最新无机化学第二章-酸碱平衡精品课件

第二章酸碱平衡(pínghéng)一、酸碱理论(lǐlùn)二、弱酸和弱碱的解离(jiělí)平衡四、缓冲溶液三、酸碱溶液中离子浓度的计算第一页，共75页。一、酸碱理论(lǐlùn)1.酸碱理论(lǐlùn)的演变过程几种理论的相互(xiānghù)关系1887Arrhenius(阿仑尼乌斯)1905Franklin(富兰克林)1923Bronsted(布郎斯特和劳莱)同年Lewis(路易斯)1939(乌萨诺维奇)1963(皮尔森等人)正负理论电子论电离溶剂论质子论酸碱电离理论酸碱溶剂论酸碱质子理论酸碱电子理论酸碱正负理论软硬酸碱理论第二页，共75页。凡是能接受质子(zhìzǐ)的分子或离子是碱1）酸、碱定义(dìngyì)凡是能给出质子的分子(fēnzǐ)或离子是酸如：NH4+、HAc、H3O+、H2PO4-、HPO42-酸是质子的给予体如：NH3、HPO42-、CO32-、OH-碱是质子的接受体2.酸碱质子理论第三页，共75页。HB(酸)H+(质子)+B-(碱)HClH++Cl-HAcH++Ac-NH4+H++NH3[Al(H2O)6]3+H++[Al(H2O)5(OH)]2+H2PO4-H++HPO42-HPO42-H++PO43-H3O+H++H2O酸碱的关系(guānxì)HB/B-：共轭酸碱对相差一个(yīɡè)质子H2OH++OH-第四页，共75页。（1）酸分子(fēnzǐ)酸阳离子酸碱分子(fēnzǐ)碱阳离子碱在共轭酸碱对中（2）既给出质子(zhìzǐ)又接受质子两性物质或两性离子HPO42-、H2O（3）无盐概念NH4AcNH4+共轭酸碱的强度互成反比（4）共轭酸碱的转化是可逆的（5）′′是酸、碱半反应，不能单独进行。离子酸Ac-离子碱阴离子酸阴离子碱第五页，共75页。酸中有碱碱可变酸知酸便知碱知碱便知酸相互依存相互(xiānghù)转化辨证(biànzhèng)关系HAcAc-H3PO4NH3Cu2+、Zn2+非酸非碱第六页，共75页。酸的强度(qiángdù)：全部(quánbù)给出质子部分(bùfen)给出质子水溶液中最强的酸是H3O+碱的强度：全部接受质子部分接受质子水溶液中最强的碱是OH-2）酸、碱的强度酸给出质子能力的量度——强酸——弱酸碱接受质子能力的量度——强碱——弱碱第七页，共75页。（强酸(qiánɡsuān)）溶剂(róngjì)的拉平效应水作溶剂(róngjì)：给出H+能力无差异（水起拉平作用）不同强度的酸、碱被溶剂调整到同一酸、碱强度水平的作用。HClO4H2SO4HNO3HCl第八页，共75页。冰醋酸（17mol·L-1)作溶剂(róngjì)：冰醋酸可把这些(zhèxiē)酸区分开来这种溶剂(róngjì)叫做区分溶剂(róngjì)酸强度产生如下顺序：溶剂的这种作用称区分效应比较酸碱以同一溶剂作为标准，不指明溶剂，视为以H2O作为溶剂。HClO4H2SO4HClHNO3第九页，共75页。H2CO3、H3PO4、HAc部分(bùfen)给出质子弱酸(ruòsuān)相对(xiāngduì)强弱：用解离常数大小衡量酸：H2CO3H3PO4HAc酸的强弱：H3PO4＞HAc＞H2CO3注意：最强的酸H3O+最强的碱OH-NH3(液)NH4+NH2-HAc(冰)H2Ac+Ac-溶剂溶剂合质子溶剂的负离子溶剂H2O解离常数：4.3×10-77.5×10-31.76×10-5第十页，共75页。3）酸碱反应(fǎnyìng)实质(shízhì)：质子转移方向(fāngxiàng)：较强酸1+较强碱2较弱酸2+较弱碱1共轭酸碱对共轭酸碱对HCl+NH3=NH4ClCu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+酸碱反应不是酸碱反应第十一页，共75页。 练习 飞向蓝天的恐龙练习非连续性文本练习把字句和被字句的转换练习呼风唤雨的世纪练习呼风唤雨的世纪课后练习 ：画出下列反应中H+的转移(zhuǎnyí)方向、比较酸碱强度、指出反应进行的方向⑴HAc+H2OH3O++Ac-⑵H2O+NH3NH4++OH-⑶HAc+NH3NH4++Ac-⑷H2O+Ac-HAc+OH-⑸NH4++H2OH3O++NH3⑹H3O++OH-H2O+H2O⑺HCl+NH3NH4++Cl-第十二页，共75页。