酸堿質(zhì)子理論與緩沖溶液PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1酸堿質(zhì)子理論與緩沖溶液酸堿質(zhì)子理論與緩沖溶液6.1.2 酸堿質(zhì)子理論的基本概念酸：酸：凡是能釋放出質(zhì)子（凡是能釋放出質(zhì)子（H+）的任何含）的任何含氫原子的分子或離子的物種。氫原子的分子或離子的物種。 （質(zhì)子的給予體）（質(zhì)子的給予體）堿：堿：凡是能與質(zhì)子（凡是能與質(zhì)子（H+）結(jié)合的分子或）結(jié)合的分子或離子的物種。離子的物種。 （質(zhì)子的接受體）（質(zhì)子的接受體）第2頁(yè)/共40頁(yè)422252252362233334342424 42O)(HFe(OH)H O)Fe(OH)(HO)Fe(OH)(HH O)Fe(H NHCHH NHCH NHH NH POH HPO HPOH POH AcH HA

2、c 酸 H+ +堿第3頁(yè)/共40頁(yè)酸 H+ + 堿例：HAc的共軛堿是Ac ， Ac的共軛酸HAc， HAc和Ac為一對(duì)共軛酸堿。兩性物質(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 ,HSO232524第4頁(yè)/共40頁(yè)(1) 酸堿解離反應(yīng)是質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，如HF在水溶液中的解離反應(yīng)是由給出質(zhì)子的半反應(yīng)和接受質(zhì)子的半反應(yīng)組成的。HF(aq) H+ + F(aq)H+ + H2O(l) H3O+(aq)HF(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + F(aq) (2) 水是兩性物質(zhì)，它的自身解離反應(yīng)也是質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)：H2O(l)+H2O(l) H3O+

3、(aq) +OH(aq)H+酸(1)堿(2)酸(2)堿(1)第5頁(yè)/共40頁(yè)2022-5-226(3) 鹽類水解反應(yīng)也是離子酸堿的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。例如NaAc水解：Ac+H2O OH + HAcH+酸(1)堿(2)酸(2)堿(1)NH4Cl水解: + H2O H3O+ + NH3H+酸(1)堿(2)酸(2)堿(1)4NH第6頁(yè)/共40頁(yè)2022-5-227(4) 非水溶液中的酸堿反應(yīng)，例如NH4Cl的生成：(1) (2) (2) ) 1 (Cl NH NH HCl43堿酸堿酸H+液氨中的酸堿中和反應(yīng)： NaCl 2NH NaNH ClNH324H+第7頁(yè)/共40頁(yè)6.1.3 酸的相對(duì)強(qiáng)度和堿的相

4、對(duì)強(qiáng)度105a105.8 101.8 HCN HAc K區(qū)分效應(yīng)：用一個(gè)溶劑能把酸或堿的相對(duì)強(qiáng)弱區(qū)分開來(lái)，稱為溶劑的“區(qū)分效應(yīng)”。 例如，H2O可以區(qū)分HAc，HCN酸性的強(qiáng)弱。拉平效應(yīng)：溶劑將酸或堿的強(qiáng)度拉平的作用，稱為溶劑的“拉平效應(yīng)”。 酸和堿的強(qiáng)度是指酸給出質(zhì)子的能力和堿接受質(zhì)子的能力的強(qiáng)弱。 水對(duì)強(qiáng)酸起不到區(qū)分作用，水能夠同等程度地將HClO4，HCl，HNO3等強(qiáng)酸的質(zhì)子全部奪取過(guò)來(lái)。第8頁(yè)/共40頁(yè)酸越強(qiáng)其共軛堿越弱堿越強(qiáng)其共軛酸越弱OHNHHCOAc POH HSO ClO OHNHCOHHAc POHSOHHClO 334244243243424堿性：酸性：選取比水的堿性弱的

5、堿，如冰醋酸為溶劑對(duì)水中的強(qiáng)酸可體現(xiàn)出區(qū)分效應(yīng)。例如上述強(qiáng)酸在冰醋酸中不完全解離，酸性強(qiáng)度依次為：3424HNOSOHHClHClOHI第9頁(yè)/共40頁(yè)2022-5-2210第10頁(yè)/共40頁(yè) 6.2.1 水的解離平衡水的解離平衡 H2O (l) + H2O(l) H3O+ (aq) + OH(aq) 或 H2O (l) H+ (aq) + OH(aq)OH()OH( )OH()OH( 3w3wccKccccK或 水的離子積常數(shù)，簡(jiǎn)稱水的離子積。wK第11頁(yè)/共40頁(yè)w13w14w17 1043. 5100 . 1Lmol100 . 1)OH()H( KTKKcc25純水100純水第12頁(yè)/共

