第五部分酸碱平衡教学ppt课件

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1、第五章 酸碱平衡第一第一节 酸碱酸碱实际概述概述 一、酸碱的一、酸碱的电离离实际1 1、阿、阿仑尼尼乌斯的斯的电离离实际 根据阿仑尼乌斯电离实际，酸在水溶液中能电离出H+，碱在水溶液中能电离出OH-，H+是酸的特征，OH-是碱的特征。酸碱反响称为中和反响，它的本质是H+与OH-作用而生成H2O。例如：酸的酸的电离式：离式： 碱的碱的电离式：离式： 有有局局限限性性，如如它它把把酸酸碱碱只只限限于于分分子子，溶溶剂限限于于水水，并并把把碱碱限限制制为氢氧氧化化物物。对如如NH4Cl为酸酸，Na2CO3为碱碱，NaHCO3、NaH2PO4既既表表现出出酸酸性性给出出H+，又又表表现出出碱碱性性接接

2、受受H+，这些些是是电离离实际无无法法解解释的。的。二、酸碱的二、酸碱的质子子实际1 1、质子子实际的酸碱定的酸碱定义及其共及其共轭关系关系 酸酸碱碱质子子实际是是1923年年分分别由由丹丹麦麦物物理理化化学学家家布布朗朗斯斯特特和和英英国国化化学学家家劳里里Lowry T M同同时提提出出的的，所以又称所以又称为布朗斯特布朗斯特劳里里质子子实际。第五章第五章第一节第一节 凡凡能能提提供供质子子氢离离子子的的任任何何分分子子或或离离子子都都是是酸酸，凡凡可可以以与与质子子化化合合或或接接受受质子子的的分分子子或或离离子子都是碱。酸和碱的关系可用下式表示都是碱。酸和碱的关系可用下式表示为：酸酸给

3、出出质子后子后转变成碱，在成碱，在这类反响中，酸被看成是反响中，酸被看成是质子子给予体，碱予体，碱为质子接受体。例如：子接受体。例如：第五章第五章第一节第一节2 2、质子子实际的酸碱反响的酸碱反响 质子子实际中中的的酸酸碱碱反反响响是是由由两两个个共共轭酸酸碱碱对相相互互作用完成的，如一元弱酸作用完成的，如一元弱酸HA的反响：的反响：第五章第五章第一节第一节碱碱2 酸酸2共共轭酸碱酸碱对1 共共轭酸碱酸碱对2酸酸1 碱碱1 两式相加两式相加总反响反响 酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1第五章第五章第一节第一节 质子子实际不不仅适适用用于于水水溶溶液液，还适适用用于于气气相相和和非非水水溶溶液液中中

4、的的酸酸碱碱反反响响。如如HCl与与NH3的的反反响响，无无论在在水水溶溶液液中中，还是是在在气气相相或或苯苯溶溶液液中中，其其本本质都都是是一一样的的，可表示可表示为：酸酸1 碱碱2 碱碱1 酸酸2第五章第五章第一节第一节3 3、质子酸碱的强度、质子酸碱的强度 质子子酸酸或或碱碱的的强度度是是指指它它们给出出或或接接受受质子子的的才才干干。凡凡容容易易给出出质子子的的为强酸酸，容容易易接接受受质子子的的为强碱。反之，是弱酸或弱碱。碱。反之，是弱酸或弱碱。 但但我我们不不能能根根据据酸酸或或碱碱本本身身来来确确定定它它们的的强度度，只只需需在在与与其其他他酸酸碱碱对进展展比比较时才才有有意意义

5、。通通常常在在水水溶溶液液中中都都是是与与水水进展展比比较，酸酸HA在在水水中中的的解解离离可可写写成成以下方式：以下方式：第五章第五章第一节第一节 是是水水溶溶液液中中酸酸强度度的的量量度度，其其值大大于于10时通通常常称称为强酸酸，例例如如HI、HBr、HCl等等均均为强酸酸，而而它它们的的共共轭碱都碱都为弱碱。弱碱。 该反响的反响的规范平衡常数表达式范平衡常数表达式为： 很很小小的的酸酸通通常常称称为弱弱酸酸，如如HAc、H2S和和 均均为弱弱酸酸，它它们的的 依依次次为1.75410-5，8.9110-8和和5.6410-10。由此可知它。由此可知它们的酸性的酸性强弱次序弱次序为：HA

6、cH2S 第五章第五章第一节第一节 以以溶溶剂H2O为碱碱时，可可以以区区分分出出弱弱酸酸HAc、H2S和和 给出出质子子才才干干的的差差别，这种种作作用用被被称称为溶溶剂水水的的“区分效区分效应。 然然而而，强酸酸与与水水之之间的的酸酸碱碱反反响响几几乎乎都都是是不不可可逆逆的，的，强酸在水中可以完全地解离，如：酸在水中可以完全地解离，如：第五章第五章第一节第一节HI、HBr、HCl的的水水溶溶液液中中可可以以稳定定存存在在的的最最强酸酸是是H3O+，比比H3O+强的的酸酸如如HI、HBr、HCl等等不不能能以以分分子子方方式式存存在在。水水可可以以同同等等程程度度地地将将HI、HBr、HC

7、l等等强酸酸的的质子子全全部部夺取取过来来，所所以以用用溶溶剂水水为碱碱时它它们给出出质子子的的才才干干是是一一样的的，这种种作作用用称称为溶溶剂水水的的“拉平效拉平效应。 假假设要要区区分分强酸酸的的真真实强弱弱，必必需需选取取比比水水的的碱碱性性更更弱弱的的碱碱作作为溶溶剂。如如以以无无水水甲甲醇醇作作为溶溶剂，HI就就不能完全解离，它与不能完全解离，它与CH3OH发生如下反响：生如下反响：第五章第五章第一节第一节且且能能将将HI、HBr、HCl三三种种酸酸的的强弱弱区区分分开开来来。所所以以，以无水甲醇作溶以无水甲醇作溶剂对水中的水中的强酸表达出区分效酸表达出区分效应。 目目前前，用用多

