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1、2017/12/9,1,第三章： 溶液中的化学平衡,溶液中的化学过程：,溶质和溶剂的结合(溶剂化)；,溶质被溶剂解离；,解离出的离子间的化学反应；,溶质进入溶剂的过程是吸引和排斥的过程：,当吸引超过排斥时，形成溶液；当吸引小于排斥时，形成沉淀或其他稳定的结构。,吸引和排斥总是处于动态平衡中。,2017/12/9,2,解离与解离平衡有：,弱电解质一元弱电解质；,多元弱电解质,强电解质易溶强电解质；,难溶强电解质 -沉淀溶解平衡,配位化合物配离子的形成与解离 -配位离解平衡,-酸碱平衡,2017/12/9,3,酸碱平衡,酸碱平衡是水溶液中最重要的平衡体系！Main Contents 基本内容：In
2、troduction，酸碱理论简介;Ionization of H2O and pH Scale，水的电离和pH标度Base-Acid Equilibrium and its effect factors Calculation on the concentration of species in equilibrium system 平衡体系中有关组分浓度的计算；Common-ion effect 同离子效应Buffer solution and its composition and properties 缓冲溶液的组成和性质。,2017/12/9,4,3.1 酸碱理论简介,* 常见酸碱理
3、论及其发展:Arrhenius 阿仑尼乌斯酸碱理论 酸碱电离理论：水溶液中电离出H+或者OH-；仅限于水溶液中！Brnsted-Lowry 布朗斯特酸碱理论酸碱质子理论：质子的转移传递；适用于任何溶剂体系和无溶剂体系(如: 气相体系)。Lewis 路易斯酸碱理论酸碱电子理论：电子对的转移；适用于任何有电子的得失的体系。,2017/12/9,5,立论基础-水溶液中电解质的电离acid: 水中电离出的阳离子全部是H+;base: 水中电离出的阴离子全部是OH-;salt: 电离出的阳离子除H+外或阴离子除OH-外尚有其它 离子的电解质 -酸式盐, 碱式盐.中和反应 的实质-H+ + OH- = H
4、2O局限性-不能脱离水溶液范畴, 非水体系不适用; 只适用于含有氢原子和氢氧根的物质. 无法解释NH3、NaCO3呈碱性、 NH4Cl呈酸性的事实。,一：阿雷尼乌斯理论,2017/12/9,6,1. Basic concept(布朗斯特)酸：凡是能释放出质子（H+）的任何含氢原子的分子或离子的物种，即质子给予体(proton donor)。(布朗斯特)碱：凡是能与质子（H+）结合的分子或离子的物种，即质子接受体 (proton acceptor)。酸碱反应(acid-base reaction)： in an acid-base reaction, a proton is transferre
5、d from an acid to a base 质子在两对共轭酸碱对之间的转移 。,二: Brnsted-Lowry 酸碱理论,2017/12/9,7,共轭酸碱对(conjugate acid-base pair),任何酸给出质子后生成它的共轭碱 表达式: A = B + H+ 碱加合质子后形成它的共轭酸酸与共轭碱、碱与共轭酸构成共轭酸碱对某些物质可以是酸也可以是碱两性 (amphoteric)物质,2017/12/9,8,Acid H+ + Base,1，酸和碱可以是中性分子, 酸和碱也可以是离子,2，Amphiprotic: 同一物质, 有时可做酸,有时又可做碱,3，质子理论中没有盐的概
6、念,Summary:,2017/12/9,9,2. Proton acidbase reaction 实质：质子的转移过程。中和反应的实质：质子的传递H3O+ (酸1) + OH-(碱2) = H2O(酸2) + H2O(碱1)HAc(酸1) + NH3 (碱2) = NH4+(酸2) + Ac-(碱1)电离作用的实质：H2O与分子酸碱的质子传递HAc(酸1) + H2O(碱2) = H3O+(酸2) + Ac-(碱1)H2O(酸1) + NH3(碱2) = NH4+(酸2) + OH-(碱1)H2O是两性物质, 即可做酸, 也可做碱.水解反应的实质：H2O与离子酸碱的质子传递H2O (酸1)
7、 + Ac-(碱2) = HAc (酸2) + H2O(碱1)*质子理论中没有盐的概念，也无水解反应。,2017/12/9,10,3. Strength of acid-base 酸碱的强弱溶液中，酸碱的强弱取决于：a) 酸、碱本身给出质子或者接受质子的能力-电离平衡常数；对于任意酸： HB(aq) + H2O B-(aq) + H3O+(aq)达电离平衡时，Ka称为弱酸的电离平衡常数，用来衡量酸的强弱。Ka值越大，酸性越强。 Ka大于1的酸为强酸，小于1的为弱酸。常见弱酸的Ka值见附录4为了方便起见，定义pKa来代替Ka ： pKa = -lgKa对于多元酸，对应的有多级电离常数，例H2S，
