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1、第第6章章Chapter 6 Theory of Acid-base and Dissociation Equilibrium 酸碱理论与 解离平衡酸碱理论与 解离平衡酸碱理论与 解离平衡酸碱理论与 解离平衡本章教学内容本章教学内容6.1酸碱理论酸碱理论6.2弱酸、弱碱的解离平衡弱酸、弱碱的解离平衡6.3缓冲溶液缓冲溶液酸碱是重要的化工原料。酸碱反应是生物化学、地质学以及人类日常生活中常见的、且很重要的一类 反应。酸碱是重要的化工原料。酸碱反应是生物化学、地质学以及人类日常生活中常见的、且很重要的一类 反应。?人的血液人的血液 pH 要保持在要保持在 7.35 7.45 之间；之间；?胃中消化
2、液的主要成分是稀胃中消化液的主要成分是稀 HCl；?土壤和水的酸碱性对某些植物和动物的生长有重大的影响；土壤和水的酸碱性对某些植物和动物的生长有重大的影响；?地质过程这中岩石的风化、钟乳石的形成的等也受到水的酸碱性的影响。地质过程这中岩石的风化、钟乳石的形成的等也受到水的酸碱性的影响。6.1.1 酸碱理论的发展酸碱理论的发展6.1.2 酸碱质子理论酸碱质子理论6.1.3 酸碱电子理论酸碱电子理论6.1酸碱理论酸碱理论6.1.1 酸碱理论的发展酸碱理论的发展人们对酸碱的认识经历了一个由浅入深、由低级到高级的认识过程。人们对酸碱的认识经历了一个由浅入深、由低级到高级的认识过程。? 18世纪：世纪：
3、法国化学家拉瓦锡提出所有的酸都含有法国化学家拉瓦锡提出所有的酸都含有 O 元素。元素。? 19世纪：世纪：英国化学家戴维认为酸中的共同元素是英国化学家戴维认为酸中的共同元素是 H，而 不是，而 不是 O。碱：碱：有涩味、滑腻感，使红色石蕊试纸变蓝，并能与酸 反应生成盐和水的物质。有涩味、滑腻感，使红色石蕊试纸变蓝，并能与酸 反应生成盐和水的物质。? 最初最初酸：酸：有酸味，能使蓝色石蕊试纸变红的物质。有酸味，能使蓝色石蕊试纸变红的物质。酸碱理论的发展：酸碱理论的发展：阿伦尼乌斯认为：酸是在水溶液中经电离只生成阿伦尼乌斯认为：酸是在水溶液中经电离只生成 H+ 一种阳离子的物质，碱是在水溶液中经电
4、离只生成一种阳离子的物质，碱是在水溶液中经电离只生成 OH一种阴离子的物质。一种阴离子的物质。? 1884年，瑞典化学家阿伦尼乌斯提出酸碱电离理论。年，瑞典化学家阿伦尼乌斯提出酸碱电离理论。? 1923年，丹麦花学家布朗斯泰德和美国化学家劳莱分别 提出酸碱质子理论。年，丹麦花学家布朗斯泰德和美国化学家劳莱分别 提出酸碱质子理论。? 1923年，美国化学家路易斯提出酸碱电子理论。此外，关于酸碱理论还出现过溶剂理论、氧化物年，美国化学家路易斯提出酸碱电子理论。此外，关于酸碱理论还出现过溶剂理论、氧化物-离子理 论、正负理论等等。离子理 论、正负理论等等。? 酸碱电离理论酸碱电离理论 酸碱电离理论内
5、容：酸碱电离理论内容：酸是在水溶液中经电离生成的阳离子全部是酸是在水溶液中经电离生成的阳离子全部是 H+的化合物；碱是水溶液中经电离生成的阴离子全部是的化合物；碱是水溶液中经电离生成的阴离子全部是OH的化合物。的化合物。例如：例如：酸：酸：硫酸硫酸 (H2SO4) 盐酸盐酸 (HCl) 硝酸硝酸 (HNO3)磷酸磷酸 (H3PO4) 亚硫酸亚硫酸 (H2SO3) 亚硝酸亚硝酸 (HNO2)碱：碱：氢氧化钠氢氧化钠 (NaOH) 氢氧化钾氢氧化钾 (KOH) 氢氧化钙氢氧化钙 (Ca(OH)2) 氢氧化铝氢氧化铝 (Al(OH)3)根据酸碱电离理论，酸与碱反应（即中和反应），其实质就是根据酸碱电