6、40頁(yè)6.2.2 溶液的溶液的pH值值14ppOHpH 14lg)OH(lg)H(lg 101.0)(OH)O(H )(OHlgpOH )O(HlgpH ww143w3即根據(jù)令KKccccKcc第13頁(yè)/共40頁(yè)2022-5-2214第14頁(yè)/共40頁(yè)6.3.1 同離子效應(yīng)同離子效應(yīng) HAc(aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + 平衡移動(dòng)方向 NH4Ac(aq) (aq) + Ac(aq) Ac(aq) 同離子效應(yīng)：在弱電解質(zhì)溶液中，加入與其含有相同離子的易溶強(qiáng)電解質(zhì)而使弱電解質(zhì)的解離度降低的現(xiàn)象。4NH第15頁(yè)/共40頁(yè)例：在 0.10 molL-1 的HAc 溶液中，加入 N

7、H4Ac (s)，使 NH4Ac的濃度為 0.10 molL-1，計(jì)算該溶液的 pH值和 HAc的解離度。解： HAc(aq)+H2O(l) H3O+ (aq)+Ac (aq) c0/ (molL-1) 0.10 0 0.10ceq / (molL-1) 0.10 x x 0.10 + x 5108 . 110. 0)10. 0(xxxx = 1.810-5 c(H+) = 1.810-5 molL-1 pH = 4.74， = 0.018%0.10 x 0.100.10 molL-1 HAc溶液：pH = 2.89， = 1.3%第16頁(yè)/共40頁(yè)50mLHAcNaAc c(HAc)=c(N

8、aAc)=0.10molL-1 pH = 4.74 緩沖溶液：具有能保持本身緩沖溶液：具有能保持本身pH值相對(duì)穩(wěn)定性能的溶值相對(duì)穩(wěn)定性能的溶液液(也就是不因加入少量強(qiáng)酸或強(qiáng)堿而顯著改變也就是不因加入少量強(qiáng)酸或強(qiáng)堿而顯著改變pH值的溶值的溶液液)。6.3.2 緩沖溶液緩沖溶液加入1滴(0.05ml) 1molL-1 HCl加入1滴(0.05ml) 1molL-1 NaOH實(shí)驗(yàn)：50ml純水pH = 7 pH = 3 pH = 11 pH = 4.73 pH = 4.75第17頁(yè)/共40頁(yè) 緩沖作用原理緩沖作用原理的比值。的大小取決于較大量少量較大量)A(/ )HA()OH()A()HA()HA(

9、)OH( (aq)A (aq)O H O(l)H HA(aq)3a332cccccKc加入少量強(qiáng)堿：加入而有明顯變化。的不因較大，因?yàn)镺H)OH( )A( , )HA( O(l)H(aq)A HA(aq) (aq)OH32ccc第18頁(yè)/共40頁(yè)溶液中大量的A與外加的少量的H3O+結(jié)合成HA，當(dāng)達(dá)到新平衡時(shí)，c(HA)略有增加，c(A)略有減少， 變化不大，因此溶液的c(H3O+)或pH值基本不變。)A()HA(cc加入少量強(qiáng)酸：O(l)H HA(aq) (aq)A (aq)OH23 溶液中較大量的HA與外加的少量的OH生成A和H2O，當(dāng)達(dá)到新平衡時(shí),c(A)略有增加, c(HA)略有減少，變

10、化不大，因此溶液的c(H3O+)或pH值基本不變。)A()HA(cc第19頁(yè)/共40頁(yè) 6.3.3 緩沖溶液緩沖溶液pH值的計(jì)算值的計(jì)算 弱酸弱酸鹽： 例HAcNaAc，H2CO3NaHCO3)A()HA(lg)HA(ppH)A()HA()HA()OH(aq)A (aq)O H O(l)H HA(aq)aa332ccKccKc兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)，則式中c(HA) ,c(A)為平衡濃度，但是，由于同離 子效應(yīng)的存在，通常用初始濃度c0(HA) ,c0(A)代之。第20頁(yè)/共40頁(yè))HCO()CO(Hlg ppH 104.2 NaHCO COH 1 332a17a13 32ccKK：例 )A()HA(

