無機及分析化學酸堿平衡學習教案

1、會計學1無機無機(wj)及分析化學及分析化學 酸堿平衡酸堿平衡第一頁，共70頁。2 1.掌握酸堿質(zhì)子理論中酸、堿、共軛酸堿對以及酸堿反應(fnyng)的實質(zhì)等基本概念；了解酸堿電子理論的基本概念； 2.掌握水的離子積、弱酸、弱堿(ru jin)的解離平衡常數(shù)的表示方法及相關計算； 3.了解一元酸，多元酸中各種( zhn)型體的分布規(guī)律及分布系數(shù)的計算方法； 4.掌握質(zhì)子條件式，一元弱酸堿，多元弱酸堿以及兩性物質(zhì)的pH計算的原理與方法； 5.掌握緩沖溶液的緩沖原理，緩沖容量，緩沖范圍以及緩沖溶液的配置方法。第1頁/共69頁第二頁，共70頁。33.1 酸堿理論(lln)3.3 弱酸（堿）溶液中各種

2、( zhn)型體的分布3.2 酸（堿）的解離(ji l)平衡3.4 酸（堿）度計算3.5 緩沖溶液第2頁/共69頁第三頁，共70頁。43.1 3.1 酸堿理論酸堿理論(lln)(lln)3.1.1 3.1.1 酸堿質(zhì)子酸堿質(zhì)子(zhz)(zhz)理論理論 酸堿質(zhì)子理論酸堿質(zhì)子理論1923年由布朗斯年由布朗斯特特(Brnsted)和勞和勞萊萊(Lowry)各自獨各自獨立地立地(ld)提出。提出。第3頁/共69頁第四頁，共70頁。51. 1. 酸堿的定義酸堿的定義(dngy)(dngy)酸 能給出質(zhì)子(zhz)（H+）的物質(zhì)，例如：HCl，NH4+，HSO4-堿能接受(jishu)質(zhì)子（H+）的物

3、質(zhì)，例如：Cl-，NH3，SO42-兩性物質(zhì)既能給出質(zhì)子（H+），又能接受質(zhì)子（H+）的物質(zhì)，例如：H2O，HPO42-，HCO3-酸堿質(zhì)子理論中沒有鹽的概念酸堿質(zhì)子理論中沒有鹽的概念注意注意第4頁/共69頁第五頁，共70頁。62. 2. 酸堿的共軛關系酸堿的共軛關系(gun x)(gun x) 酸失去一個質(zhì)子酸失去一個質(zhì)子(zhz)變?yōu)槠涔曹棄A，變?yōu)槠涔曹棄A， 堿得到一個質(zhì)子堿得到一個質(zhì)子(zhz)變成其共軛酸。變成其共軛酸。酸堿之間這種相互聯(lián)系，相互依存的關系(gun x)稱為共軛關系(gun x)。 第5頁/共69頁第六頁，共70頁。7酸強度堿強度第6頁/共69頁第七頁，共70頁。83.

4、 3. 酸堿反應酸堿反應(fnyng)(fnyng)的實質(zhì)及酸堿半反應的實質(zhì)及酸堿半反應(fnyng)(fnyng)酸堿反應的實質(zhì)就是酸和堿之間通過相互作用，發(fā)生酸堿反應的實質(zhì)就是酸和堿之間通過相互作用，發(fā)生(fshng)(fshng)質(zhì)子轉(zhuǎn)移，分別轉(zhuǎn)化為其共軛堿和共軛酸的反質(zhì)子轉(zhuǎn)移，分別轉(zhuǎn)化為其共軛堿和共軛酸的反應，每一個酸堿反應都包括兩個酸堿半反應。應，每一個酸堿反應都包括兩個酸堿半反應。 HA(酸) + B(堿)HB+(酸) + A(堿)半反應(fnyng)1 半反應2總反應HA(酸1)A(堿2) + H+B(堿1) + H+HB+(酸2)HA(酸1) + B(堿1)HB(酸2) + A

5、(堿2)共軛共軛共軛共軛第7頁/共69頁第八頁，共70頁。9醋酸在水溶液中的解離醋酸在水溶液中的解離(ji l)過程過程 Ac OH HAc2 OH 3H Ac+Ac+OHHH+OHH半反應(fnyng)1半反應(fnyng)2HAcAc H H OH2 OH 3第8頁/共69頁第九頁，共70頁。10氨在水中的解離氨在水中的解離(ji l)過程過程 NHHH+oHHHO+NHHHH+OH NH2 34NHOH 半反應(fnyng)1半反應(fnyng)2OH2OH H H NH34NH第9頁/共69頁第十頁，共70頁。11氨氣和氯化氫氣體氨氣和氯化氫氣體(qt)(qt)反應反應ClH+NHHH