8、H3PO4,2017/12/9,11,同理，对于弱碱来讲，Kb 越大，碱的强度就越大。,NH3 + H2O NH4+ + OH,3. Strengths of acid-base 酸碱的强弱,Kb 称为弱碱的电离常数,2017/12/9,12,*共扼酸碱Ka和Kb的关系,由共轭酸碱对HAc-Ac-的电离平衡关系式看出 Ka Kb = Kw （通常 Kw为110-14）*有关计算：已知酸的Ka可求其共轭碱的Kb。,Ac + H2O OH + HAc,3. Strengths of acid-base 酸碱的强弱,2017/12/9,13,b) 溶剂接受和给出质子的能力。,在水中，HCl + H2
9、O = H3O+ + Cl强酸1 强碱2 弱酸2 弱碱1 HAc + H2O H3O+ + Ac 弱酸1 弱碱2 强酸2 强碱1,H2O是区分溶剂,3. Strengths of acid-base 酸碱的强弱,(Differentiating solvent),2017/12/9,14,在液氨中， HCl + NH3 = NH4+ + Cl 强酸1 强碱2 弱酸2 弱碱1 HAc + NH3 NH4+ + Ac 强酸1 强碱2 弱酸2 弱碱1,液氨是拉平溶剂,3. Strengths of acid-base 酸碱的强弱,(Stretching solvent),2017/12/9,15,区
10、分效应：用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分 开来，称为溶剂的“区分效应”。 例：H2O可以区分HAc，HCN酸性的强弱。 H2SO4可以区分HClO4和HNO3,拉平效应：溶剂将酸或碱的强度拉平的作用，称为 溶剂的“拉平效应”。,例：水对强酸起不到区分作用，水能够同等程度地将 HClO4，HCl，HNO3等强酸的质子全部夺取过来。 水是拉平溶剂！,3. Strengths of acid-base 酸碱的强弱,2017/12/9,16,1Lewis的酸碱电子理论的提出 质子理论无法解释: 如SnCl4、AlCl3等的酸碱性行为2理论要点： Lewis acid: A species (atom
11、, ion or molecule) that is an electron pair acceptor, 凡可以接受电子对的分子、原子、离子 Lewis base: A species that is electron pair donor, 凡可以给出电子对的物质.3Lewis的电子理论有关酸、碱的划分 凡金属阳离子及缺电子的分子都是酸； 凡与金属离子结合的阴离子或中性分子都是碱。,三: 路易斯酸碱理论,2017/12/9,17,4酸碱反应的实质：电子对的转移。 形成配位键的反应；碱提供电子对，酸以空轨道接受电子对形成配位键。 H :OH HOH，AlCl3 Cl AlCl4 Cu2+ +
12、 4:NH3 Cu2+(NH3)4,5Lewis的酸碱电子理论的优缺点： 优点：适合于任何有电子得失的得失体系！ 缺点：太笼统，不易掌握酸碱的特性 无法判断酸碱性的强弱,2017/12/9,18,3.2 水的电离和pH标度,水分子之间可以进行质子的传递作用。 H2O + H2O OH- + H3O+,简化：,水的电离平衡,一. 水的质子自递1. H2O既是质子酸，又是质子碱；2. 质子自递作用 (The Self-Ionization of Water),达电离平衡时：,H2O H+ + OH,2017/12/9,19,3. 纯水的电离平衡称为自身电离平衡； 其电离平衡常数称为质子自递常数(K
13、W)。4. 水的离子积常数：在一定温度下，纯水的KW是一个常数。简称为水的离子积 (Ion Product of Water)。295K时纯水的,Kw =110-14 pKW = -lgKW = 14,Kw (Ion-Product constant),2017/12/9,20,*热力学方法计算Kw H2O(l) H+(aq) + OH(aq),例:100纯水的,水的质子自递是吸热反应，故KW随温度的升高而增大。, rH = 55.90 kJ mol1 0,2017/12/9,21,1. 溶液的pH值水溶液中会同时存在H+和OH-，其浓度乘积为一常数Kw；pH值-溶液中氢离子浓度的负对数，pH
14、 = - lgc(H+)/c。当H+浓度1时，则习惯用实际数值表示。pOH也可以表示溶液的酸碱性，KW = H3O+OH-= 1.010-14-lgKW = -lgH3O+ - lgOH- = -lg(1.010-14)pKW = pH + pOH = 14,二. 水溶液的pH值,2017/12/9,22,水溶液的酸碱性: 取决于其中H+和OH-的相对浓度大小。,酸性，,中性，,碱性，,纯水,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14,pH,二. 水溶液的pH值,2017/12/9,23,2. Determination the pH value酸度计(精密)、酸碱指示剂(大致范围)、pH试纸(精密、普通),pH试纸：将滤纸用多种指示剂的混合液浸透、凉干而成。它在不同酸碱性的溶液中，会显示不同的颜色。,酸碱指示剂：有机弱酸或弱碱，在不同的pH下显示不同的颜色，用于测试水溶液的酸碱性。,