11、pH 107 . 6 )( L/mol (aq) POH(aq)O H O(l)H(aq)POH PONaH PO H 2 a13a1HAAAHA 1eq4232434243代之。濃度，不能用初始濃度應(yīng)是平衡，值公式中的時(shí)，緩沖溶液二次方程，此不能忽略，必須解一元較大，因?yàn)椋豪齝cxKKxcxcxxcxxcc第21頁(yè)/共40頁(yè)2. 弱堿 弱堿鹽 )B()BH(lg)BH(p )BH()B(lg)B(p14pH )BH()B(lg)B(ppOH)BH()B()B( )OH()B()OH()BH()B(aq)OH(aq) BH O(l)HB(aq)abbbb2ccKccKccKccKccccKNH

12、3 H2O NH4Cl第22頁(yè)/共40頁(yè)3. 由多元弱酸酸式鹽 組成的緩沖溶液如 NaHCO3 Na2CO3 , NaH2PO4 Na2HPO4 溶液為酸性或中性)HPO()PO(Hlg ppH 102 . 6 )aq(POH )aq(OH ) l ( OH)aq(POH HPO POH 1 2442a28a2432422442ccKK：例 )pH ( 100 . 1 SO HSO 2 2a224 4值需精確計(jì)算？的思考：為什么此系統(tǒng)：例K第23頁(yè)/共40頁(yè) 溶液為堿性 022. 0 )PO(H )(PO )aq(OH)aq(HPO ) l ( OH)aq(PO PO HPO 43a3w34b

13、1242343424KKK例：應(yīng)按水解平衡精確計(jì)算。第24頁(yè)/共40頁(yè))HCO()(COlg p )HCO()(COlg) lg(14 )HCO()(COlg p14pH 101 .2 (aq)OH(aq)HCO O(l)H(aq)CO 102 .4 (aq)CO (aq)OH(l) OH(aq)HCO 323a2323a2w323b14a2wb1322313a223323ccKccKKccKKKKK例：第25頁(yè)/共40頁(yè) 結(jié)論：結(jié)論： 緩沖溶液的pH值主要是由 或 決 定的， 緩沖溶液的緩沖能力是有限的； 緩沖能力與緩沖溶液中各組分的濃度有關(guān)， c(HA) ，c(B)及 c(A)或c(BH+

14、)較 大時(shí),緩沖能力強(qiáng)。 paK p14bK有關(guān)；或還與 )BH()B( )A()HA( cccc時(shí)，緩沖能力大接近或 1 )BH()(B )(A)HA( cccc。第26頁(yè)/共40頁(yè)例題：將將 2.0 molL-1的的HAc與與2.0 molL-1的的NaAc溶液等體積混合。溶液等體積混合。 計(jì)算此緩沖溶液的計(jì)算此緩沖溶液的pH值；值； 將將10mL 0.1molL-1的的 HCl溶液加到上述溶液加到上述90mL溶液中，計(jì)溶液中，計(jì)算所得溶液的算所得溶液的pH； 將將10mL 0.1molL-1的的NaOH溶液加到上述溶液加到上述90mL溶液中，溶液中，計(jì)算所得溶液的計(jì)算所得溶液的pH。解：

15、解： 等體積混合后的各物質(zhì)的初始濃度為等體積混合后的各物質(zhì)的初始濃度為c(HAc)=1.0 molL-1，c(Ac-)=1.0 molL-1因?yàn)榻M成該緩沖溶液的共軛酸堿對(duì)是：因?yàn)榻M成該緩沖溶液的共軛酸堿對(duì)是：HAc - Ac-所以所以 c(酸酸)c (HAc)1.0 molL-1 ， c(堿堿)c(Ac- )1.0 molL-1第27頁(yè)/共40頁(yè)76. 475. 1lg50 . 10 . 1lg)1075. 1lg()()(lg5堿酸ccpKaaK查表得：1.7510-5，則有：pH= 首先計(jì)算加入HCl后，由于體積改變，所導(dǎo)致的各物質(zhì)的初始濃度:c(酸)0 . 1100900.9 molL-

