溶液中化学平衡(1)-酸碱电离平衡

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1、1,酸碱平衡 Acid-Base Equilibrium,2,4.1.1 强电解质与弱电解质 强电离质在水溶液中完全电离 HCl = H+ (aq) + Cl- (aq) 弱电解质在水溶液中只有小部分电离,未电离的分子与离子之间形成平衡: HAc = H+ + Ac- NH3.H2O = OH- + NH+4,4.1 电解质的电离,3,解离度(),例如0.10mol.L-1HAc的解离度是1.32%，则溶液中各离子浓度是 c (H+)=c (Ac-) =0.101.32%=0.00132mol.L-1。,4,4.1.2 活度与活度系数 强电解质的解离度并没有达到100%。这主要是由于离子参加化

2、学反应的有效浓度要比实际浓度低。 离子的有效浓度称为活度。 =c 式中表示活度，为活度系数，c是溶液的浓度。 活度系数离子氛现象的存在减弱了中心离子的反应能力，反映了反应能力的减弱程度。其数值与溶液中离子的总浓度有关，还与离子的价态有关。,5,离子氛：由于带不同电荷离子之间以及离子和溶液 分子之间的相互作用，使得每一个离子的 周围都吸引着一定数量带相反电荷的离 子，形成了离子氛。,6,NaCl溶液中离子氛示意图,7,4.1.2 活度与活度系数 用离子强度(I)衡量溶液中正负离子作用的大小。 I=1/2 ci Zi 2 = 1/2(c1 Z1 2 + c2 Z2 2 +c3 Z3 2 +cn Z

3、n 2) 其中ci为第i种离子的浓度，i为第i种离子的电荷数。由于阳离子总电荷数与阴离子总电荷数相等，只计一半，所以离子强度是各种离子（包括阴离子和阳离子）浓度与电荷数平方乘积求和的1/2。,8,活度系数与离子强度的关系尚无一种十分满意的定量关系，现公认德拜休克尔 （Debye-Hckel）极限公式比较好 lg=-0.509| Z+ .Z-| I1/2,其中,9,也可以按下式计算 lg=-0.509| Z+ .Z-| I1/2,例 4-1 求0.01mol.L-1NaCl溶液中Na+和Cl离子的活度。 解： 先求出I，再求算 I = 1/2 ci ZI 2= 1/2(c(Na+) Z2 (Na

4、+)+ c(Cl-)Z2 (Cl-) = 1/2(0.0112 + 0.0101 2 )=0.010 lg=-0.509| Z+ .Z-| I1/2 =-0.50911(0.010)1/2 = 0.89 (Na+)=(Cl-)=.0100.89=0.0089mol.L-1,10,4.2 酸碱质子理论,酸碱理论简介 1、酸碱电离理论(18801890 阿累尼乌斯) 酸：解离的正离子全部为H+的物质； 碱：解离的负离子全部为OH的物质。 2、酸碱质子理论(1923年 布朗斯特、劳莱) 酸：能给出质子(H+)的物质； 碱：能接受质子(H+)的物质。 3、酸碱电子理论(1923年 路易斯) 酸：能接受

5、电子对的物质； 碱：能给出电子对的物质。 4、软硬酸碱理论(1963年 皮尔逊) 根据酸碱电子理论，结合授受电子对的难易程度进行软硬分类。,11,4.2.1 理论要点 凡能给出质子的物质是酸，凡能接受质子的物质是碱。 酸 碱 十 质子 HCl Cl- + H+ HAc Ac- +H+ NH4+ NH3 + H+ H3PO4 H2PO4- +H+ H2PO4- HPO42- +H+ 酸碱可以是中性分子、正离子或负离子。 共轭酸碱对：如HCl和Cl-，NH4+ 和NH3 ，以及H2PO4- 和HPO42- 均互为共轭酸碱对。 两性物质：在 H3PO4 H2PO4- 共轭体系中，H2PO4- 是碱，

6、在H2PO4- HPO42-共轭体系中，H2PO4- 是酸。,4.2 酸碱质子理论,12,酸碱反应实质：任何酸碱反应都是两个共轭酸碱对之间的质子传递反应。 HAc H+ Ac- 酸1 碱1 H2O + H+ H3O+ 碱2 酸2 总反应为 HAc + H2O H3O+ + Ac- 酸1 碱2 酸2 碱1 NH3 + H2O OH- + NH4+ 碱1 酸2 碱2 酸1,13,HCl + NH3 NH4+ + Cl- NH4Cl中的NH4+是酸 NaAc中的Ac-是碱 HAc与 NaOH的中和反应 HAc + OH- H2O + Ac- NaAc的水解反应 H2O + Ac- HAc + OH-