⑴HAc+H2OH3O++Ac-H+H+酸的强度(qiángdù)：碱的强度(qiángdù)：逆反应趋势(qūshì)大，HAc不易解离⑵H2O+NH3NH4++OH-H+H+酸的强度：碱的强度：逆反应趋势大，NH3不易解离H3O+＞HAc，Ac-＞H2ONH4+＞H2O，OH-＞NH3第十三页，共75页。⑶HAc+NH3NH4++Ac-H+H+酸的强度(qiángdù)：碱的强度(qiángdù)：反应(fǎnyìng)向右⑷H2O+Ac-HAc+OH-H+H+酸的强度：碱的强度：反应向左HAc＞NH4+，NH3＞Ac-HAc＞H2O，OH-＞Ac-第十四页，共75页。⑸NH4++H2OH3O++NH3H+H+H3O+＞NH4+NH3＞H2O反应(fǎnyìng)向左⑹H3O++OH-H2O+H2OH+H+H3O+＞H2OOH-＞H2O反应(fǎnyìng)向右⑺HCl+NH3NH4++Cl-H+H+HCl＞NH4+NH3＞Cl-反应(fǎnyìng)向右第十五页，共75页。lewis酸：lewis碱：lewis酸+lewis碱3.酸碱电子(diànzǐ)理论可以接受电子对的分子(fēnzǐ)、离子或原子如：Fe3+、S、Ag+、BF3可以(kěyǐ)给出电子对的离子或分子如：:X－、:NH3、:CO、H2O:酸碱加合物配位键电子对的接受体电子对的给予体第十六页，共75页。••••BF3　+　F－••Cu2++4NH3第十七页，共75页。二、弱酸和弱碱的解离(jiělí)平衡1.解离(jiělí)度（α）2.解离(jiělí)平衡和解离(jiělí)常数3.α和的关系稀释定律4.同离子效应和盐效应第十八页，共75页。1．解离(jiělí)度（α）c、T相同(xiānɡtónɡ)，电解质弱解离(jiělí)度(α)=解离部分的弱电解质浓度(x)解离前弱电解质浓度(c)×100%小，αα大小本性浓度、温度其它电解质有关第十九页，共75页。HAH++A-解离结合一元弱酸(ruòsuān)HA的解离：是T的函数(hánshù)，——解离常数2.解离(jiělí)平衡和解离(jiělí)常数与浓度无关第二十页，共75页。实验(shíyàn)测定热力学数据(shùjù)酸性(suānxìnɡ)：——小，——弱酸的解离常数，如25℃,HAc=1.75×10-5≤10-4(弱电解质)；=10-2~10-3(中强电解质)HAc＞——弱碱的解离常数=1.3×10-10电解质——弱；第二十一页，共75页。H2S的解离(jiělí)：∵<<∴多元弱酸的强度决定于第二十二页，共75页。区别(qūbié)：联系(liánxì)：不受浓度的影响，α：HAH++A-[初始]c00[平衡(pínghéng)]c–x=c(1–α)αcαc3.α和的关系稀释定律是常数；T一定，c↑，α↓。xx第二十三页，共75页。稀释(xīshì)定律当c/＞400时，适用(shìyòng)条件：α很小，c/＞4001-α≈1物理(wùlǐ)意义：同一弱电解质，c相同的不同电解质，第二十四页，共75页。不同浓度HAc溶液的α、[H+]和（25℃）浓度1.75×10-51.24×10-412.40.0011.75×10-54.2×10-44.20.011.75×10-51.32×10-31.320.1结果(jiēguǒ)：c→大，→小，→大，→不变。第二十五页，共75页。4.同离子效应(xiàoyìng)和盐效应(xiàoyìng)计算0.10mol·L-1HAc溶液的[H+]和αKa=1.75×10-5HAcH++Ac-=1.32×10-3(mol·L-1)第二十六页，共75页。在弱电解质溶液(róngyè)中加入与弱电解质含有相同离子的、易溶的强电解质，使弱电解质解离度降低的现象——同离子效应。HAcH++Ac-NaAcNa++Ac-平衡(pínghéng)左移[H+]、α降低(jiàngdī)第二十七页，共75页。