6、Cl+NHHHH+ HCl NH3ClNH4半反應(fnyng)1半反應(fnyng)2 H NH34NHHClCl H 第10頁/共69頁第十一頁，共70頁。124.4.酸堿質(zhì)子酸堿質(zhì)子(zhz)(zhz)理論的優(yōu)理論的優(yōu)缺點缺點擴大了酸、堿的范圍，不僅水溶液擴大了酸、堿的范圍，不僅水溶液(rngy)中，非水中，非水溶液溶液(rngy)、氣相，固相中都存在酸堿及酸堿反應。、氣相，固相中都存在酸堿及酸堿反應。把酸堿電離理論中的電離、中和、鹽的水解把酸堿電離理論中的電離、中和、鹽的水解統(tǒng)一為統(tǒng)一為“質(zhì)子質(zhì)子(zhz)傳遞反應傳遞反應”。僅適用于有僅適用于有H+的體系，無的體系，無H+體系不適用。

7、體系不適用。許許多明顯的酸堿反應不能通過酸堿質(zhì)子理論來多明顯的酸堿反應不能通過酸堿質(zhì)子理論來解釋，如解釋，如SO3和和CaO之間的反應，之間的反應，H3BO3的酸的酸性等。性等。優(yōu)優(yōu)點點缺缺點點第11頁/共69頁第十二頁，共70頁。133 . 1 . 23 . 1 . 2 * * 酸 堿 電 子酸 堿 電 子(dinz)(dinz)理論理論酸電子對的接受體，是任何可以接受外來電子對的分子或離子，通常稱為(chn wi)路易斯酸。例如：HAc，Ni，F(xiàn)e3+，H3BO3等堿電子對的給予體，是可以給出電子對的分子或離子(lz)，通常稱為路易斯堿。例如：NH3，CO，CN，H2O等1923年美國化學

8、家路易斯（年美國化學家路易斯（Lewis G N）提出了酸堿電子理論提出了酸堿電子理論 第12頁/共69頁第十三頁，共70頁。142. 2. 酸堿反應酸堿反應(fnyng)(fnyng)的實質(zhì)的實質(zhì)3NH HAcAcNH44CONi4Ni(CO)CaOSO34CaSO6CN Fe336Fe(CN)OHBOH233 H B(OH)4 路易斯酸+路易斯堿酸堿加和物 酸堿反應(fnyng)的實質(zhì)是酸提供空軌道，堿提供電子對，酸堿之間通過共價配鍵相結(jié)合，生成酸堿加和物反應(fnyng)過程中不發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。第13頁/共69頁第十四頁，共70頁。15 酸堿電子理論太籠統(tǒng)，酸堿特征不明顯；沒有統(tǒng)一(tng

9、y)的酸堿強弱的定量標度。 3.3.酸堿電子酸堿電子(dinz)(dinz)理論的優(yōu)理論的優(yōu)缺點缺點優(yōu)優(yōu)點點缺缺點點 酸堿電子理論將酸堿的概念與物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)相聯(lián)系(linx)，范圍無所不包，既不局限于某元素，也不受溶劑,物相限制。第14頁/共69頁第十五頁，共70頁。163.2 3.2 酸（堿）的解離酸（堿）的解離(ji l)(ji l)平衡平衡3.2.1 3.2.1 水的離子水的離子(lz)(lz)積常數(shù)積常數(shù)OH + H3O+H2O + H2O)OH()H(ccKw水作為最重要的溶劑，既可以作為酸給出質(zhì)子，又可以作為堿接受質(zhì)子，因此在純水中存在(cnzi)水分子之間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應wK 該

10、反應稱為水的質(zhì)子自遞反應，該反應的的標準平衡 常數(shù) 稱為水的質(zhì)子自遞常數(shù)，也稱為水的離子積， 其表達式為第15頁/共69頁第十六頁，共70頁。17wK 作為水的質(zhì)子自遞反應的平衡常數(shù)，與濃度、壓力無關，而與溫度有關，溫度一定時，水的離子積是一個常數(shù)。注意注意t 0C01020253040506014.9614.53 14.16 14.00 13.83 13.53 13.26 13.02不同溫度時水的wKpwKp中性水的中性水的pH = 7.00，中性水的，中性水的pH=pOH？第16頁/共69頁第十七頁，共70頁。181. 1. 弱酸（堿）的解離弱酸（堿）的解離(ji l)(ji l)常數(shù)定義

11、常數(shù)定義酸給出一個質(zhì)子轉(zhuǎn)化成其共軛堿，水得到該質(zhì)子轉(zhuǎn)化成其共軛酸，酸與水的質(zhì)子傳遞反應達到平衡狀態(tài)時的平衡常數(shù)稱為該弱酸的解離常數(shù)，簡稱酸常數(shù)，通常以 表示。aK水失去一個質(zhì)子變成其共軛堿，堿接受該質(zhì)子變成其共軛酸。堿與水的質(zhì)子傳遞反應達到平衡狀態(tài)時的平衡常數(shù)稱為該弱堿的解離常數(shù)，簡稱堿常數(shù)，通常以 來表示。 bK3.2.2 3.2.2 弱酸（堿）的解離弱酸（堿）的解離(ji (ji l)l)常數(shù)及其相對強度常數(shù)及其相對強度第17頁/共69頁第十八頁，共70頁。19一元弱酸一元弱酸HA的解離常數(shù)的解離常數(shù)(HA)(A)(H(HA)cccKa2. 2. 一元弱酸（堿）的解離一元弱酸（堿）的解離(