7、,酸碱反应总是由较强的酸与较强的碱作用，向着生成相对较弱的酸和较弱的碱的方向进行。,14,1.水的离子积常数 作为溶剂的纯水，其分子与分子之间也有质子的传递,H2O +H2O H3O+ + OH- 反应的平衡常数称为水的质子自递常数。以 表示 = 可简单表示为： 也称为水的离子积常数。在室温（2225）时纯水中的 c（H3O+）=c（OH-）= 1.010-7 mol.L-1 则 =1.010-14，p = 14.00,4.2.2 酸碱的相对强弱,15,2.弱酸弱碱的解离平衡 HAc + H2O H3O+ + Ac- NH4+ + H2O H3O+ + NH3 HS- + H2O H3O+ +

8、 S2- 称为酸的解离常数，也叫酸常数。 越大，酸的强度越大,由 ，可知酸的强弱顺序为：HAcNH4+HS-。,16,17,The Relationship Between Ka and pKa,Acid Name (Formula) Ka at 25oC pKa,Hydrogen sulfate ion (HSO4-) 1.02 x 10-2 1.991 Nitrous acid (HNO2) 7.1 x 10-4 3.15 Acetic acid (CH3COOH) 1.8 x 10-5 4.74 Hypobromous acid (HBrO) 2.3 x 10-9 8.64 Phenol

9、 (C6H5OH) 1.0 x 10-10 10.00,18,Ac- + H2O OH- + HAc NH3 + H2O OH- + NH4+ 称为碱的解离常数，也叫碱常数。越大，碱的强度越大。 一种酸的酸性越强，其 值越大，则其相应的共轭碱的碱性越弱，其 值越小。共轭酸碱对HAc-Ac-的 与 之间： = = =,19,Amines: Bases with the Nitrogen Atom,H3C,N,H3C,N,H,N,H,H,C2H5,Ethylamine,Methylamine,CH3,Dimethylamine,CH3,CH3,Trimethylamine,Pyridine,20,

10、Relationship of acid strength and conjugate base strength,21,多元弱酸、弱碱在水溶液中是逐级解离的:,H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4- H2PO4- + H2O H3O+ + HPO42- HPO42- + H2O H3O+ + PO43 三种酸的强度为：H3PO4 H2PO4- HPO42-,22,23,磷酸各级共轭碱的解离常数分别为： ( 可将该解离过程看成是磷酸的形成过程，引出酸形成常数),PO43- + H2O OH- + HPO42- HPO42- + H2O OH- + H2PO4- H2PO4- + H

11、2O OH- + H3PO4 可知碱的强度为： PO43- HPO42- H2PO4-,24,例4-2 已知H3PO4 1 = 7.610-3，求H2PO4- 的 3 值。并判断NaH2PO4水溶液是呈酸性还是呈碱性。 解：H2PO4-是H3PO4的共轭碱，它们的共轭酸碱解离常数之间的关系： 对于H2PO4-来说，主要有以下两个解离平衡存在： 酸式解离 H2PO4- + H2O H3O+ + HPO42- Ka26.310-8 碱式解离 H2PO4- + H2O OH- + H3PO4 Kb3 = 1.310-12 ，说明在水溶液中H2PO4-释放质子的能力大于获得质子的能力，因此溶液显酸性。

12、,25,3. 解离度和稀释定律 ， 是在弱电解质溶液体系中的一种平衡常数，不受浓度影响，而浓度对解离度有影响，浓度越稀，其解离度越大。 如果弱电解质AB，溶液的浓度为c0，解离度为。 AB A B 起始浓度（mol.L-1） c0 0 0 平衡浓度（mol.L-1） c0c0 c0 c0,当弱电解质5时 ，11，于是可用以下近似关系式表示 弱酸： = ； 弱碱： = （43）,26,例4-3 氨水是一弱碱，当氨水浓度为0.200 mol.L-1时，NH3H2O的解离度为0.946，问当浓度为0.100 mol.L-1时NH3H2O时解离度为多少？ 解： 因为解离度5 ，所以可以用公式（43）计

13、算，即 = 故,27,4.3.1 溶液的pH值与指示剂 1. 溶液的pH值 pH = -lgc(H+) pOH = -lgc(OH-) 在常温下，水溶液中有： c(H+)c(OH)= 1.010-14 则有， + = 即,4.3 酸碱平衡,28,The pH scale and pH values of some common substances,29,The pH Values of Some Familiar Aqueous Solutions,H3O+,OH-,neutral solution,acidic solution,basic solution,H3O+ OH-,H3O+ O

14、H-,H3O+ = OH-,30,(a) Measuring the pH of vinegar. (b) Measuring the pH of aqueous ammonia.,31,Methods for Measuring the pH of an Aqueous Solution,(a) pH paper (b) Electrodes of a pH meter,32,4.3 酸碱平衡,溶液的pH值及指示剂 溶液的pH值 酸碱指示剂 变色原理,以酚酞为例:,33,HIn H+ + In-,只要酸碱指示剂一定，在一定条件下 即为一常数， 就只取决于溶液中 的大小，所以酸碱指示剂能指示溶液酸度。,以甲基橙为例：,34,酸碱指示剂变色范围及影响因素 = = 1 = 10 10 酸色 略带酸色