解出x=1.75×10-5(mol·L-1)例1：向1升0.10mol·L-1HAc溶液中加0.10mol固体(gùtǐ)NaAc，求HAc的[H+]和α各为多少？解：0.10-x[平衡(pínghéng)]HAcH++Ac-设平衡(pínghéng)时[H+]=xmol·L-1[初始]0.1000.10xx+0.1∵∴第二十八页，共75页。第二十九页，共75页。NaClHAcH++Ac-Na++Cl-离子数体积增多(zēnɡduō)相反离子的牵制(qiānzhì)作用增强(zēngqiáng)离子活动性降低H++Ac-HAc机会减小α(HAc）增大第三十页，共75页。在弱电解质溶液中加入与弱电解质无关的强电解质盐类，而使弱电解质的电离(diànlí)度增大的效应—盐效应。0.1molNaCl→1L0.1mol·L-1HAc[H+]:1.32×10-3→1.82×10-3α:1.32%→1.82%第三十一页，共75页。发生(fāshēng)同离子效应的同时，注意(zhùyì)：存在(cúnzài)盐效应，两种效应相反。二者相比：同离子效应主要，盐效应很小；不特殊指明，不考虑盐效应第三十二页，共75页。1.水的解离(jiělí)和溶液的酸碱性三、酸碱溶液(róngyè)中离子浓度的计算2.酸碱指示剂和pH试纸(shìzhǐ)3.溶液中离子浓度的计算第三十三页，共75页。1.水的解离(jiělí)和溶液的酸碱性平衡(pínghéng)时水的离子(lízǐ)积2H2O(l)H3O+(aq)+OH-(aq)H2OH++OH-纯水中[H+]和[OH-]的乘积为一常数，是T的函数。第三十四页，共75页。酸性(suānxìnɡ):中性(zhōngxìng):碱性(jiǎnxìnɡ):室温下(25℃)第三十五页，共75页。pH→小，[H+]→大，酸度高pH→大，[H+]→小，酸度低室温(shìwēn)下：酸性(suānxìnɡ)：pH＜7中性(zhōngxìng)：pH=7碱性：pH＞7第三十六页，共75页。注意(zhùyì)：水溶液：①②pH适用(shìyòng)于[H+]、[OH-]＜1.0mol·L-1的溶液＞1.0mol·L-1③纯水：pH=7第三十七页，共75页。酸碱指示剂有机(yǒujī)弱酸（HIn）有机(yǒujī)弱碱（InOH）两性(liǎngxìng)物质特点：酸式、碱式颜色不同2.酸碱指示剂和pH试纸第三十八页，共75页。红色(hóngsè)兰色↑[H+]↑[OH-]当当指示剂理论(lǐlùn)变色点HInH++In-左移红色(hóngsè)（酸性）右移兰色中性红、兰混合色（紫色）（碱性）第三十九页，共75页。混合色指示剂的变色(biànsè)范围（变色(biànsè)域）碱色酸色指示剂理论(lǐlùn)变色点石蕊(shíruǐ)7.0甲基橙3.7酚酞9.1甲基红5.0第四十页，共75页。8.0~9.68.1~10.19.14.4~6.24.0~6.05.03.1~4.42.7~4.73.7pK(HIn)指示剂甲基橙甲基红酚酞变色范围理论实测酸色碱色红色红色红色黄色黄色无色注意(zhùyì)：指示剂变色(biànsè)范围越窄，颜色(yánsè)变化越明显。混合指示剂：由两种或两种以上的指示剂混合而成。优点：颜色变化敏锐，容易观察。指示剂的变色范围第四十一页，共75页。1）强酸(碱)溶液(róngyè)pH的计算特点(tèdiǎn)：全部(quánbù)解离cmol·L-1HCl（NaOH）[H3O+]=[OH-]+[Cl-]精确公式[H3O+]2-c·[H3O+]-Kw=03.溶液中离子浓度的计算HCl：第四十二页，共75页。精确(jīngquè)公式[OH-]=c(NaOH)近似(jìnsì)公式忽略(hūlüè)水的解离[H3O+]=c(HCl)近似公式NaOH：当c＞10-6时，忽略水的解离当c＞10-6时，第四十三页，共75页。2）一元(yīyuán)弱酸(弱碱)溶液pH的计算一元(yīyuán)弱酸(HA)：H2O+H2OH3O++OH-HA+H2OA-+H3O+溶液(róngyè)中的H3O+：[H3O+]=[A-]+[OH-]整理：精确公式第四十四页，共75页。