酸堿平衡與沉淀溶解平衡PPT課件

1、H3O+H+H2OH+B BH HB BHOAcH+OAc-NH4+NH3H2OOH-HCO3-CO3 - 2H2CO3+H+HCO3-H+H+H+-水既能接受質(zhì)子，又能給出質(zhì)子，稱之為兩性物質(zhì)。酸與堿之間是相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這種關(guān)系稱為共軛關(guān)系。它們之間只相差一個(gè)質(zhì)子，稱為共軛酸堿對(duì)。第1頁/共46頁（二）酸堿的強(qiáng)弱 共軛酸堿對(duì)的離解常數(shù)Ka和Kb之間有確定的關(guān)系。以HAc為例：KaH+Ac HAc 由于溶劑水的濃度是常數(shù)，所以它不出現(xiàn)在平衡常數(shù)式中。Ac +H2OOHHAc +第2頁/共46頁Ka KbHAcAcH+AcHAcOH H+OHKa KbKW酸堿理論中的酸堿反應(yīng)就是酸堿之間的質(zhì)子

2、傳遞。 +HClNH3NH4+Cl+H+酸1 堿1 酸2 堿2第3頁/共46頁HCl是酸，放出質(zhì)子給NH3，轉(zhuǎn)變?yōu)楣曹棄ACl; NH3是堿，接受質(zhì)子后，轉(zhuǎn)變成共軛酸NH4+。 酸堿質(zhì)子理論不僅擴(kuò)大了酸堿的范圍，還可以把酸堿離解作用、中和反應(yīng)、水解反應(yīng)等，都看作是質(zhì)子傳遞的酸堿反應(yīng)。 在同一溶劑中，不同酸堿的相對(duì)強(qiáng)弱決定于各酸堿的本性。但同一酸堿在不同溶劑中的相對(duì)強(qiáng)弱則由溶劑的性質(zhì)決定。第4頁/共46頁二、路易斯(Lewis)酸堿概念 凡是能給出電子對(duì)的分子、離子或原子團(tuán)都叫做堿；凡是能接受電子對(duì)的分子、離子或原子團(tuán)都叫做酸。 路易斯(Lewis)酸堿概念比酸堿質(zhì)子理論擴(kuò)大了酸堿的范圍。第5頁/

3、共46頁第二節(jié) 酸堿平衡水分子的質(zhì)子傳遞反應(yīng)，存在質(zhì)子自遞平衡(autoprotolysis equilibrium)H2O + H2O H3O+ + OH-H2O H+ + OH-KW = H+OH- = 1.010-14一、水的質(zhì)子自遞平衡第6頁/共46頁 水的離子積KW的重要意義在于它表明水溶液中的H+和OH-的乘積等于一個(gè)常數(shù)。不論是酸性還是堿性溶液中，H+和OH-都是存在的。pH = -lgH+第7頁/共46頁二、 弱酸弱堿電離平衡（一）一元弱酸、弱堿的電離平衡 HAH+ + A- H+ = KaC條件 c/Ka500第8頁/共46頁 例1 計(jì)算0.1molL-1 HAc溶液的pH值

4、及電離度例2計(jì)算0.01molL-1二氯乙酸(CHCl2COOH)溶液的pH值及電離度例325時(shí)，0.1mol/L醋酸的電離度為1.32%，求醋酸溶液的電離常數(shù)。第9頁/共46頁解：已知 25時(shí)= 1.32%KHAcC2 1 0.1(0.0132)210.01321.76105第10頁/共46頁一元弱堿電離平衡的計(jì)算OH- = Kb c第11頁/共46頁（二）多元弱酸、弱堿的電離平衡 凡是能釋放兩個(gè)或更多的質(zhì)子的弱酸稱為多元弱酸，如：H2CO3、H2C2O4、H3PO4H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4-H2PO-4 + H2O H3O+ + HPO42-HPO42- + H2O

