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1、4 酸碱反应 Acid-base Reaction 重要知识：重要知识：质子酸碱、共轭酸碱和酸碱离解常数质子酸碱、共轭酸碱和酸碱离解常数 等概念等概念酸碱水溶液的酸度和有关离子浓度的计算酸碱水溶液的酸度和有关离子浓度的计算掌握缓冲溶液的配置方法掌握缓冲溶液的配置方法作业：5.1 5.3 5.5 5.7 5.13 5.15 14.1 酸、碱质子理论 The Brnsted-lowry aeid-base model人类对酸碱认识的发展过程：感性：有酸味，能使兰色石蕊变红的物质叫酸，使红色石蕊变兰叫碱；阿仑尼乌斯的电离理论：酸电离出阳离子全为H+ ，碱电离出阴离子全为OH- ；布朗斯特酸碱质子理论
2、:能接受质子的为碱，能给出质子的为酸；路易斯电子理论:能接受电子为酸，能给出电子为碱。2酸：凡是能给出质子（ H+ )的物质（分子或离子）称为酸(acid)。碱：凡是能接受质子( H+ )的物质（分子或离子）称为碱(base)。4.1.1 质子酸碱的概念(concept)HCl、NH4+、HPO42-、H2CO3、Fe(H2O)63+ 酸Cl-、NH3、PO43-、HCO3-、Fe(OH)(H2O)52+碱3共轭酸 共轭碱 + 质子HCl Cl- + H+NH4+ NH3 + H+H2O OH- + H+H3O+ H2O + H+HPO42- PO43- + H+H2PO4- HPO42- +
3、 H+Fe(H2O)63+ Fe(OH)(H2O)52+ + H+ Fe(OH)(H2O)52+ Fe(OH)2(H2O)4+ + H+两两 性性 物物 质质质子酸碱的共轭关系：4强酸弱碱强碱弱酸共轭酸 共轭碱 + 质子给出质子或接受质子的能力共轭酸碱对 (conjugate acid-base pair)5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两性物质两性物质 酸酸 碱碱HH2 2O HO H3 3OO+ +OH OH- -HSHS- -H H2 2S SS S2-2-两性物质两性物质( (amphotericamphoteric compoundcompound) )
4、是否共轭 酸碱对？6(1) 水的质子自递反应(autoionization of water)H2O +H2O = H3O+ +OH- (水的自递反应）也可简写为：H2O = H+ + OH- (与水的酸碱半反应区别开）其反应的标准平衡常数表达式为KW称为水的离子积常数(ion product constant) 。25时，KW=1.010-14。4.1.2 质子酸碱的强弱7(2) 酸常数(acidity constant)和碱常数(basic constant)HAc+H2O = H3O+ +Ac -NH3+H2O =NH4+ + OH -Ka大, 酸的酸性越强 。Kb大, 碱的碱性越强 。
5、8溶液的酸碱度和物质的酸碱性 溶液的酸度溶液中H+的多少。 物质的酸性给出质子的能力大小。9(3) 共轭酸碱对酸碱强弱的关系 HAc+H2O=H3O+Ac- Ka Ac-+H2O=HAc+OH- Kb+ H2O+H2O=H3O+ + OH- KW Ka.Kb=KWKa大， 共轭碱Kb小Ka小， 共轭碱Kb大10例1：计算下列酸（碱）共轭碱酸的酸碱常数（1）NH3 Kb=1.710-5 （2）H2CO3 Ka1=4.310-7 Ka2=5.610-11Kb1 (CO32-) Kb2 (CO32-) Ka( NH4+)114.2 弱酸弱碱水溶液离子平衡 Equilibrium of the pro
6、ton in weak acid and base aqueous solutions一元弱酸碱溶液多元弱酸碱溶液两性物质共轭酸碱共存12能给出（或接受）一个质子的物质为一元弱酸（弱碱） （1）酸碱的离解平衡HAc+H2O = H3O+ +Ac -NH3+H2O = NH4+ + OH -4.2.1 一元弱酸、弱碱水溶液 （monoprotic weak acids and base aqueous solution）13(2) 一定浓度的弱一元酸碱水溶液pH计算设HB的初始浓度为camol.L-1 ,H+的平衡浓度为x mol.L-1 ,则 ：HB+H2O = H3O+ +B - HB =
7、H+ + B -14弱一元碱B + H2O=HB+ + OH-15例2 计算0.1mol.L-1HAc溶液中c(H3O+)及离解度。 HAc Ka =1.8.10-5 解：HAc c =0.1mol.L-1 Ka=1.810-5(c/c ) / Ka = 5.1103102.8116例3 计算c(NaCN)=0.10molL-1 NaCN水溶液的pH值。 Ka (HCN)=6.1710-10。17H2S +H2O= H3O+ + HS-HS- + H2O = H3O+ + S2-H2S+2H2O=2H3O+S2-4.2.2 多元弱酸、弱碱水溶液 (polyprotic weak acids a