6、离理论，酸与碱反应（即中和反应），其实质就是 H+ 和和 OH作用生成作用生成 H2O。例如：例如：HCl+ NaOH= NaCl+ H2OH2SO4+ 2NaOH = Na2SO4+ 2H2OH2SO4+ Ca(OH)2= CaSO4+ 2H2O首次赋予了酸碱以科学的定义，是人们对酸碱认识从现 象到本质的一次飞跃。首次赋予了酸碱以科学的定义，是人们对酸碱认识从现 象到本质的一次飞跃。酸碱电离理论的意义及缺陷：酸碱电离理论的意义及缺陷：对化学学科的发展起到了积极作用，目前仍普遍应用。局限性：把酸、碱局限于以水为溶剂的系统；无法解释对化学学科的发展起到了积极作用，目前仍普遍应用。局限性：把酸、碱
7、局限于以水为溶剂的系统；无法解释 NH3、Na2CO3 均不含均不含 OH-，但也具有碱性。，但也具有碱性。6.1.2 酸碱质子理论酸碱质子理论?酸碱质子理论内容酸碱质子理论内容凡能给出质子凡能给出质子(H+)的物质都是酸；凡能结合质子的物质都是酸；凡能结合质子 (H+) 的物质都是碱。简单的说，酸是质子的给体，碱是质子的受体。的物质都是碱。简单的说，酸是质子的给体，碱是质子的受体。HCl(aq）H+(aq) + Cl-(aq) HAc(aq) H+(aq) + Ac(aq) NH4+(aq) H+(aq) + NH3(aq) HCO3-(aq) H+(aq) + CO32-(aq) Al(H
8、2O)63+ H+(aq) + Al(H2O)5(OH-)2+ 酸质子酸质子+碱碱如在水溶液中：如在水溶液中：? 共轭酸碱共轭酸碱酸与对应的碱的这种相互依存、相互转化的关系称为 酸碱共轭关系。酸酸与对应的碱的这种相互依存、相互转化的关系称为 酸碱共轭关系。酸H+ 碱+ 碱 (质子给予体）质子给予体）(质子接受体）质子接受体）共轭酸与它相应的共轭碱一起称为共轭酸碱对。共轭酸与它相应的共轭碱一起称为共轭酸碱对。共轭碱：共轭碱：酸失去质子后形成的碱被称为该酸的共轭碱。酸失去质子后形成的碱被称为该酸的共轭碱。共轭酸：共轭酸：碱结合质子后形成的酸被称为该碱的共轭酸。碱结合质子后形成的酸被称为该碱的共轭酸
9、。例如:例如:共轭酸碱对共轭酸碱对HAcH+ Ac-HAc/Ac-,H3O+NH3H2O+ NH4+NH4+/NH3, H3O+/ H2OCO32-+H2O HCO3-+ OH-HCO3-/CO32-, H2O/OH-两性物质：两性物质：既能给出质子又能接受质子的物质。既能给出质子又能接受质子的物质。如：如：HCO3CO32H2CO3+ H+ H+H2OOHH3O+ H+ H+思考：思考：根据酸碱质子理论，下列物质哪些是酸，哪些是碱，哪些是两性物质？根据酸碱质子理论，下列物质哪些是酸，哪些是碱，哪些是两性物质？(1) HCN (2) HCO3(3) NH3(4) CO32 (5) NH4+(6
10、) H2O (7) ClO4(8) H2SO3答案：答案： 酸酸 (1) (5) (8) 碱碱 (4) (7) 两性物质两性物质 (2) (3) (6) ? 酸碱反应的实质酸碱反应的实质酸酸1+ 碱碱2酸酸2+ 碱碱1根据酸碱质子理论可知，酸和碱是成对存在的，酸给出质子，必须有接受质子的碱存在，质子才能从 酸转移至碱。因此，酸碱反应的实质是两个共轭酸碱 对之间的质子转移反应，可用通式表示为：根据酸碱质子理论可知，酸和碱是成对存在的，酸给出质子，必须有接受质子的碱存在，质子才能从 酸转移至碱。因此，酸碱反应的实质是两个共轭酸碱 对之间的质子转移反应，可用通式表示为：酸碱中和反应可以用质子转移反应
11、来表示酸碱中和反应可以用质子转移反应来表示H3O+ OH-H2O + H2OH+酸酸1碱碱2酸酸2碱碱1酸碱解离反应是质子转移反应酸碱解离反应是质子转移反应HAcH+ Ac-H+ H2O H3O+(1)(2)HAc + H2O H3O+ + Ac-(1) + (2):H+如如 HAc 在水溶液中的解离反应是由给出质子的半反应和接受质子的半反应组成的：在水溶液中的解离反应是由给出质子的半反应和接受质子的半反应组成的：1）NaAc 水解：水解： H+Ac-+ H2O OH-+ HAc盐类水解反应也是属质子转移反应盐类水解反应也是属质子转移反应2）NH4Cl 水解水解:H+NH4+ H2O H3O+
