无机及分析--酸碱平衡.ppt

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1、第六章酸碱平衡和酸碱滴定法 Chapter6Acid baseEquilibriumandAcid baseTitration 本章学习要求 1 掌握弱酸 弱碱的电离平衡 影响电离平衡常数和电离度的因素 稀释定律 运用最简式计算弱酸 弱碱水溶液的pH值及有关离子平衡浓度 2 了解同离子效应 盐效应 3 掌握酸碱质子理论 质子酸碱的定义 共轭酸碱对 酸碱反应的实质 共轭酸碱Ka 和与Kb 的关系 4 了解酸度对弱酸 碱 存在形态分布状况影响 5 掌握酸碱指示剂的变色原理 指示剂的变色点 变色范围 6 掌握强酸 碱 滴定一元弱碱 酸 的原理 滴定曲线的概念 影响滴定突跃的因素 化学计量点pH值及突

2、跃范围的计算 指示剂的选择 掌握直接准确滴定一元酸 碱 的判据其应用 本章学习要求 7 掌握多元酸 碱 分布滴定的判据及滴定终点的pH值计算 指示剂的选择 了解混合酸准确滴定的判据及强酸弱酸混合情况下滴定终点pH值计算 指示剂的选择 8 了解酸碱滴定法的应用及相关计算 了解CO2对酸碱滴定的影响 掌握酸碱标准溶液的配制及标定 掌握混合碱的分析方法及铵盐中含氮量的测定方法 本章学习要求 酸碱理论发展的概况 1100 1600年发现盐酸 硫酸 硝酸等强酸1774年法国科学家拉瓦锡提出 酸的组成中都含有氧元素十九世纪初认为酸的组成中都含有氢元素1884年瑞典科学家Arrhenius提出电离理论192

3、3年Bronsted和Lowry提出酸碱质子理论 6 1酸碱质子理论 电离理论 ionization 电解质在水溶液中能电离电离产生的阳离子全部是H 的物质是酸电离产生的阴离子全部是OH 的物质是碱完全电离 强电解质 不完全电离 弱电解质 酸越强 其共轭碱越弱 碱越强 其共轭酸越弱 说明 两性物质 HCO3 酸碱质子理论中没有盐的概念 2 酸碱反应 任何一个酸碱反应都是由较强酸和较强碱反应生成较弱的酸和碱 根据质子理论 酸碱反应的实质是两个共轭酸碱对之间的质子转移反应 酸碱解离反应是质子转移反应 水是两性物质 它的自身解离反应也是质子转移反应 酸 1 碱 2 酸 2 碱 1 HF aq H F

4、 aq H H2O l H3O aq HF aq H2O l H3O aq F aq H2O l H2O l H3O aq OH aq 酸 1 碱 2 酸 2 碱 1 盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应 例如NaAc水解 酸 1 碱 2 酸 2 碱 1 NH4Cl水解 酸 1 碱 2 酸 2 碱 1 Ac H2OOH HAc H2OH3O NH3 非水溶液中的酸碱反应 也是离子酸碱的质子转移反应 苯液中NH4Cl的生成 液氨中的酸碱中和反应 3水的质子自递反应 H2O l H2O l H3O aq OH aq 或H2O l H aq OH aq 水的离子积常数 简称水的离子积 25 纯水

5、c H c OH 1 0 10 7mol L 1 100 纯水 1 0 10 14 5 43 10 13 T 溶液的pH 溶液的酸碱性和pH pH能否14 溶液的酸碱性和pH 1 0 10 7 1 0 10 7 1 0 10 7 c OH mol L 1 1 0 10 7 1 0 10 7 1 0 10 7 c H mol L 1 碱性 中性 酸性 溶液酸碱性 影响因素 酸碱本身授受质子的能力溶剂受授质子的能力水溶液中 酸碱的强弱用其离解常数Ka 或Kb 衡量 4酸碱的强弱 简写 电离常数的大小 表示了弱酸弱碱的电离程度的大小 Ka Kb 越大 表示弱酸弱碱的电离程度越大 溶液的酸 碱性越强