5、 H3O+ + PO43-第12頁/共46頁 例計(jì)算0.10molL-1 H2S水溶液的H3O+、pH和S2-以及H2S的電離度第13頁/共46頁 多元弱堿在水中的分步接受質(zhì)子以及溶液中堿度的計(jì)算原則與多元弱酸相似，計(jì)算時(shí)須采用堿度常數(shù)Kb例 計(jì)算0.10molL-1Na2CO3溶液pH的第14頁/共46頁（三）兩性物質(zhì)的電離平衡H+ = KaKa例 計(jì)算0.10molL-1NaHCO3溶液的值第15頁/共46頁三、拉平效應(yīng)與區(qū)分效應(yīng)（一）拉平效應(yīng)強(qiáng)度不同的酸和堿，在某種溶劑的作用下，其酸度或堿度被定位在同一水平上的效應(yīng)。（二）區(qū)分效應(yīng)在某種溶劑中，強(qiáng)度十分接近的酸和堿，在另一種溶劑中，酸堿強(qiáng)

6、弱卻會(huì)表現(xiàn)出明顯的差別，這種現(xiàn)象稱為區(qū)分效應(yīng)。第16頁/共46頁四、同離子效應(yīng)和鹽效應(yīng)（一）同離子效應(yīng) 在弱電解質(zhì)溶液中，加入一種與弱電解質(zhì)含有相同離子的強(qiáng)電解質(zhì)時(shí)，可使弱電解質(zhì)的電離度降低，這種現(xiàn)象稱為同離子效應(yīng)。第17頁/共46頁 例如在 HN3H2O 溶液中，加入強(qiáng)電解NH4Cl 晶體。NH3H2ONH4 OHNH4ClNH4 Cl第18頁/共46頁（二）鹽效應(yīng)定義：在弱電解質(zhì)溶液中，加入與弱電解質(zhì)沒有相同離子的強(qiáng)電解質(zhì)，使弱電解質(zhì)的電離度增大的效應(yīng)。例： 在醋酸中加入NH4Cl 。 在氨水溶液中加入NaAc。第19頁/共46頁（三）pH對(duì)溶質(zhì)（藥物等）存在狀態(tài)的影響 大多數(shù)藥物都是有機(jī)

7、弱酸或弱堿，它們?cè)谏a(chǎn)制備，分析過程及體內(nèi)吸收時(shí)，環(huán)境的pH對(duì)它們的存在狀態(tài)都有很大的影響。第20頁/共46頁第三節(jié) 緩沖溶液 在溶液中進(jìn)行的許多化學(xué)反應(yīng)，特別是在生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)，往往需要在一定的pH值條件下才能正常進(jìn)行。 保證人體正常生理活動(dòng)的體液都要有一定的pH值，而且不易因外界條件的變化而發(fā)生改變，這種體液具有緩沖溶液的特性。 學(xué)習(xí)緩沖溶液的基本原理，不僅有助于后續(xù)課程關(guān)于體內(nèi)酸堿平衡理論的學(xué)習(xí)，而且有助于在理論上闡明某些生理現(xiàn)象和體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。第21頁/共46頁一、緩沖溶液的組成和作用機(jī)理（一）緩沖溶液的組成 能夠抵抗外來少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稍加稀釋而保持pH值基本不變的溶液稱為緩沖

8、溶液（buffer solution）。緩沖溶液對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稀釋的抵抗作用稱為緩沖作用（buffer action）。 緩沖溶液由足夠濃度的的共軛酸堿對(duì)組成。其中，能夠抵抗外來強(qiáng)堿的組分是共軛酸，稱為抗堿成分。能夠抵抗外來強(qiáng)酸的組分是共軛堿，稱為抗酸成分。第22頁/共46頁緩沖系的類型：1弱酸及其鹽HAcNaAcH2CO3NaHCO3H3PO4NaH2PO42弱堿及其鹽NH3H2ONH4Cl第23頁/共46頁3多元弱酸的兩種鹽（酸式鹽及其次級(jí)鹽）NaHCO3Na2CO3NaH2PO4Na2HPO4Na2HPO4Na3PO4第24頁/共46頁（二）緩沖作用機(jī)理 HAcNaAc混合液為例，說明緩