8、queous solution)（1）多元弱酸碱的电离18二元弱碱CO32-在水溶液中的离解平衡为:CO32- + H2O=HCO3- + OH- Kb1 HCO3- + H2O = H2CO3 + OH- Kb2 19当 Ka1 Ka2 Ka3Ka1/ Ka2101.6多元弱酸碱的离解以第一步为主，其他次级 的离解可忽略。将多元酸、碱近似地按一元酸、碱处理 。近似处理20多 元 弱 酸多 元 弱 减21（2）溶液pH及各种离子浓度的计算例4： 计算c(H2S)=0.10molL-1的H2S水溶液的 c(H3O+)、c(HS-)、 c(S2-)。c(H+)c(HS- ) 1.0310-4 mo
9、lL-1解： Ka1=1.0710-7 Ka2=1.23 10-1322HS- + H2O = S2- + H3O+23H3PO4溶液中思考24离子的水解( hydrolysis )25加酸能防止离了酸的离解。配制加酸能防止离了酸的离解。配制FeClFeCl3 3SnClSnCl2 2SnClSnCl4 4BiClBiCl3 3等溶液时，先将固体溶于浓等溶液时，先将固体溶于浓HClHCl，再再冲稀。冲稀。SnClSnCl2 2+H+H2 2O = O = Sn(OH)ClSn(OH)Cl ( (白色）白色）+ +HClHClBiCl BiCl3 3+H+H2 2O = O = BiOClBiO
10、Cl ( (白色白色)+2HCl)+2HCl加碱能防止离子碱的电离，如加碱能防止离子碱的电离，如NaNa2 2S S、NaCNNaCN、NaNa2 2COCO3 3等溶液时，经常加入等溶液时，经常加入NaOHNaOH，以免失效。以免失效。26（能给出质子，也能接受质子的物质）常见的两性物质有：酸式盐（HCO3-)，弱酸弱碱盐(NH4Ac).两性物质水溶液的酸碱性由什么决定？4.2.3 两性物质 （amphoteric aqueous solution)27(1)定性分析溶液的酸碱性(2)定量计算两性物质水溶液的酸碱性28分析H2PO4-水溶液的酸碱性H2PO4- + H2O = H3O+ +
11、HPO42- Ka=6.3110-8H 2PO4- + H 2O = OH- + H 3PO4 Kb=1.4110-13Ka Kb 酸性29K Ka a KKb b 酸性酸性K Ka ac(HAc)c c(H(H+ +) ) Ka c(Ac-) Ka2 ，上面性质是否依然存在，为什么？56因系统中含有2缓冲对，且酸与碱的浓度比均在缓 冲范围内，所以此溶液具有酸碱缓冲能力。 若两级酸常数相差较大，则酸碱浓度比将超出缓 冲范围，失去缓冲性质 57练习4血液中（H2CO3NaHCO3）缓冲对的功能之一是从细胞 组织中迅速地除去运动以后产生的乳酸（HLac），已知 ： Ka(HLac)=8.410-4
12、, Ka1(H2CO3)=4.310-7, Ka2(H2CO3)=5.610-11, (1)计算HLac + HCO3- =H2CO3 + Lac- 的平衡常数。(2)正常血液的pH=7.4，分析血液中H2CO3主要的存 在形态。（3）若血液中碳酸的总浓度为2.8 10-2 mol.L-1，计算血液中c(H2CO3)和c(HCO3-)58解：（2）pHp Ka1 主要存在形式为 HCO3H2CO3c(H2CO3)=2.4 10-3 mol.L-1 c(HCO3-)=2.6 10-2 mol.L-1 59在生物学的研究中，通常用TRIS(HOCH2)3CNH2及其盐酸盐 (HOCH2)3CNH3
13、Cl的混合物做为缓冲溶液。在Merck 索引手 册中给出酸碱常数：pKb(25)5.91, pKa(20)8.3, pKa(37)7.82。请回答以下问题：(1) TRIS在水中的离解是吸热反应还是放热反应？(2) 计算25，c(TRIS)=0.10 mo1L-1水溶液的pH.(3) 25时，若要缓冲溶液的pH等于人体血液的pH（7.40）, 计 算溶液中c(HOCH2)3CNH3Cl/c(HOCH2)3CNH2。若要配制 1.0L该缓冲溶液(tris 浓度为0.10 mo1L-1)，需要多少克的TRIS 和TRISHCl？M HOCH2)3CNH2=121.14gmol-1, M (HOCH2)3CNH3Cl=157.6gmol-1.(4) 为什么Merck 索引手册中要给出pKa(37)？60解: (1)pKa(20)8.3, pKa(37)7.82pKb(20)5.7, pKb(37)6.18温度升高, Kb降低, 即为放热反应. (2)61(4) 给出pKa(37)的目的使配制的缓冲溶液 能与人体的pH实际情况相符合.62重点酸碱的定义Ka、Kb（定义式、意义及相互关系）各种类型溶液酸度的计算（酸、碱、两性物质、