8、多种种非非水水溶溶剂进展展测定定实验，曾曾经证明明水中常水中常见强酸的酸性酸的酸性顺序序为：HClO4HIHBrHClHNO3H2SO4一级解离类似地，一种碱似地，一种碱 有以下平衡：有以下平衡： 其其规范平衡常数：范平衡常数： 第五章第五章第一节第一节 对碱碱来来说，也也存存在在着着溶溶剂的的“区区分分效效应和和“拉拉平平效效应。H2O只只能能区区分分碱碱性性处于于某某一一范范围的的碱碱，对于于处于于这一一范范围的的碱碱，直直接接比比较其其 值的的大大小小可可得得其其碱碱性性的的相相对强弱弱；对于于碱碱性性太太强的的碱碱就就会会出出现“拉拉平平效效应，如如氢阴阴离离子子、氨氨基基离离子子 和

9、和甲甲基基阴阴离离子子 都都是是比比 更更强的的碱碱，它它们与与水水完完全全反反响响，生生成成相相应的的共共轭酸和酸和 ，如：，如： 第五章第五章第一节第一节碱碱1 酸酸2 酸酸1 碱碱2在水中在水中 ， ， 的碱性的碱性强弱被水弱被水“拉平了。拉平了。 是是水水中中可可以以存存在在的的最最强碱碱。要要区区分分 ， ， 的的碱碱性性强弱，弱，应选取比水的酸性更弱的酸作取比水的酸性更弱的酸作为溶溶剂。 第五章第五章第一节第一节 碱 NH3 H2O HF 酸 性 PH3 H2S HCl 性 增 AsH3 H2Se HBr 增 强 SbH3 H2Te HI 强4 4、化合物的酸碱性强弱规律、化合物的

10、酸碱性强弱规律 (1) 氢化物的酸碱性递变规律氢化物的酸碱性递变规律 第第A A族元素族元素氢化物酸碱性化物酸碱性变化化规律如下：律如下：酸性加酸性加强强 首先，从物首先，从物质构造来看构造来看氢化物的酸性化物的酸性递变规律。在律。在同一周期同一周期氢化物，由于直接同化物，由于直接同质子相子相连的原子氧化数的原子氧化数第五章第五章第一节第一节逐逐渐降降低低，这些些原原子子的的电子子密密度度越越来来越越小小，失失H+的的倾向向增增大大，相相应氢化化物物的的酸酸性性也也加加强。同同一一族族氢化化物物中中，原原子子的的电子子密密度度就就逐逐渐减减小小，其其氢化化物物的的酸酸性性也也就就逐逐渐加加强。

11、 其次，我其次，我们再以再以氢卤酸酸为例从例从热力学的力学的观念来念来阐 明明这一一变化化规律。律。氢卤酸酸的离解的离解过程的程的热力学循力学循环如下如下图。第五章第五章第一节第一节 分分别别是是各各个个变变化化过过程程中中的的规规范范自自在在能能变变，而而 那那么么表表示示氢氢卤卤酸酸离离解解反反响的规范自在能变。根据盖斯定律：响的规范自在能变。根据盖斯定律： 又由于又由于 据据此此， 值越越负，那那么么离离解解平平衡衡常常数数 越越大大，酸酸性性越越强。由由此此可可看看出出，氢卤酸酸的的 和和p 的的数数值均均按按HFHClHBrHI次次序序降降低低，因因此此它它们的的酸酸性性依依次次加加

12、强。 第五章第五章第一节第一节卤化化氢离解离解热力学循力学循环中的中的G / (kJmol-1)和和p pHFHClHBrHIHX(aq)HX(g)23.8-4.2-4.2-4.2HX(g)H(g)+X(g)534.7403.8338.9272H(g)H+(g)+e-1319131913191319X(g)e X-(g)-347.3-366.5-345.2-315.1H+(g)+X-(g)H+(aq)+X-(aq)-1512.5-1392.5-1362.7-1328.9HX(aq)H+(aq)+X-(aq)17.7-40.8-54.2-57 /(5.7 kJmol-1)3.1-7.2-9.5-

13、10.2第五章第五章第一节第一节(2) 含氧酸的酸碱性递变规含氧酸的酸碱性递变规律律 同一周期同一周期p区元素最高氧化区元素最高氧化态的含氧酸，从左到右的含氧酸，从左到右其酸性依次加其酸性依次加强，如：，如： H4SiO4 H3PO4 H2SO4 HClO4 弱酸弱酸 中中强酸酸 强酸酸 强酸酸 含含氧氧酸酸的的酸酸性性强度度是是由由中中心心原原子子的的电负性性、原原子子半半径径及及氧氧化化数数等等多多项要要素素决决议。对第第三三周周期期的的高高价价含含氧氧酸酸HnXO4来来说，假假设O的的电负性性比比X大大，XO4n-中中的的负电荷荷偏偏向向O原原子子一一侧，可可近近似似以以为XO4n-离离

14、子子所所带n个个负电荷分布在四个荷分布在四个O原子上，每个氧原子的平均原子上，每个氧原子的平均负第五章第五章第一节第一节数数为n/4，在在SiO44-、PO43-、SO42-和和ClO4-各各离离子子团中中，每每个个O原原子子的的负电荷荷数数分分别为：-1、-3/4、-1/2和和-1/4。由由于于O原原子子上上的的电子子密密度度依依次次降降低低，导致致HnXO4中的中的OH键减弱，容易减弱，容易给出出H+，所以酸性逐，所以酸性逐渐加加强。 这一一规律律对于于同同一一周周期期同同类型型的的含含氧氧酸酸都都是是适适用用的的，即即在在同同一一周周期期中中，随随着着中中心心原原子子的的原原子子序序数数