9、沖對(duì)是如何抵制外來的少量酸和堿對(duì)溶液pH值的影響的。+HAcAcH+NaAcNa+ Ac大量大量HClH+Cl-第25頁/共46頁 H+增加，Ac-與增加的H+結(jié)合成HAc平衡向左移動(dòng)，建立新的平衡。 當(dāng)加入少量堿時(shí)，NaAcNa+ Ac+HAcAcH+NaOHNa+OH-大量大量第26頁/共46頁 OH-與H+結(jié)合成更難離解的H2O，使HAc平衡向右移動(dòng)，建立新的平衡。二、緩沖溶液的計(jì)算 以HOAc- NaOAc為例推導(dǎo)緩沖溶液的pH值計(jì)算公式： H+ + OAc- NaOAc Na+ + OAc- Ka= H+ OAc- HOAc HOAc 第27頁/共46頁H+= Ka HOAc OAc

10、- pH= pKa + lg OAc- HOAc Henderson-Hasselbach Equation pH= pKa + lg 共軛堿 共軛酸 它表明緩沖溶液pH值決定于組成緩沖溶液的弱酸的電離平衡常數(shù)和共軛酸堿濃度的比值。第28頁/共46頁例題：用 0.10 molL1 的 HAc 溶液和 0.20 molL1的NaAc 溶液等體積混合配成 1L 緩沖溶液。已知HAc 的 pKa= 4.75 ，求此緩沖溶液的pH 值。HAc =0.10 2= 0.05 mol L1NaAc =0.202= 0.10 mol L1pH = 4.75 + lg0.100.05= 4.75 + 0.3 =

11、 5.05解：等體積混合后各物質(zhì)的濃度都變?yōu)樵瓉淼囊话?。?9頁/共46頁三、緩沖溶液的選擇和配制1. 選擇一緩沖對(duì)，使其中的pKa與所要求的pH值相等或接近，這樣可保證對(duì)外加酸堿有同等較大的緩沖能力。2. 因pKa與要求的pH值不嚴(yán)格相等，需要按照所需pH值，利用緩沖基本公式，計(jì)算出弱酸和共軛堿的濃度比或所需的量。3. 為了有較大的緩沖能力，一般所需弱酸、共軛堿等緩沖對(duì)的濃度范圍在0.05molL-1至0.5molL-1之間為好。第30頁/共46頁4.選擇藥用緩沖對(duì)時(shí)，還需考慮是是否與主藥發(fā)生配伍禁忌；緩沖對(duì)在貯存期內(nèi)是否穩(wěn)定，以及是否有毒等。例如硼酸鹽緩沖液有一定毒性，不能作口服和注射用藥

12、液的緩沖對(duì)物質(zhì)。5. 配制后用pH計(jì)測定和校準(zhǔn)緩沖溶液，必要時(shí)外加少量相應(yīng)酸或堿使與要求的pH值一致。四、人體正常pH的維持與失控 微生物的培養(yǎng)，組織切片和細(xì)菌的染色，酶的催化作用，人體血液或其它體液中的化學(xué)反應(yīng)，都必須在一定的pH值條件下進(jìn)行。第31頁/共46頁 例如血液的pH值總是維持在7.357.45之間，如果低于或高于這個(gè)數(shù)值，都會(huì)導(dǎo)致疾病發(fā)生。pH7.35 酸中毒 用乳酸鈉調(diào)節(jié)pH7.45 堿中毒 用NH4Cl調(diào)節(jié)血漿： H蛋白質(zhì)Na蛋白質(zhì)； H2CO3 NaHCO3； NaH2PO4Na2HPO4第32頁/共46頁紅細(xì)胞：H2CO3KHCO3； H血紅蛋白K血紅蛋白； H氧合血紅蛋