12、 + NH31）NH4Cl 的生成：的生成：非水溶液中的酸碱反应非水溶液中的酸碱反应HCl + NH3NH4+ Cl-H+酸酸1碱碱2酸酸2碱碱12）液氨中的酸碱中和反应：）液氨中的酸碱中和反应：NH4Cl + NaNH22NH3+ NaClH+酸酸1碱碱2酸酸2碱碱1? 酸碱的相对强度酸碱的相对强度酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子 的能力的强弱。酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子 的能力的强弱。HCl 在水中是强酸，其共轭碱在水中是强酸，其共轭碱 Cl-就是较弱的碱；就是较弱的碱； HAc 在水中是弱酸，其共轭碱在水中是弱酸，其共轭碱 Ac-就是较强的碱。因此，酸性强度
13、：就是较强的碱。因此，酸性强度：HCl HAc; 碱性强度：碱性强度：Ac- Cl-。给出质子能力强的物质是强酸，接受质子能力强的碱是强碱；反之，便是弱酸和弱碱。在具有共轭关系的酸碱对中，其强度是相互制约的。给出质子能力强的物质是强酸，接受质子能力强的碱是强碱；反之，便是弱酸和弱碱。在具有共轭关系的酸碱对中，其强度是相互制约的。酸强，其共轭碱就弱；酸弱，其共轭碱就强。酸强，其共轭碱就弱；酸弱，其共轭碱就强。酸和碱的强度与酸碱的本性有关酸和碱的强度与酸碱的本性有关? 决定酸碱强度的主要因素决定酸碱强度的主要因素如：以下三种酸的强度顺序为：如：以下三种酸的强度顺序为：HClHAcHCN（盐酸）（醋
14、酸）（氢氰酸）（盐酸）（醋酸）（氢氰酸）酸和碱的强度与溶剂的性质有关同一种酸在不同的溶剂中，呈现出不同的强度。 如硝酸（酸和碱的强度与溶剂的性质有关同一种酸在不同的溶剂中，呈现出不同的强度。 如硝酸（HNO3）在水中为强酸，当其溶于冰醋酸中时，其酸度大大降低，而如果溶于纯硫酸中时， 却显碱性。）在水中为强酸，当其溶于冰醋酸中时，其酸度大大降低，而如果溶于纯硫酸中时， 却显碱性。所以讨论酸碱强度时，必须以同一溶剂 作为比较标准。所以讨论酸碱强度时，必须以同一溶剂 作为比较标准。? 溶剂的溶剂的“区分效应区分效应”和和“拉平效应拉平效应”区分效应：区分效应：用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开 来
15、，称为溶剂的“区分效应”。如：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”。如：H2O 可以区分可以区分 HAc、HCN 酸性的强弱。酸性的强弱。HAcHCNKa1.8 10-55.810-10酸性强度：酸性强度： HAc HCN强酸与水之间的酸碱反应几乎是不可逆的，强酸在水中完全解离，水能够同等程度地将强酸与水之间的酸碱反应几乎是不可逆的，强酸在水中完全解离，水能够同等程度地将HClO4、HCl、HNO3等强酸的质子全部夺取过来，以水来区分它们给出质子能力的差别就不可能了；或者说，水对这些强酸起不到区分作用，水把它们之间的强弱差别拉平了。等强酸的质子全部夺取过来，以水来区分它们给出质子能力的差别就不可能了；或者说，水对这些强酸起不到区分作用，水把它们之间的强弱差别拉平了。拉平效应：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”。溶剂将酸或碱的强度拉平的作用，称为溶剂的“拉平效应”。溶剂水对很强的酸或极弱的酸都没有区分效应，只有拉平效应。溶剂水对很强的酸或极弱的酸都没有区分效应，