15、添添加加，酸性依次加酸性依次加强。那么对于同一族中那么对于同一族中同类型的含氧酸，同类型的含氧酸，酸性变化规律又如酸性变化规律又如何呢？何呢？第五章第五章第一节第一节 以以HOCl、HOBr和和HOI来来阐明明。在在XO-中中，由由于于X原原子子的的电负性性从从ClI逐逐渐减减弱弱，所所以以XO-中中的的O原原子子电子子密密度度逐逐渐升升高高，使使OH键逐逐渐加加强，因因此此其其酸酸性性强弱按弱按HOClHOBrHOI减弱。减弱。 这个个结论对于于其其它它各各族族同同类型型的的含含氧氧酸酸也也适适用用，即即在在同同一一族族中中，同同类型型的的含含氧氧酸酸强度度，随随着着电子子层数数的添加而减弱

16、。的添加而减弱。第五章第五章第一节第一节 对于于同同一一元元素素不不同同氧氧化化态含含氧氧酸酸的的酸酸性性强弱弱问题，我我们可以可以HOCl、HClO3和和HClO4为例加以例加以阐明。明。 在在Cl的的一一系系列列含含氧氧酸酸中中，中中心心原原子子Cl的的氧氧化化数数越越高高，和和它它结合合的的O原原子子的的电子子密密度度就就越越低低，OH键就就越弱，酸性也就越越弱，酸性也就越强。 HOClHClO3HClO4 这一一结论适适用用于于比比较一一切切中中心心原原子子一一样但但其其氧氧化化数数不不同同的的含含氧氧酸酸的的酸酸性性强弱弱，如如H2SO4H2SO3；HNO3HNO2等。等。第五章第五

17、章第一节第一节 鲍鲍林林L.Pauling针针对对中中心心原原子子对对含含氧氧酸酸强强度度的的影响，提出了两条半定量的规那么：影响，提出了两条半定量的规那么： 规那么一：含氧酸的各那么一：含氧酸的各级解离常数解离常数 1 10-5 10-10。 规那么二：将含氧酸分子式写成规那么二：将含氧酸分子式写成XOm(OH)n通式，通式，那么含那么含 氧酸的一级电离常数与氧酸的一级电离常数与m关系为：关系为： 0 X(OH)n 10-7 1 XO(OH)n 约10-2 2 XO2(OH)n 约103 3 XO3(OH)n 约108 m 化学式化学式 第五章第五章第一节第一节 如如H2SO4可可写写成成S

18、O2(OH)2的的方方式式，根根据据第第二二条条规那那么么，可可推推测其其 值约为103，从从它它出出发，再再运运用用第第一一条条规那那么么，推推算算其其 为1.010-2，而而实测值为1.0210-2，相当接近。当运用第二条，相当接近。当运用第二条规那么估算那么估算H3PO2等酸等酸类 p 值时，应将将与与中中心心原原子子直直接接相相连的的H原原子子同同OH键中中的的H原原子子区区别开开来来，即即分分别将将H3PO3和和H3PO2写写成成PHO(OH)2和和PH2O(OH)的方式，然后的方式，然后进展判展判别。 第五章第五章第一节第一节三、酸碱的电子实际三、酸碱的电子实际 酸酸碱碱质质子子实

19、实际际虽虽然然比比电电离离实实际际运运用用范范围围广广泛泛，但但它仍有局限性，如，我们比较熟习的反响：它仍有局限性，如，我们比较熟习的反响： 虽然然反反响响物物都都没没有有质子子，但但它它们溶溶于于水水分分别变成成Mg(OH)2和和H2SO4，而而Mg(OH)2和和H2SO4反反响响的的结果果却却和和MgO与与SO3的的反反响响一一样，所所以以上上述述反反响响本本质上上也也是是酸酸碱碱反反响响。1923年年美美国国化化学学家家路路易易斯斯提提出出了了酸酸碱碱电子子实际的的概概念念：在在反反响响过程程中中，能能接接受受电子子对的的分分子子、原原子子团或或离离子子称称为酸酸；能能给出出电子子对的的

20、分分子子、原原子子团或离子称或离子称为碱。碱。第五章第五章 按照酸碱电子实际的观念，酸和碱反响可用公式表示为：按照酸碱电子实际的观念，酸和碱反响可用公式表示为： 酸 碱 酸碱加合物例如：例如：第五章第五章第一节第一节 由由于于加加合合反反响响比比较复复杂，因因此此酸酸的的强弱弱不不能能用用一一种种简单的的标度度来来量量度度。例例如如，NH3可可作作为碱碱分分别与与Cu2+和和Cd2+发生生加加合合反反响响，生生成成 和和 。在在这两两个个反反响响中中，前前者者反反响响比比较完完全全，平平衡衡常常数数较大大，阐明明Cu2+的的酸酸性性比比Cd2+强，但但当当用用 作作为碱碱分分别与与Cu2+和和

21、Cd2+发生生加加合合反反响响生生成成 和和 时，却却是是后后者者反反响响比比较完完全全，阐明明Cd2+的的酸酸性性比比Cu2+强，两两者者结论相相反反。所所以以说，不不能能用用简单的的标度度来来衡衡量路易斯酸的酸性量路易斯酸的酸性强弱。弱。 电子子实际也也存存在在缺缺陷陷，主主要要在在于于对路路易易斯斯酸酸碱碱强度度的的判判别没有一致的没有一致的规范，缺乏象范，缺乏象质子子论那那样明确的定量关系。明确的定量关系。第五章第五章第一节第一节第二节第二节 水溶液中质子传送反响水溶液中质子传送反响一、水的解离平衡和离子积一、水的解离平衡和离子积 根据酸碱根据酸碱质子子实际，水的解离反响可表示，水的解

22、离反响可表示为：酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1 在在一一定定温温度度下下，水水本本身身解解离离反反响响的的规范范平平衡衡常常数数表表达式达式为：通常通常简写写为： 第五章第五章 被被称称为水水的的离离子子积常常数数。298.15 K时， 1.010-14。由由于于中中和和反反响响是是放放热反反响响，所所以以水水的的解解离离反反响响是是吸吸热反响。温度升高，水的离子反响。温度升高，水的离子积常数常数 将增大。将增大。 二、水溶液的二、水溶液的pH1、pH的定的定义 普通的稀溶液中，普通的稀溶液中，c(H+)的范的范围在在(10-1410-1) 之之间，习惯用用c(H+)的的负对数来表示，即：数来