12、ji l)(ji l)常數(shù)及其表達式常數(shù)及其表達式一元一元(y yun)(y yun)弱酸弱酸HAHA的解的解離過程離過程OH HA 2A OH3注意注意一元弱堿一元弱堿A A的解離的解離(ji (ji l)l)過程過程一元弱堿一元弱堿A的解離常數(shù)的解離常數(shù) OH A2HA OH )(A(HA)(OH)(AcccKb 和和 與濃度、壓力無關，只與溫度有關與濃度、壓力無關，只與溫度有關aKbK第18頁/共69頁第十九頁，共70頁。20OH HAc2Ac OH35108 . 1(HAc)-(Ac)(H(HAc)-cccKaOH NH2433NH OH10106 . 5)(NH)(NH)(H)(NH

13、434-cccKaOH Ac2HAc OH 10106 . 5)(Ac(HAc)(OH)(AccccKbOH NH2 34NHOH5343108 . 1)(NH)(NH)(OH)(NH-bcccK一元一元(y yun)弱酸弱酸一元一元(y yun)弱堿弱堿第19頁/共69頁第二十頁，共70頁。213. 3. 多元弱酸（堿）的解離多元弱酸（堿）的解離(ji l)(ji l)常數(shù)及其表達式常數(shù)及其表達式多元多元(du yun)弱酸弱酸OH OCH2422423OHC OHOHOHC242 2423OC OH)OC(H)O(HC)(H)OC(H422424221cccKa)O(HC)O(C)(H)O

14、C(H422424222cccKa多元多元(du yun)弱堿弱堿OH S22HS OH OH HS2SH OH2)(S)(HS)(OH)(S22cccKb)(HSS)(H)(OH)(S22cccKb多元弱酸（堿）的解離過程是分步進行的多元弱酸（堿）的解離過程是分步進行的 第20頁/共69頁第二十一頁，共70頁。224.4.共軛酸堿對共軛酸堿對 和和 之間的關系之間的關系 aKbK(HA)(A)(H(HA)cccKaHA的解離的解離(ji l)過程過程)(A(HA)(OH)(AcccKbA的解離的解離(ji l)常數(shù)常數(shù)wbaKKK)(A(HA)OH A2HA OH OH HA 2A OH3H

15、A的解離的解離(ji l)常數(shù)常數(shù)A的解離過程的解離過程第21頁/共69頁第二十二頁，共70頁。23 多元酸堿中多元酸堿中 和和 的對應關系的對應關系aKbKH3AH2AHA2A3 )(A31bK)(A32bK)(A33bKA)(H31aKA)(H32aKA)(H33aKwbaKKK)(AA)(H3331wbaKKK)(AA)(H3232wbaKKK)(AA)(H3133以H3A和A3-為例例：試求HPO42- 的 pKb2和 Kb2。解：經(jīng)查表可知解：經(jīng)查表可知(k zh) Ka2 = 6.310-8，即即 pKa2 = 7.20 由于由于 Ka2Kb2 = 10-14 所以所以 pKb2

16、= 14 - pKa2 = 14 - 7.20 = 6.80 即即 Kb2=1.610 -7第22頁/共69頁第二十三頁，共70頁。243.2.4. 3.2.4. 解離解離(ji l)(ji l)度和稀釋定律度和稀釋定律解離度是指弱酸或弱堿在水溶液中達到(d do)解離平衡時，已解離的部分的濃度占其總濃度的百分數(shù)，通常用來表示 除與其本性和溫度有關以外，還與弱酸或者弱堿的濃度有關。 HA + H2O H3O+ + A對于(duy)濃度為c0的某一元弱酸HA，在水溶液中達到解離平衡時：(HA)(A)(H(HA)cccKa(HA)(HA)(HA)(A)(HaaKnKncncncQ若向此體系中加入水

17、進行稀釋，使體系的總體積變?yōu)樵瓉淼膎倍，這此時的反應商為 弱酸弱堿的解離度隨著溶液濃度的減小而增大弱酸弱堿的解離度隨著溶液濃度的減小而增大平衡向解離方向移動第23頁/共69頁第二十四頁，共70頁。25解離度與弱酸的分析濃度c0之間的定量關系，可以(ky)通過弱酸解離常數(shù)與濃度之間的關系定量求得。c)(ccccccKa11(HA)(A)(H(HA)20000起始(q sh)濃度/molL-1平衡(pnghng)濃度molL-1HA + H2O H3O+ + A)1 (0c0c0c0c00(當當5)0.034molL1飽和酒石酸氫鉀3.560.025molL1鄰苯二甲酸氫鉀4.010.025molL1KH2PO4- 0.025molL1 Na2HPO46.860.01molL1硼砂9.18第68頁/共69