物質(zhì)。18酸酸 H+ +堿堿 AcHHAc 34NHHNH252362O)Fe(OH)(HHO)Fe(H422252O)(HFe(OH)HO)Fe(OH)(H19酸酸 H+ +堿堿 AcHHAc 2.酸堿的共軛關(guān)系酸堿的共軛關(guān)系例：例：HAc的共軛堿是的共軛堿是Ac ， Ac的共軛酸的共軛酸HAc， HAc和和Ac為一對(duì)共軛酸堿。為一對(duì)共軛酸堿。34NHHNH203.兩性物質(zhì)：兩性物質(zhì)： 既能給出質(zhì)子，又能接受質(zhì)子的物

12、質(zhì)。既能給出質(zhì)子，又能接受質(zhì)子的物質(zhì)。等。如：HS,OH,HCO,)OFe(OH)(H ,HSO2325242442HPOHPOH3424POHHPO21H+Cl NH NH HCl43(1) (2) (2) ) 1 (堿酸堿酸H+堿堿(1)Ac+H2O OH + HAc酸酸(2)堿堿(2)酸酸(1) 在酸堿的質(zhì)子理論中，在酸堿的質(zhì)子理論中，酸堿反應(yīng)實(shí)質(zhì)是酸堿反應(yīng)實(shí)質(zhì)是質(zhì)子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)。質(zhì)子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)。 22小結(jié)小結(jié) ! 酸酸溶液中凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)溶液中凡能給出質(zhì)子的物質(zhì) 堿堿溶液中凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)溶液中凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)酸堿反應(yīng)是兩對(duì)酸堿反應(yīng)是兩對(duì)共軛酸堿對(duì)共軛酸堿對(duì)共同作用的共同作用的結(jié)

13、果結(jié)果 酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移質(zhì)子的轉(zhuǎn)移 23 H2O (l) + H2O(l) H3O+ (aq) + OH(aq)223OHOHOHKi在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)可表示為在一定溫度下達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)可表示為 由于只有極少量水分子間發(fā)生質(zhì)子自遞，由于只有極少量水分子間發(fā)生質(zhì)子自遞，H2O可以看作一常數(shù)?？梢钥醋饕怀?shù)。Kw 水的離子積。水的離子積。三、三、 水的質(zhì)子自遞平衡水的質(zhì)子自遞平衡或H2O (l) H+ (aq) + OH(aq) 14100 . 1OHHKw24 水的離子積不僅適用于純水，也適用于所水的離子積不僅適用于純水，也適用于所有稀水溶液。有稀水

14、溶液。 25的純水中的純水中H3O+ = OH- = =1.010-7 中性溶液中中性溶液中 H3O+=OH- =1.010-7molL-1酸性溶液中酸性溶液中 H3O+1.010-7molL-1OH-堿性溶液中堿性溶液中 H3O+1.010-7molL-1OH- wK水溶液的酸堿性水溶液的酸堿性25pH = lgH3O+ 在室溫下在室溫下 pH = 7 中性溶液中性溶液 pH 7 酸性溶液酸性溶液 pH 7 堿性溶液堿性溶液 pkw =pH + pOH = 14.0 26人體各種體液的人體各種體液的pH體體 液液pH 體體 液液pH血清血清7.357.45大腸液大腸液8.38.4成人胃液成人

15、胃液0.91.5乳汁乳汁6.06.9嬰兒胃液嬰兒胃液5.0淚水淚水7.4唾液唾液6.356.85尿液尿液4.87.5胰液胰液7.58.0腦脊液腦脊液7.357.45小腸液小腸液7.627四、共軛酸堿對(duì)四、共軛酸堿對(duì)Ka和和Kb關(guān)系關(guān)系對(duì)于弱堿對(duì)于弱堿Ac- Ac- + H2O HAc + OH- AcOHHAcKb HAc + H2O H3O+ + Ac- 3HAcAcOHKa28對(duì)于共軛酸堿對(duì)對(duì)于共軛酸堿對(duì)如如 HAc-Ac- OHOHAcOHHACHAcAcOHKKba33 即即 KaKb = Kw 對(duì)于其它共軛酸堿對(duì)也可得到相同的結(jié)論。對(duì)于其它共軛酸堿對(duì)也可得到相同的結(jié)論。29例 已知N

16、H3的Kb=1.810-5，求NH4的Ka。解：Ka Kw/ Kb 1.0010-14/1.810-55.710-10例 計(jì)算CN的Kb。HCN 查表Ka6.210-10 Kb Kw/ Ka 1.0010-14/6.210-10 1.610-530第四節(jié) 酸堿溶液的pH計(jì)算3.3.1弱電解質(zhì)的電離度3.3.3一元弱酸和弱堿溶液的pH值3.3.6同離子效應(yīng)與鹽效應(yīng)3.2.2 水溶液的酸堿性31n強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液 強(qiáng)酸或強(qiáng)堿屬于強(qiáng)電解質(zhì)，在水中完全解離。強(qiáng)酸或強(qiáng)堿屬于強(qiáng)電解質(zhì)，在水中完全解離。 因此，一般濃度下，因此，一般濃度下，對(duì)于強(qiáng)酸對(duì)于強(qiáng)酸HA，H3O+=c(HA)；對(duì)于強(qiáng)堿對(duì)于