23、表示，即： 第五章第五章第二节第二节与与pH对应的还有对应的还有pOH，即：，即： 由于在由于在298.15 K时在水溶液中有时在水溶液中有将等式两边各项分别取负对数，得：将等式两边各项分别取负对数，得：令令 那么那么 第五章第五章第二节第二节 pH是是用用来来表表示示水水溶溶液液酸酸碱碱性性的的一一种种标标度度。pH越越小小，溶溶液液的的酸酸性性越越强强，碱碱性性越越弱弱；pH越越大大，溶溶液液的的碱碱性性越越强，酸性越弱。强，酸性越弱。2 2、酸碱指示、酸碱指示剂 酸酸碱碱指指示示剂普普通通是是有有机机弱弱酸酸或或有有机机弱弱碱碱。假假设以以HIn表表示示酸酸式式指指示示剂， 为其其共共轭

24、碱碱，那那么么HIn的的解解离离平衡可表示平衡可表示为：第五章第五章第二节第二节当当 溶溶液液中中的的pH 1，指指示示剂90以以上上以以弱弱酸酸HIn方式存在，溶液呈方式存在，溶液呈现HIn的的颜色。色。 当当 溶液的溶液的pH 1，指示，指示剂90以上以共以上以共轭碱碱 方式存在，溶液呈方式存在，溶液呈现 的的颜色。色。 第五章第五章第二节第二节当当 溶溶液液的的pH= ，溶溶液液中中HIn与与 各各占占50，呈呈现两两者者的的混混合合颜色色，而而pH = 1称称为指指示示剂的的变色范色范围。 溶液酸碱性、常用指示剂及其变色范围溶液酸碱性、常用指示剂及其变色范围第五章第五章第二节第二节二、

25、水溶液中共轭酸碱对二、水溶液中共轭酸碱对 和和 之间的关系之间的关系 对于共轭酸碱对对于共轭酸碱对 - NH3的的 和和 关系可表示如下：关系可表示如下： 1 1 2 2 第五章第五章第二节第二节反响式反响式1反响式反响式2得：得：所以所以 即即 或写成或写成 .00 第五章第五章第二节第二节 对对于于多多元元弱弱酸酸、弱弱碱碱，也也可可以以用用上上述述方方法法推推导导出出其其各各级级 及及各各级级 之之间间关关系系。例例如如三三元元弱弱酸酸H3PO4的三级解离如下：的三级解离如下： 1 2 2 3 3 第五章第五章第二节第二节三元弱碱三元弱碱 的三级解离为：的三级解离为： 4 4 5 5 6

26、 6 (1)+ (6) = (2) + (5) = (3) + (4)，并得：，并得：第五章第五章第二节第二节所以，所以， 由由此此可可见见，在在水水溶溶液液中中对对于于n元元共共轭轭酸酸碱碱之之间间存存在在以以下关系：下关系：例例 知知298.15K时, H2S的的 ， 求求 的的 和和 。 第五章第五章第二节第二节解：解： 由于由于 所以所以 同理可得同理可得 第五章第五章第二节第二节第三节第三节 质子传送平衡质子传送平衡 及物质浓度计算及物质浓度计算 一、一元弱酸碱的一、一元弱酸碱的质子子传送平衡送平衡 及其物及其物质浓度度计算算第五章第五章 1、一一元元分分子子弱弱酸酸碱碱的的质子子传

27、送送平平衡衡及及其其物物质浓度的度的计算算 在一元弱酸在一元弱酸HAHA的水溶液中存在着以下的水溶液中存在着以下质子子转移反响：移反响： 平衡平衡时c(HA)、c( )和和c ( )之之间有以下关系：有以下关系： ，只只需需c(HA)不不是是很很小小时，系系统中中的的H3O+主主要要是是由由HA解解离离产生生的的。因因此此，计算算HA溶液中的溶液中的c(H3O+)时，就可以不思索水的解离平衡。，就可以不思索水的解离平衡。第五章第五章第三节第三节 实践践上上，在在弱弱酸酸溶溶液液中中除除了了存存在在上上述述解解离离平平衡衡外外，还存在着水的解离平衡：存在着水的解离平衡： 通常情况下，起始起始浓度

28、度 c0 0 0平衡平衡浓度度 c0- c(H+) c(H+) c(H+)第五章第五章第三节第三节 下面以下面以浓度度为 的一元弱酸的一元弱酸HA水溶液水溶液为例，来例，来讨论如何如何计算一元弱酸平衡算一元弱酸平衡时各各组分的分的浓度。度。第五章第五章第三节第三节解解该方程得：方程得： 由于多数弱由于多数弱电解解质解离部分的解离部分的浓度比起始度比起始浓度要小度要小这是是计算一元弱酸溶液算一元弱酸溶液pH的根本公式。的根本公式。 得多，即得多，即c0 远大于大于c(H+)判据判据为 见分析化分析化学教材，在近似学教材，在近似计算中可以以算中可以以为:根本式根本式近似式近似式 例例 计算算298

29、.15 K时，0.10 HAc溶液中的溶液中的 , ，HAc， 浓度及溶液的度及溶液的pH。第五章第五章第三节第三节故可故可简化成：化成： 此式是此式是计算一元弱酸水溶液算一元弱酸水溶液c( )的最的最简公式。公式。解：解： (HAc)1.75410-5最最简式式第五章第五章第三节第三节1用根本公式用根本公式计算算 2用最用最简公式公式计算算由于由于 第五章第五章第三节第三节所以所以 可可见，两种，两种计算算结果相近，用最果相近，用最简公式可得到公式可得到令人称心的令人称心的结果。果。第五章第五章第三节第三节溶液中的来自于水的解离，由 该溶液的 第五章第五章第三节第三节 在在弱弱酸酸弱弱碱碱的