13、白K氧合血紅蛋白； KH2PO4K2HPO4 在這些緩沖系中，碳酸氫鹽緩沖系在血液中濃度最高，緩沖能力最大，對(duì)維持血液正常 pH值的作用最重要。第33頁/共46頁第四節(jié) 難溶電解質(zhì)的形成與溶解 沉淀反應(yīng)是一類重要的化學(xué)反應(yīng)，利用沉淀反應(yīng)可以進(jìn)行物質(zhì)的制備、分離、純化或進(jìn)行定性、定量分析。一、 溶度積常數(shù)（一）溶度積 習(xí)慣上把溶解度小于0.01g/100gH2O的物質(zhì)稱難溶物或微溶物。第34頁/共46頁 任何難溶電解質(zhì)的沉淀與溶解都是一個(gè)可逆過程。當(dāng)沉淀與溶解的速率相等時(shí)，便達(dá)到固體難溶電解質(zhì)與水合離子間的動(dòng)態(tài)平衡，即沉淀溶解平衡。這時(shí)的溶液稱飽和溶液(saturated solution)Ba

14、SO4(s) Ba2+(aq) + SO42-(aq) Ba2+SO42- = Ksp第35頁/共46頁 Ba2+和SO42-為平衡的平衡濃度，即飽和 BaSO4溶液中的濃度， Ksp稱為溶度積常數(shù)(solubility product constant)簡稱溶度積。AaBb(s) aAn+(aq) + bBm-(aq)rG = rG0 + RTln( )a( )bC(An+)c0C(Bm-)c0達(dá)到平衡時(shí)，rG=0-rG0 = RTln( )a( )b= RTlnKsp0An+c0Bm-c0rG0 = -RTlnKsp0第36頁/共46頁例 計(jì)算298K時(shí)CuS的溶度積第37頁/共46頁（二

15、）溶度積與溶解度 對(duì)于同一類型的難溶電解質(zhì)，由于溶解度與溶度積之間的關(guān)系相同，因此可以由溶度積的大小直接比較溶解度的大小，如Ksp,AgClKsp,AgBrKsp,AgI，所以SAgClSAgBrSAgI；第38頁/共46頁 不同類型的難溶電解質(zhì)不能直接用溶度積來比較溶解度的大小，而必須通過計(jì)算說明。 運(yùn)用Ksp與溶解度之間的相互關(guān)系直接換算必須滿足一定的條件1. 難溶電解質(zhì)的離子在水溶液中不發(fā)生水解等副反應(yīng)或副反應(yīng)程度很小。2. 難溶電解質(zhì)溶解于水的部分必須完全解離。3. 適用于離子強(qiáng)度很小，濃度可以代替活度的難溶電解質(zhì)。第39頁/共46頁（三）溶度積規(guī)則(solubility produc

16、t principle)1. Qc=Ksp，這時(shí)沉淀與溶解達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，該溶液是飽和溶液，既無沉淀生成又無沉淀溶解。2. QcKsp，溶液處于過飽和狀態(tài)，平衡向析出沉淀的方向移動(dòng)，直至Qc=Ksp，形成飽和溶液。第40頁/共46頁（四）沉淀的生成 根據(jù)溶度積規(guī)則，當(dāng)溶液中的QcKsp時(shí)，就會(huì)生成沉淀。 加入含有共同離子的強(qiáng)電解質(zhì)，而使難溶電解質(zhì)的溶解度降低的效應(yīng)稱為沉淀平衡中的同離子效應(yīng)。 加入不含與難溶電解質(zhì)相同離子的易溶強(qiáng)電解質(zhì)，從而使難溶電解質(zhì)溶解度略微增大的效應(yīng)稱為鹽效應(yīng)。第41頁/共46頁二、分步沉淀 如果溶液中有兩種或兩種以上的離子可與同一沉淀劑反應(yīng)生成沉淀，當(dāng)緩慢加入沉淀劑時(shí)，沉淀就會(huì)按先后順序出現(xiàn)，這種按先后順序沉淀的現(xiàn)象，稱為分步沉淀。金屬硫化物的分步沉淀金屬氫氧化物的分步沉淀第42頁/共46頁三、