6、电离常数是一种平衡常数 它只与温度有关 与浓度无关 5 共轭酸碱对Ka 和Kb 的关系 在一共轭酸碱对中 酸的酸性越强 其共轭碱的碱性就越弱 反之 酸越弱 其共轭碱就越强 平衡浓度 c 1 c c 当 5 时 Ka c 2 稀释定律 6 2酸碱平衡的移动 1 浓度对酸碱平衡的影响 2 同离子效应和盐效应 0 1mol L 1HAc 甲基橙 滴加0 1mol L 1NaAc 同离子效应 在弱电解质溶液中 加入与其含有相同离子的易溶强电解质而使弱电解质的解离度降低的现象 同离子效应 平衡移动方向 例 在0 10mol L 1的HAc溶液中 加入NH4Ac s 使NH4Ac的浓度为0 10mol L

7、 1 计算该溶液的pH和HAc的解离度 x 1 8 10 5c H 1 8 10 5mol L 1 0 10 x 0 10 0 10mol L 1HAc溶液 pH 2 89 1 3 解 HAc aq H2O l H3O aq Ac aq ceq mol L 1 0 10 xx0 10 x c0 mol L 1 0 1000 10 pH 4 74 0 018 盐效应 异离子效应 由于强电解质的加入增加了溶液中的离子浓度 使溶液中离子间的相互牵制作用增强 离子结合为分子的机会减小 即分子化速度降低 因而重新达到平衡时电离度有所增加 同离子效应存在的同时 也存在盐效应 但盐效应很弱 一般计算中可忽略

8、 例题 在氨水溶液中分别加入HCl NH4Cl NaCl NaOH H2O对氨水电离平衡有何影响 pH有何变化 解 NH3 H2O NH4 OH pHHClNH4ClNaClNaOHH2O 变大 变小 变小 变小 变小 变大 变小 变大 变大 变大 pH值的测定 酸碱指示剂 借助颜色变化来指示溶液的pH值 HIn H In pH试纸 由多种指示剂混合溶液浸透试纸后晾干而成 pH计 6 3酸碱平衡中有关浓度的计算 质子条件式 酸失去的质子数与碱得到的质子数相等 其数学表达式称为质子条件式例 浓度为c的弱酸HA水溶液中HA H2O H3O A H2O H2O H3O OH c H3O c OH c

9、 A 简写为 c H c OH c A 例 Na2HPO4水溶液 H H2PO4 2 H3PO4 OH PO43 零水准 H2O HPO42 Na NH4 HPO4 H H2PO4 2 H3PO4 OH NH3 PO43 Na2CO3 H HCO3 2 H2CO3 OH 强酸 碱 完全电离 例 计算1 10 7mol L 1HCl溶液中的H 浓度 3 酸碱溶液pH值的计算 cK 20Kw 时 忽略水的电离当 4 4 或c K 500时 一元弱酸 碱 B HA 例 分别计算0 10mol L 1HAc和0 10mol L 1NaAc溶液的pH值 多元弱酸Ka1 Ka2 Ka3 c H 主要决定于

10、第一步电离 c H 计算同于一元弱酸 多元弱酸 碱 c Ka1 500时 在二元弱酸中 Ka1 Ka2 忽略第二步电离 其酸根浓度近似等于Ka2 例题 计算0 010mol L 1H2CO3溶液中的H3O H2CO3 和OH 的浓度以及溶液的pH值 x y z x x y x 两性物质的酸碱性决定于相应酸常数和碱常数的相对大小 酸常数较大 则显酸性 碱常数较大 则显碱性 两性物质 HA 例 分别计算0 20mol L 1NaH2PO4 Na2HPO4溶液的pH 分布系数 溶液中某酸碱组分的平衡浓度占其分析浓度的分数 用 表示 将平衡浓度与分析浓度联系起来 HA HAcHA A A cHA 4

11、酸度对弱酸 碱 各组分浓度的影响 分布系数 一元弱酸 HAcAc H cHAc HAc Ac HA A 1 分布系数的一些特征 仅是pH和pKa的函数 与酸的分析浓度c无关 对于给定弱酸 仅与pH有关 A 例计算pH4 00和8 00时HAc的 HAc Ac 解 已知HAc的Ka 1 75 10 5pH 4 00时 pH 8 00时 HAc 5 7 10 4 Ac 1 0 H HAc 0 85 H Ka Ka Ac 0 15 H Ka HAc的分布分数图 pKa 4 76 分布系数图 优势区域图 HA的分布分数图 pKa 分布系数图的特征 两条分布分数曲线相交于 pka 0 5 pHpKa时