30、的解解离离平平衡衡组成成计算算中中常常用用到到解解离度离度。弱酸的解离度。弱酸的解离度与与 间的定量关系推的定量关系推导如下如下: 设HA(aq)的原始的原始浓度度为c ，那么平衡，那么平衡时：c(1-) c c 平衡平衡浓度度/( ) 当当 1-a1第五章第五章第三节第三节 弱弱酸酸解解离离度度的的大大小小除除与与弱弱酸酸的的本本性性有有关关外外，还与与溶溶液液的的浓度度、温温度度等等要要素素有有关关。在在一一定定温温度度下下，由由式式可看出，某弱酸的可看出，某弱酸的浓度越小，其解离度越大。度越小，其解离度越大。求该HAc溶液的解离度a和解离常数 。第五章第五章第三节第三节 例例 实验测得得

31、0.0200.020 HAc溶液的pH值为3.23，解：解： 知 pH3.23，那么 一元分子弱碱的解离平衡一元分子弱碱的解离平衡组成的成的计算与一元分子算与一元分子弱酸的解离平衡弱酸的解离平衡组成的成的计算算类似，只需用似，只需用 交交换 ，用用 交交换 即可，如一元分子弱碱即可，如一元分子弱碱B的溶液中：的溶液中：第五章第五章第三节第三节第五章第五章第三节第三节上述反响的解离平衡常数可表示上述反响的解离平衡常数可表示为：那么溶液那么溶液c( )浓度的根本度的根本计算公式是：算公式是：最最简公式是：公式是： 总之，一元弱碱溶液平衡之，一元弱碱溶液平衡组成的成的计算方法与一元算方法与一元弱酸的

32、一弱酸的一样，二者无本，二者无本质区区别。 为一一元元弱弱酸酸，在在水水溶溶液液中中发生生质子子转移移反反响响，其水溶液呈酸性，是常其水溶液呈酸性，是常见的离子酸。的离子酸。 第五章第五章第三节第三节 2 2、一元离子弱酸碱的、一元离子弱酸碱的质子子传送平衡及其物送平衡及其物质浓度的度的计算算该反响的反响的规范平衡常数表达式范平衡常数表达式为： 、 等等为一元弱碱，其水溶液一元弱碱，其水溶液显碱性，是常碱性，是常见的离子碱。的离子碱。 第五章第五章第三节第三节 与与 为共共轭酸碱酸碱对，所以，所以 可由可由 求得求得其其计算溶液算溶液c( )的方法同一元弱酸一的方法同一元弱酸一样 该质子子转移

33、反响的移反响的规范平衡常数表达式范平衡常数表达式为 第五章第五章第三节第三节例例 知知298.15 K时， 计算0.100 NaCN溶液的pH。 解：解： 由于： 第五章第五章第三节第三节所以： 二、多元弱酸碱的二、多元弱酸碱的质子子传送平衡及其物送平衡及其物质 浓度度计算算第五章第五章第三节第三节1 1、多元分子弱酸碱的、多元分子弱酸碱的质子子传送平衡及其物送平衡及其物质 浓度的度的计算算 氢硫硫酸酸 H2S 的的解解离离反反响响是是分分二二步步进展展的的，并并有有各自的解离平衡常数。各自的解离平衡常数。 时，在此情况下溶液中的，在此情况下溶液中的c(H+)的的计算可按一元弱酸的解离平衡做近

34、似算可按一元弱酸的解离平衡做近似处置。置。 当当 / 103 和和第一步： 第五章第五章第三节第三节第二步： 第五章第五章第三节第三节例例 计算算298.15 K时，0.100 溶液中的溶液中的 和和 浓度以及溶液的度以及溶液的pH。解解 由于： 第五章第五章第三节第三节所以： 平衡浓度/( )第五章第五章第三节第三节是在第二步解离中是在第二步解离中产生的，生的，设其其浓度度为 y 由于由于y很小，那么很小，那么所以所以 ，第五章第五章第三节第三节来自 的解离平衡，设其浓度为 z 对于多元分子弱碱的于多元分子弱碱的质子子传送平衡及其物送平衡及其物质浓度度的的计算与多元弱酸的算与多元弱酸的处置方

35、法置方法类似，即用途置似，即用途置 的的类似方法来似方法来处置置 。 第五章第五章第三节第三节 在在仅含二元弱酸含二元弱酸 的溶液中，的溶液中， 时，二元，二元酸根离子的酸根离子的浓度度 第五章第五章第三节第三节2、多元离子弱酸碱的、多元离子弱酸碱的质子子传送平衡及其物送平衡及其物质 浓度的度的计算算 ， 等是多元离子弱碱，等是多元离子弱碱，这些阴离子与水之些阴离子与水之间的的质子子转移反响也是分步移反响也是分步进展的。展的。 例如，例如， 水溶液中的水溶液中的质子子转移反响移反响为： 第五章第五章第三节第三节同理 所以 这阐明明 的第一步反响是主要的，的第一步反响是主要的，计算算 水溶水溶液

36、的液的pH时，可只思索第一步的，可只思索第一步的质子子转移反响，同移反响，同处置置多元分子弱碱的方法多元分子弱碱的方法类似。似。 多元离子酸溶液多元离子酸溶液pH的的计算也可照此算也可照此处置。置。第五章第五章第三节第三节例例 计算算298.15 K时，0.10 溶液的溶液的pH。解：解： 是三元弱碱，根据共是三元弱碱，根据共轭酸碱常数的关系求得：酸碱常数的关系求得：由于： 第五章第五章第三节第三节所以：所以： 现以以 水水溶溶液液为例例来来讨论酸酸式式盐溶溶液液中中的的质子子传送平衡。送平衡。 水溶液中水溶液中发生如下生如下质子子转移反响：移反响：如 等和 。第五章第五章第三节第三节三、两性

37、物三、两性物质的的质子子传送平衡及其物送平衡及其物质浓度度计算算1 1、酸式、酸式盐的的质子子传送平衡及其物送平衡及其物质浓度的度的计算算 1 第五章第五章第三节第三节2 3 因因此此 浓度度可可代代表表 的的生生成成浓度度。而而被被因因反响反响1中中产生的生的 中和掉的中和掉的 的的浓度可用度可用 代代表表。所所以以，反反响响系系统中中的的 平平衡衡浓度度可可表表示示为： 由上述由上述3个反响式的个反响式的进展程度可知，展程度可知， 主要来源主要来源于于2式反响，式反响， 主要来源于主要来源于1式反响。式反响。第五章第五章第三节第三节第五章第五章第三节第三节再由相关平衡关系式可得：再由相关平