近似(jìnsì)公式当cKa＞20Kw时当α＜5%2K4)K(K]H[a2aac++-=+最简公式(gōngshì)注意(zhùyì)：公式的适用条件＞400忽略H2O的解离第四十五页，共75页。一元(yīyuán)弱碱(BOH)：精确(jīngquè)公式：近似(jìnsì)公式：最简公式：注意：公式的适用条件当cKb＞20Kw时当α＜5%＞400第四十六页，共75页。以H2S为例：3）多元弱酸(ruòsuān)、弱碱溶液pH的计算H2SH++HS-HS-H++S2-①＜0.05②当cKa1＞20Kw时忽略(hūlüè)二级解离忽略(hūlüè)水的解离＞400③第四十七页，共75页。例2：计算(jìsuàn)1.0×10-8mol·L-1HCl溶液的pH值。解：c=1.0×10-8＜10-6=1.05×10-7(mol·L-1)pH=-lg[H+]=-lg1.05×10-7=6.98近似计算会出现(chūxiàn)酸溶液的pH＞7第四十八页，共75页。例3：分别计算0.10mol·L-1HAc和NH3·H2O溶液的pH值和。解：HAc：第四十九页，共75页。NH3·H2O：第五十页，共75页。例4：计算25℃时0.04mol·L-1H2CO3溶液中[H+]、[HCO3-]和[CO32-]各为多少？解：(mol·L-1)=8.54×10-7＜0.05c·Ka1=0.04×4.3×10-7＞20Kw=1.7×10-8第五十一页，共75页。解：HSO4-H++SO42-H2SO4H++HSO4-0.0010-x0.0010+xx=1.02×10-2x2+0.011x–10-5=0=0.0008(mol·L-1)例5：计算(jìsuàn)0.0010mol·L-1H2SO4溶液中的和pH值()。第五十二页，共75页。第五十三页，共75页。例6.计算(jìsuàn)0.100mol·L-1NH4Cl溶液中的[H+]及pH值NH4++H2ONH3(aq)+H3O+解：NH4+NH3+H+＝5.65×10-10第五十四页，共75页。四、缓冲溶液(huǎnchōnɡrónɡyè)1.缓冲溶液的组成(zǔchénɡ)及作用原理2.缓冲溶液(huǎnchōnɡrónɡyè)pH值的计算3.缓冲容量（β）4.缓冲溶液的选择和配制第五十五页，共75页。①等体积(tǐjī)的H2OHAc-NaAc少滴HClHCl结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明：HAc-NaAc具有(jùyǒu)抗酸能力，多滴HCl黄红溶液H2O无抗酸能力(nénglì)。②等体积的H2OHAc-NaAcNaOH多滴NaOH少滴NaOH无红溶液结果表明：HAc-NaAc具有抗碱能力，H2O无抗碱能力。甲基橙2d酚酞2d第五十六页，共75页。③等体积(tǐjī)的NaOH（稀）HCl（稀）HAc-NaAc测pH加水稀释(xīshì)测pH△pH（大）△pH（大）结果表明：HAc-NaAc具有(jùyǒu)抗稀释能力，稀NaOH、HCl无抗稀释能力；△pH（小）第五十七页，共75页。具有抗酸、抗碱、抗稀释能力(nénglì)的溶液。稳定(wěndìng)溶液的pH值缓冲溶液(huǎnchōnɡrónɡyè)：作用：浓酸、浓碱具有缓冲能力第五十八页，共75页。1.缓冲溶液的组成及作用(zuòyòng)原理构成缓冲溶液(huǎnchōnɡrónɡyè)的必要条件：溶液(róngyè)中同时含有缓冲对、抗酸成分抗碱成分组成：（质子论中的共轭酸碱对）H2CO3-HCO3-共轭酸共轭碱HCO3--CO32-NH3-NH4+H2PO4--HPO42-缓冲偶、缓冲系缓冲混合物第五十九页，共75页。作用(zuòyòng)原理：HAcH++Ac-特点(tèdiǎn)大量(dàliàng)存在①加强酸(HCl)Ac-——抗酸成分H++Ac-→HAcNaAcNa++Ac-[H+]→小Ac-→大HAc→大H+平衡左移[H+]未↑pH未↓(同离子效应)(来自NaAc)第六十页，共75页。②加强(jiāqiáng)碱(NaOH)H++OH-→H2O[H+]减少(jiǎnshǎo)HAc——抗碱成分(chéngfèn)补充[H+]的减少平衡右移HAc→H++Ac-NaAcNa++Ac-HAcH++Ac-[H+]未↓pH未↑缓冲系NH3·H2O——NH4+抗酸、抗碱成分？