17、強(qiáng)堿B，OH-=c(B)。 但當(dāng)?shù)?dāng)H3O+或或OH-10-6molL-1時(shí)，此時(shí)由時(shí)，此時(shí)由H2O解解離出的離出的H+或或OH-就不能忽略。就不能忽略。 32對(duì)于一元弱酸對(duì)于一元弱酸HA溶液，若濃度為溶液，若濃度為c ，則有，則有 HA + H2O H3O+ + A- 平衡濃度平衡濃度 c-x x xHAAOHKa3即即 Ka= x2/(c-x)當(dāng)當(dāng)c/Ka 400時(shí)，時(shí)，c-x c ， Ka= x2/c故故 H3O+= XaKcH333()()1.3 10eqacHKc HAc例例 計(jì)算計(jì)算0.1mol/LHAc溶液的溶液的H+濃度。濃度。 HAc + H2O H3O+ + Ac- 34對(duì)

18、于一元弱堿對(duì)于一元弱堿 當(dāng)當(dāng)c/Kb400時(shí)時(shí) bKcOH例例3-4練習(xí)：計(jì)算練習(xí)：計(jì)算0.10molL-1NH3溶液的溶液的pH值。值。35n兩性物質(zhì)溶液兩性物質(zhì)溶液 既能給出質(zhì)子又能接受質(zhì)子的物質(zhì)稱為兩性物既能給出質(zhì)子又能接受質(zhì)子的物質(zhì)稱為兩性物質(zhì)。可分為三種類(lèi)型。質(zhì)。可分為三種類(lèi)型。 1. 負(fù)離子型，負(fù)離子型，如如HCO3-、H2PO4-、HPO42-等。等。 以以HCO3-為例：為例： HCO3-(aq)+H2O(l) H3O+(aq)+CO32-(aq) HCO3-(aq)+H2O(l) OH-(aq)+H2CO3(aq)11322a3233a107 . 4)COH(HCOCOOHK

19、K832a1w332b102 . 2)COH(HCOCOHOHKKK36 負(fù)離子型負(fù)離子型例例 計(jì)算計(jì)算0.10 molL-1NaH2PO4溶液的溶液的pH。已知已知H3PO4的的pKa1=2.16，pKa2=7.21，pKa3=12.32。解解 或或 pH=(pKa1+pKa2)=(2.16+7.21)=4.682a1a3OHKKa2a13OHKK 373.5難溶強(qiáng)電解質(zhì)的沉淀溶解平衡3.5.1 溶度積3.5.2 沉淀的生成與溶解38 通常把溶解度小于通常把溶解度小于0.1 gL-1的物質(zhì)稱為難的物質(zhì)稱為難溶物質(zhì)。溶物質(zhì)。 在一定溫度下，將難溶電解質(zhì)晶體放入水在一定溫度下，將難溶電解質(zhì)晶體放

20、入水中時(shí)，就發(fā)生溶解和沉淀兩個(gè)過(guò)程。當(dāng)溶解和中時(shí)，就發(fā)生溶解和沉淀兩個(gè)過(guò)程。當(dāng)溶解和沉淀速率相等時(shí)，便建立了動(dòng)態(tài)的平衡，可表沉淀速率相等時(shí)，便建立了動(dòng)態(tài)的平衡，可表示如下：示如下：溶解溶解)(aqSO(aq)Ba (s)BaSO2424沉淀沉淀4242BaSOSOBaK純固體物質(zhì)的濃度為常數(shù)純固體物質(zhì)的濃度為常數(shù) 3.4.1 溶度積溶度積動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)39 Ksp=Ba2+SO42- 在一定溫度下，在一定溫度下，Ksp為一常數(shù)，稱為難溶為一常數(shù)，稱為難溶電解質(zhì)的溶度積常數(shù)，簡(jiǎn)稱電解質(zhì)的溶度積常數(shù)，簡(jiǎn)稱溶度積溶度積。 對(duì)一般沉淀反應(yīng)：對(duì)一般沉淀反應(yīng)：(aq)bB(aq)aA (s)BAmnba 溶度積常數(shù)可表示為溶度積常數(shù)可表示為 Ksp = An+ a Bm- b 溶度積的大小決定于難溶電解質(zhì)的本溶度積的大小決定于難溶電解質(zhì)的本性和溫度，與溶液中各離子濃度大小及沉性和溫度，與溶液中各離子濃度大小及沉淀量多少無(wú)關(guān)。淀量多少無(wú)關(guān)。 40n 溶度積規(guī)則溶度積規(guī)則 定義離子積定義離子積IP ，它表示