16、1c(堿)0 . 1100900.9 molL-1c(HCl)1 . 0100100.01 molL-1 其次，考慮加入HCl后，由于H + (aq)與Ac-(aq)全部結(jié)合生成HAc（因?yàn)槿芤褐杏写罅康腁c-），所以HAc和Ac-的總濃渡為：第28頁(yè)/共40頁(yè)2022-5-2229c(酸)0.9 + 0.010.91 (molL-1)c(堿)0.9 - 0.010.89 (molL-1)75.402.1lg75.1lg589.091.0lg)1075.1lg()()(lg5堿酸ccpKapH=則有：與比較，pH只降低了0.01。 用同樣辦法，求出加入NaOH后的各物質(zhì)濃度：c(酸)0.9 -

17、 0.010.89 (molL-1)c(堿)0.9 + 0.010.91 (molL-1)77. 402. 1lg75. 1lg591. 089. 0lg)1075. 1lg()()(lg5堿酸ccpKapH= 與比較，pH只增加了0.01。 由上述計(jì)算可知，緩沖溶液確實(shí)能抵抗少量酸或堿而保持自身pH值基本不變。但是若在純水中加入少量酸或堿，則pH值變化很大。例如，在90mL水中加入10mL0.1molL-1鹽酸時(shí)，水的pH由7變成2，改變了5個(gè)單位。 第29頁(yè)/共40頁(yè)例題例題 若在 50.00ml 0.150molL-1 NH3 (aq)和 0.200 molL-1 NH4Cl組成的緩沖溶

18、液中，加入0.100ml 1.00 molL-1的HCl ，求加入HCl前后溶液的pH值各為多少？14. 9)12. 0(26. 9200. 0150. 0lg)108 . 1lg(14)BH()(Blg p14pH5bccK解：加入 HCl 前:4. 緩沖溶液的緩沖性能的計(jì)算第30頁(yè)/共40頁(yè)加入 HCl 后:4NH 11Lmol0020.0Lmol10.50100.000.1)HCl(c NH3(aq) + H2O (l) (aq) +OH(aq)加HCl前濃度/(molL-1)0.150-0.0020-x 0.200+0.0020+x x 0.150 0.200加HCl后初始濃度/(mo

19、lL-1) 0.150-0.0020 0.200+0.0020平衡濃度/(molL-1)9.11pH 4.89pOHLmol101.3)OH( 101.3x108 . 1x0.148x)x202. 0(1555c第31頁(yè)/共40頁(yè)* 6.3.4 緩沖范圍和緩沖能力緩沖范圍和緩沖能力緩沖溶液的選擇和配制緩沖溶液的選擇和配制 原則： 所選擇的緩沖溶液，除了參與和 H+或 OH 有關(guān)的反應(yīng)以外，不能與反應(yīng)系統(tǒng)中的其它物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)； 第32頁(yè)/共40頁(yè)欲配制的緩沖溶液的 pH 值35.12p PO Na- HPO Na 12pH33.10p CO Na- NaHCO 10pH26. 9p14 Cl

20、NH- O H NH 9pH21. 7p HPO Na -PO NaH 7pH74. 4p NaAc - HAc 5pHa34342a2323b423a24242aKKKKK應(yīng)選擇的緩沖組分 或 盡可能接近所需溶液的pH值； p14 pbaKK 若 或 與所需pH不相等，依所需pH調(diào)整 p14 pbaKK?；?BH()B()A()HA(cccc第33頁(yè)/共40頁(yè) 例題 今有 2.0L0.10molL-1的 Na3PO4 溶液和 2.0L 0.10molL-1的NaH2PO4 溶液，僅用這兩種溶液（不可再加水）來(lái)配制pH=12.50的緩沖溶液，能配制多少升這種緩沖溶液？解：緩沖組分應(yīng)為 Na2H

21、PO4 Na3PO4 ,小于所需pH值，說(shuō)明 應(yīng)過(guò)量，則 2.0L Na3PO4 應(yīng)全部用上,設(shè)需0.10molL-1 NaH2PO4 xL。35.12)POH(p43a3K34PO反應(yīng)前 n/mol 20.10 0.10 x 0反應(yīng)后 n/mol 0.20 0.10 x 0 0.20 x(aq)2HPO (aq)POH(aq)PO24423415 . 1Lmol032. 0100 . 1)OH( 1.5pOHc第34頁(yè)/共40頁(yè)022. 0)POH(032. 00 . 210. 020. 0032. 0032. 00 . 220. 043a3wb1KKxxxxK解得 x = 0.12 能配制2.12L緩沖溶液0.032 032. 00 . 220. 0 032. 00 . 210. 00.20 0 0 . 220. 0 2.01