38、衡关系式可得： 第五章第五章第三节第三节进而可得：而可得：整理后得：整理后得： 由于由于 都很小，当都很小，当 溶液不溶液不是很稀是很稀时，可以，可以为平衡平衡时， 那么有：那么有： 第五章第五章第三节第三节假假设 ，可，可进一步一步简化化为： 第五章第五章第三节第三节 只只需需符符合合上上述述有有关关近近似似条条件件，就就可可以以计算算出出酸酸式式盐的的pH。这种溶液的种溶液的pH与酸式与酸式盐的原始的原始浓度无关。度无关。 如：如： 由于由于 和和 都很小，且都很小，且 所以溶液中的所以溶液中的 浓度度为：第五章第五章第三节第三节例例 计算算0.10 溶液的溶液的pH。解：知：解：知： 第

39、五章第五章第三节第三节2 2、弱酸弱碱、弱酸弱碱盐的的质子子传送平衡及其物送平衡及其物质浓度的度的计算算 下面以 阴、阳离子与水的作用程度相当水溶液为例，讨论弱酸弱碱盐溶液的酸碱性的计算。1 2 第五章第五章第三节第三节3 1+2-3得总反响4 由由上上述述反反响响的的平平衡衡常常数数可可见，1和和2的的反反响响程程度度相相近近且且远大大于于3，即即 主主要要来来源源于于反反响响1， 主主要要来来源源于于反反响响2。此此外外，反反响响系系统中中的的 和和 浓度度相相等等， 和和 浓度度相相等等。再再由由反反响响4可可得：得： 第五章第五章第三节第三节第五章第五章第三节第三节那么： 由由此此可可

40、见，弱弱酸酸弱弱碱碱盐两两性性水水溶溶液液的的 浓度度同同样与与两两性性物物质的的初初始始浓度度无无关关。据据此此 , 水水溶溶液液的的pH为： 氨氨基基酸酸的的酸酸性性和和碱碱性性都都很很弱弱，其其计算算溶溶液液 的的方方法法与与普普通通的的酸酸式式盐(如如 等等)一一样进展展计算。算。 第五章第五章第三节第三节 氨基酸是另一种氨基酸是另一种类型的两性物型的两性物质。例如氨基乙酸在。例如氨基乙酸在溶液中是以双极性离子溶液中是以双极性离子 存在的，它既能失存在的，它既能失去去质子起酸的作用，又能得到子起酸的作用，又能得到质子起碱的作用：子起碱的作用： 第五章第五章第三节第三节四、影响酸碱平衡的

41、要素四、影响酸碱平衡的要素1 1、稀、稀释作用作用 这一一公公式式称称稀稀释定定律律。它它阐明明了了一一元元弱弱酸酸的的浓度度、解解离离度度和和解解离离常常数数之之间的的关关系系。298.15 K时不不同同浓度度HAc的解离度的解离度(a)与酸度与酸度( )的的变化关系。化关系。第五章第五章第三节第三节298.15 K时不同不同浓度度HAc的解离度的解离度a与与c( ) a /%a /%0.101.31.310-30.00505.82.910-40.0104.14.110-40.0010121.210-4运用稀运用稀释定律定律时，还应留意以下几点：留意以下几点：1对一元弱碱，只需将一元弱碱，只

42、需将 换成成 ，此，此时稀稀释定律定律变为： 第五章第五章第三节第三节2必必需需是是单独独的的一一元元弱弱酸酸碱碱系系统，由由于于只只需需在在此此种种情情况况下下平平衡衡浓度度 。假假设存存其其他他的的酸酸或或碱碱，那那么么平平衡衡时 ，a与与 或或 不不存存在上述关系。在上述关系。 2 2、同离子效、同离子效应同离子同离子 同离子同离子 第五章第五章第三节第三节 同同样，在氨水中参与，在氨水中参与 时，溶液中，溶液中 浓度度大大添加，氨水的解离度降低，使溶液的碱性减弱。大大添加，氨水的解离度降低，使溶液的碱性减弱。 综上上所所述述，在在弱弱电解解质中中参参与与与与该弱弱电解解质有有共共同同离

43、离子子的的强电解解质，使使弱弱电解解质的的解解离离度度减减小小的的景景象象，称称为同同离离子子效效应。下下面面经过计算算阐明明同同离离子子效效应对酸酸碱碱平平衡挪衡挪动的影响。的影响。 第五章第五章第三节第三节例例 计算算10.10 HAc溶液的溶液的c( )和解离度和解离度a； 2假假设在在上上述述溶溶液液中中参参与与NaAc，使使其其浓度度也也为0.10 ，那那么么溶溶液液的的c( )和和解解离离度度a又又为多多少少？ 解解 1未参与未参与NaAc时，溶液是，溶液是单一的一的HAc体系：体系：根据稀根据稀释定律：定律：第五章第五章第三节第三节2参与参与NaAc后，因后，因NaAc是是强电解

44、解质，结果使溶液中果使溶液中 浓度增大，度增大，HAc在水溶液中在水溶液中质子子转移平衡向左挪移平衡向左挪动，从而降低了，从而降低了HAc解离度。到达解离度。到达新平衡后，新平衡后， 设此此时 为 平衡平衡浓度度/ 0.10-x x 0.10+x第五章第五章第三节第三节参与参与NaAc后，由于同离子效后，由于同离子效应使使HAc解离出的解离出的 和和 离子离子浓度更小，那么有：度更小，那么有： 第五章第五章第三节第三节 由由计算算结果可果可见，参与，参与NaAc后由于后由于产生同离子效生同离子效应，使，使HAc解离度解离度a降至其降至其单独存在独存在时的的 1 / 75。 第五章第五章第三节第