OH-第六十一页，共75页。2.缓冲溶液(huǎnchōnɡrónɡyè)pH值的计算HAcH++Ac-NaAcNa++Ac-=c(共轭酸)=c(共轭碱)c(共轭酸)c(共轭碱)第六十二页，共75页。缓冲(huǎnchōng)公式：注意(zhùyì)：③④①②HCO3--CO32-c(共轭酸)c(共轭碱)c(共轭酸)c(共轭碱)——共轭酸的解离(jiělí)常数H2CO3-HCO3-NH3-NH4+适当稀释缓冲溶液比值不变pH不变c(共轭酸)c(共轭碱)→缓冲比第六十三页，共75页。例7：在1升0.20mol·L-1HAc溶液中，加入0.10mol固体NaOH，问能否配成缓冲溶液？求其溶液的pH值。(pKa=4.75)解：[初始(chūshǐ)]0.200.100.00HAc+NaOHNaAc+H2O[平衡(pínghéng)]0.20-0.100.000.10∵平衡(pínghéng)时溶液中有等量的HAc和NaAc存在∴能配成缓冲溶液第六十四页，共75页。例8.(1)计算含有0.100mol·L-1HAc与0.100mol·L-1NaAc的缓冲溶液的水合H+浓度、pH值和HAc的离解度。(2)若往100mL上述溶液中加入(jiārù)1mL1.00mol·L-1HCl溶液后，则溶液的pH值变为多少？解：(1)第六十五页，共75页。(2)=4.66△pH=4.66–4.75=-0.09pH值基本(jīběn)不变加入(jiārù)1mL1.00mol·L-1NaOH溶液pH=4.84△pH=4.84–4.75=0.09第六十六页，共75页。缓冲(huǎnchōng)能力→强3.缓冲容量（β）一个(yīɡè)比值β→大，　数学(shùxué)表达式：第六十七页，共75页。总浓度(nóngdù)：0.05~0.20mol·L-1②c总一定(yīdìng)时，缓冲(huǎnchōng)比离1:1越远，当β＜0.01时，（缓冲比：）影响β的因素：缓冲比一定①与c总有关c总→大β→大与缓冲比有关缓冲比=1:1β→大β→小失去缓冲能力称缓冲范围第六十八页，共75页。4.缓冲溶液(huǎnchōnɡrónɡyè)的选择和配制①选择合适(héshì)的缓冲系：②缓冲液要有一定(yīdìng)的总浓度：③用缓冲公式计算出符合要求的缓冲比。④用pH计校正缓冲溶液的pH值。（保证最大）β＝0.01~0.1第六十九页，共75页。例10：欲配制250mL、pH=5.0的缓冲溶液，问在12.0mL、6mol·L-1HAc溶液中应加入固体NaAc·3H2O多少克？解：c(Ac-)=0.50(mol·L-1)应加入(jiārù)NaAc·3H2O的质量为：0.50×0.25×136=17(g)答：······第七十页，共75页。计算下列(xiàliè)溶液的pH(1)20mL0.1mol·L-1的H3PO4溶液(róngyè)+10mL0.1mol·L-1的NaOH溶液(róngyè)解：H3PO4+NaOHNaH2PO4+H2OH3PO4NaH2PO4构成(gòuchéng)缓冲溶液=2.18第七十一页，共75页。(2)20mL0.1mol·L-1的H3PO4溶液(róngyè)+20mL0.1mol·L-1的NaOH溶液(róngyè)H3PO4+NaOHNaH2PO4+H2O解：H2PO4-为两性离子第七十二页，共75页。(3)20mL0.1mol·L-1的H3PO4溶液(róngyè)+30mL0.1mol·L-1的NaOH溶液(róngyè)H3PO4+NaOHNaH2PO4+H2O解：NaH2PO4+NaOHNa2HPO4+H2OH2PO4-HPO42-构成(gòuchéng)缓冲溶液=7.2第七十三页，共75页。(4)20mL0.1mol·L-1的H3PO4溶液(róngyè)+40mL0.1mol·L-1的NaOH溶液(róngyè)H3PO4+NaOHNaH2PO4+H2O解：NaH2PO4+NaOHNa2HPO4+H2OHPO42-为两性离子第七十四页，共75页。第七十五页，共75页。