12、溶液中以A 为主 50mLHAc NaAc c HAc c NaAc 0 10mol L 1 pH 4 74 缓冲溶液 具有能保持本身pH相对稳定性能的溶液 也就是不因加入少量强酸或强碱而显著改变pH的溶液 加入1滴 0 05ml 1mol L 1HCl 加入1滴 0 05ml 1mol L 1NaOH 实验 50ml纯水pH 7pH 3pH 11 pH 4 73pH 4 75 6 4缓冲溶液 BufferSolution 1缓冲溶液 能抵抗外加少量强酸 强碱或水的影响 保持pH基本不变的溶液 溶液的这种作用称为缓冲作用 缓冲溶液的组成 弱酸及其共轭碱弱碱及其共轭酸 6 4缓冲溶液 Buffe

13、rSolution 2 缓冲溶液的pH值 缓冲溶液的pH值主要决定于酸 碱 的pKa pKb 其次与c 酸 c 碱 有关 对一确定缓冲体系 可通过在一定范围内改变c 酸 c 碱 调节缓冲溶液的pH值 将25ml1 0mol L 1NH3 H2O与25ml1 0mol L 1NH4Cl混合组成缓冲液 求其pH值 若在该缓冲溶液中加入1mL1 0mol L 1NaOH pH为多少 解 混合后 例题 若在50 00mL0 150mol L 1NH3 aq 和0 200mol L 1NH4Cl组成的缓冲溶液中 加入0 100ml1 00mol L 1的HCl 求加入HCl前后溶液的pH各为多少 解 加

14、入HCl前 加入HCl后 加HCl前浓度 mol L 1 0 150 0 0020 x0 200 0 0020 xx 0 1500 200 加HCl后初始浓度 mol L 1 0 150 0 00200 200 0 0020 平衡浓度 mol L 1 1 当共轭酸碱对的浓度相等时 溶液总浓度越大 缓冲能力越强 2 缓冲溶液总浓度一定时 共轭酸碱对的浓度相等时 即pH pKa 或pOH pKb 时 缓冲能力最大 3 缓冲溶液具有一定的缓冲范围 c 酸 c 碱 1 10 10 1时 溶液具有有效缓冲能力 这时pH pKa 1或pOH pKb 1 缓冲容量 1升缓冲溶液的pH值改变一个单位时所需加入

15、的强酸或强碱的量 选择依据 4 缓冲溶液的选择与配制 缓冲组分不能与反应物或产物发生化学反应缓冲系的pKa 尽量接近pH缓冲组分浓度控制一定范围 0 05mol L 1 0 5mol L 1 1 用相同浓度的弱酸及其共轭碱溶液 按不同体积比例混合配制 例1如何配制1LpH 5 0具有中等缓冲能力的缓冲溶液 解 1 78 HAc Ac 0 25 Ac HAc 故lg Ac HAc lg p pH NaAc HAc 5 0 4 75 p HAc c c c c c c K K a a 又 缓冲系 选用 640ml Ac 360ml HAc 1000ml Ac HAc 1 78 HAc Ac HAc

16、 HAc Ac Ac HAc Ac L 0 1mol HAc Ac 1 V V V V V V V c V c c c c c 令 3 在过量弱酸 碱中加入一定量强碱 酸 例3 将0 1mol L 1NH3 H2O50ml与30ml0 1mol L 1HCl混合 能否形成缓冲液 其pH值为多少 2 在一定量弱酸 碱溶液中加入固体共轭碱 酸来配制 解 在一定的pH范围内能发生颜色突变的指示剂叫酸碱指示剂 通常是一类复杂的有机弱酸 碱 Acid BaseIndicators neartheequivalencepointthesolutionpHtochangedrastically IndicatorsthatchangecolorasafunctionofpH Indicatorsareweakacidsthatchangecolorwhentheygainorlosetheiracidicproton s 6 5酸碱指示剂 1 定义 2 酸碱指示剂作用原理 甲基橙 MethylOrange MO 4 4黄4 0橙3 1红 2 酸碱指示剂的变色范围 称为指示剂的变色范围 c In c