45、三节3 3、盐效效应 由由于于强电解解质的的参参与与使使弱弱电解解质的的解解离离度度增增大大的的景景象象，称称为盐效效应即即异异离离子子效效应。例例如如，在在1 L 0.10 HAc溶溶液液中中参参与与0.10 mol NaCl，HAc的的解解离度离度a将由将由1.32增大到增大到1.70。 须留留意意，在在发生生同同离离子子效效应的的同同时，总伴伴随随着着盐异异离离子子效效应，但但盐效效应通通常常不不会会使使电离离度度发生生数数量量级的的变化。因此，普通情况下主要思索同离子效化。因此，普通情况下主要思索同离子效应。第四节第四节 缓冲溶液缓冲溶液 第五章少量强酸、强碱对不同溶液少量强酸、强碱对

46、不同溶液pH值的影响忽略体积变化的影响值的影响忽略体积变化的影响 pH加入0.010mol HCl 加入0.010mol NaOH pHpH pHpH 纯H2O 7.002.005.0012.005.000.1M NaCl水溶液 7.002.005.0012.005.000.1M HAc-0.1M NaAc混合水溶液 4.744.650.094.830.09 像像HAc-NaAc这这类类具具有有抵抵抗抗外外来来少少量量强强酸酸、强强碱碱而坚持而坚持pH值几乎不变的溶液称为缓冲溶液。值几乎不变的溶液称为缓冲溶液。 缓冲溶液按其冲溶液按其组成可分成可分为三三类：1由由弱弱酸酸碱碱和和它它的的共共轭

47、碱碱酸酸组成成，它它们是是运用最多的一运用最多的一类缓冲溶液；冲溶液；2较高高浓度度的的强酸酸或或强碱碱溶溶液液，由由于于这些些溶溶液液本本身身酸酸度度或或碱碱度度较高高，外外加加少少量量酸酸、碱碱或或稀稀释后后，溶溶液液的的pH变化不大；化不大；3两两性性物物质的的水水溶溶液液，如如NaH2PO4，Na2HPO4等等，也具有也具有缓冲作用。本冲作用。本节主要主要讨论第一第一类缓冲溶液。冲溶液。 第五章第四节第四节一些常见的缓冲溶液一些常见的缓冲溶液弱酸共轭碱 pH范围 邻苯二甲酸 邻苯二甲酸氢钾 1.14010-31.943.94醋酸 醋酸钠 1.75410-5 3.765.76 磷酸二氢钠

48、 磷酸氢二钠 6.1710-86.218.21 磷酸氢二钠 磷酸钠 4.7910-13 11.3213.32碳酸氢钠 碳酸钠 4.6810-119.3311.33氯化铵 氨水 5.6210-10 8.2510.25第五章第四节第四节 一一 缓冲作用原理和缓冲作用原理和pH计算计算第五章 1 1缓冲作用原理冲作用原理 水溶液中有大量的水溶液中有大量的HAHA和和 共存，且是共共存，且是共轭酸碱酸碱对，它，它们之之间存在着存在着质子子转移平衡移平衡为： 当当参参与与少少量量强酸酸(H+)时，溶溶液液中中 离离子子接接受受质子子，平平衡衡向向左左挪挪动生生成成HA。共共轭碱碱 起起抗抗酸酸作作用用，

49、称称为抗酸成分。抗酸成分。第五章 当当参参与与少少量量强碱碱时，与与溶溶液液中中的的H3O+结合合生生成成H2O，平平衡衡右右移移促促使使HA的的解解离离。共共轭酸酸HA起起抗抗碱碱作作用，称用，称为抗碱成分。抗碱成分。 当当参参与与少少量量水水稀稀释时，一一方方面面降降低低了了溶溶液液中中的的c(H)和和c( )的的浓度度，另另一一方方面面由由于于解解离离度度的的添添加加和和同同离离子子效效应的的减减弱弱，使使平平衡衡向向增增大大c(H)的的方方向向挪挪动，这样总的的结果是溶液的果是溶液的pH根本不根本不变。 总之之，缓冲冲溶溶液液的的pH之之所所以以能能坚持持相相对的的稳定定性性，是是依依

50、赖于于溶溶液液中中有有相相当当大大量量的的能能用用于于耗耗费和和H的抗碱成分和抗酸成分来的抗碱成分和抗酸成分来实现的。的。 第四节第四节第五章 2缓冲溶液的缓冲溶液的pH计算计算 对对于于弱弱酸酸及及其其共共轭轭碱碱, 如如HANaA所所构构成成的的缓缓冲冲 溶液，其溶液，其pH计算公式可推导如下：计算公式可推导如下： 起始起始浓度度/ c0 (HA) 0 c0 ( )平平衡衡浓度度/ c0 (HA)x x c0 ( )+ x将平衡将平衡浓度代入度代入 第四节第四节 得：得：第五章因有同离子效因有同离子效应存在，存在，HA解离程度很小，于是解离程度很小，于是c0 (HA)x c0 (HA)，

51、c0 ( )+x c0 ( )，将其关系，将其关系代入上式那么得：代入上式那么得： 假假设将等式两将等式两边分分别取取负对数得：数得： 第四节第四节第五章或：或：对共共轭酸碱酸碱对来来说，298.15 K时有，有， ，。所以：可得知：可得知： (1) 缓冲溶液的冲溶液的pH主要取决于弱酸的主要取决于弱酸的规范平衡常数范平衡常数 第四节第四节第五章2 称称为缓冲冲比比，对于于同同一一缓冲冲对组成成的的溶溶液液，因因 一一样，溶溶液液的的pH那那么么取取决决于于缓冲冲比比的的变化化。假假设缓冲比等于冲比等于1，那么，那么 pH3假假设以以n(HA)和和n( )分分别表表示示在在体体积V的的缓冲冲溶

52、溶液中所含弱酸及其共液中所含弱酸及其共轭碱物碱物质的量，那么的量，那么4加加少少量量水水稀稀释后后(假假设不不思思索索离离子子强度度的的影影响响)，c(HA)和和c( )以一以一样比例减小，比例减小，缓冲比不冲比不变，pH应不不变第四节第四节例例 计算算10mL的的0.30 NH3(aq)和和10mL的的0.1HCl(aq)混混 合合 后后 溶溶 液液 的的 pH为 多多 少少 ？ 当当 参参 与与 0.1mL的的 1 HCl(aq)于混合后的溶液中，于混合后的溶液中，pH又又为多少？多少？ 解解：1NH3(aq)和和HCl(aq) 混混合合后后发生生中中和和反反响响，反反响响过剩剩的的NH3

53、(aq)与与生生成成的的NH4Cl(aq)组成成缓冲冲溶溶液液。在在该缓冲溶液中：冲溶液中： 第五章第四节第四节第五章有：有：第四节第四节2 2c c 添加了添加了0.005 0.005 ，即：，即： 第五章所以：所以：系系统的的pH仅改改动了了0.06个个单位。位。第四节第四节第五章 需求留意的是，酸性或碱性较强的缓冲溶液，如 或 的pH计算，不能用上述缓冲公式，而必需按照酸或碱的解离平衡组成来计算。这是由于这些酸或碱的解离平衡常数较大， 或 不成立，否那么会引起较大的计算误差。 第四节第四节单位： 第五章第五章二二缓冲容量和缓冲范围缓冲容量和缓冲范围 为了表示了表示缓冲才干的大小，引入冲才

54、干的大小，引入缓冲容量冲容量的概念。的概念。 在在一一定定体体积V的的缓冲冲溶溶液液中中，参参与与一一定定量量n的的一一元元强酸酸或或强碱碱后后引引起起溶溶液液pH的的变化化来来计算算缓冲冲容量容量，即：，即： 缓冲冲容容量量等等于于1 L缓冲冲溶溶液液pH改改动1个个单位位时，所所需需参参与与一一元元强酸酸或或一一元元强碱碱的的物物质的的量量。值越越大大，阐明明缓冲才干越冲才干越强。 第五章 缓冲容量的大小取决于冲容量的大小取决于缓冲溶液的冲溶液的总浓度和度和缓冲比。冲比。1总浓度度 总浓度度是是指指缓冲冲溶溶液液中中弱弱酸酸弱弱碱碱与与其其共共轭碱碱酸酸的的浓度度之之和和，即即c(总)=

55、c(弱弱酸酸)c(共共轭碱碱) 或或 c(总)= c(弱碱弱碱)c(共共轭酸酸)。 下面下面经过计算算阐明明总浓度度对缓冲容量的影响。冲容量的影响。 a: 计算算0.1 NH3 -0.1 NH4Cl的的。解：解：设pH降低一个降低一个单位位时可知可知缓冲比添加冲比添加10，需，需补加加酸的酸的浓度度为x 。第四节第四节 那么缓冲比 得x0.082 那么： 0.082 第五章同同理理，可可以以解解出出pH添添加加一一个个单位位时，需需补加加碱碱的的浓度度为y=0.082 。b: 计算算0.010 NH3 -0.010 NH4Cl的的。 解解：同同a计算算过程程一一样，可可以以得得出出该缓冲冲溶溶

56、液液的的缓冲冲容量容量为0.0082 ，它比前者小。，它比前者小。第四节第四节第五章 经过对上面两种上面两种缓冲溶液的冲溶液的缓冲容量的冲容量的计算，算，发现当当缓冲比一定冲比一定时，总浓度越大度越大(a中中c(总)=0.20 ) 抗酸抗碱成分越多，抗酸抗碱成分越多，缓冲容量也越大；反之，冲容量也越大；反之，总浓度越度越小小 b中中c(总)=0.020 ，缓冲容量也越小。冲容量也越小。2缓冲比冲比第四节第四节第五章 因此，把因此，把 作作为缓冲溶液的冲溶液的缓冲范冲范围。 缓冲容量与缓冲比的关系缓冲容量与缓冲比的关系缓冲溶液cA-/ molL-1cHA/ molL-1缓冲比c总 / molL-

57、1/ molL-1pH-1 10.0050.0951：190.100.01120.0100.0901：90.100.02130.0500.0501：10.100.05840.0900.0109：10.100.02150.0950.00519：10.100.011第四节第四节第五章三三缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制 根据上面的讨论，配制缓冲溶液应按以下原那么和步骤进展。1选择适宜的缓冲体系 在保证所选择的缓冲溶液对反响没有干扰的前提下，使配制缓冲溶液的pH尽能够接近弱酸的 或pOH 尽能够接近弱碱的 ，它们的最大差别不要超越1。 2配制适宜的总浓度 为了使配制的缓冲溶液具有较大的缓冲容量，普通总浓

58、度控制在0.11 之间。3计算所需弱酸碱和共算所需弱酸碱和共轭碱碱(酸酸)的量。的量。 例例 如何配制如何配制pH=7.40的磷酸的磷酸盐缓冲溶液？冲溶液？ 解：磷酸是三元弱酸，从附表四中解：磷酸是三元弱酸，从附表四中查出相出相应的的 值。第五章第四节第四节第五章由于由于 与要求的与要求的pH最接近，所以最适宜的最接近，所以最适宜的缓冲冲对是是 。 即：因因此此，按按n( )：n( )0.65：1的的物物质的的量量关关系系，将将NaH2PO4和和 Na2HPO4溶溶解解在在水水中中。如如将将0.065 mol Na2HPO4和和0.10 mol NaH2PO4溶溶解解在在足足量量的的水水中中配

59、配制成制成1.0 L溶液即可。溶液即可。第四节第四节第五章例例 配配制制1.0 L pH = 9.80，c(NH3) = 0.10 的的缓冲冲溶溶液液。需需6.0 NH3H2O多多少少毫毫升升以以及及固固体体(NH4)2SO4多多 少少 克克 ? 知知 (NH4)2SO4摩摩 尔 质 量量 为 132 解：根据式解：根据式 得得 第四节第四节第五章那么：那么：参与参与(NH4)2SO4的的质量量为：氨水用量：氨水用量： 即即称称取取1.8 g固固体体(NH4)2SO4溶溶于于少少量量水水中中，参参与与17 mL 6.0 NH3H2O，然然后后加加水水稀稀释至至1L，摇匀即可。匀即可。第四节第四节