第六章-酸堿平衡和酸堿滴定法-1課件

1、第6章 酸堿平衡和酸堿滴定法以酸堿反應(yīng)為基礎(chǔ)的滴定方法2022/7/191酸堿理論電離理論質(zhì)子理論酸能電離出H+的物質(zhì)堿電離出OH-的物質(zhì)酸凡能給出質(zhì)子(H+)的物質(zhì)堿凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)6-1 酸堿平衡的理論基礎(chǔ)2022/7/192一. Brsted-Lowry theory酸堿質(zhì)子理論共軛酸 共軛堿 + H+ conjugate acid conjugate base proton 酸堿共軛關(guān)系 酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì) 酸堿的強(qiáng)度理解質(zhì)子酸堿理論：HCl Cl- + H+2022/7/1931、酸堿定義（酸堿質(zhì)子理論）：酸：凡是能給出質(zhì)子（H+）的物質(zhì)是酸堿：凡是能接受質(zhì)子的物質(zhì)是堿2022/7/1

2、94酸堿半反應(yīng) 共軛酸 堿 + 質(zhì)子 2.酸堿半反應(yīng) 酸 共軛堿 + 質(zhì)子 Proton donor Proton acceptor Proton HAc Ac- + H+ NH4+ NH3 + H+ HCO3- CO32- + H+ H6Y2+ H5Y+ + H+ 通式: HA A- + H+2022/7/195酸堿可以是陽(yáng)離子，陰離子，也可以是中性分子。有酸才有堿，有堿必有酸，酸中有堿，堿可變酸。NH4+ 、 H2PO4- 、HSO4-、H2O2022/7/1963、共軛酸堿對(duì)2022/7/197 由得失一個(gè)質(zhì)子而發(fā)生共軛關(guān)系的一對(duì)酸堿,稱為共軛酸堿對(duì) 2022/7/1984、水分子的兩性

3、質(zhì)子自遞常數(shù)2022/7/1995、酸堿反應(yīng)實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): 質(zhì)子傳遞過(guò)程結(jié)果: 各反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為它們各自的共軛酸或共軛堿。2022/7/19106.酸堿反應(yīng)的方向酸堿反應(yīng)中，質(zhì)子總是從強(qiáng)酸向強(qiáng)堿轉(zhuǎn)移，生成弱酸和弱堿。 例如： HCl + H2O= H3O+ + Cl- 強(qiáng)酸 強(qiáng)堿 弱酸 弱堿HNO3 + H2O = H3O+ + NO3- 完全電離，在水中比 H3O+ 更強(qiáng)的 HNO3 一定會(huì)和強(qiáng)堿 H2O 反應(yīng)，生成 H3O+ 和弱堿 NO3- 2022/7/1911二、酸堿解離平衡1、解離常數(shù)：溶液中有以下弱酸、弱堿化學(xué)平衡解離平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡酸的解離常數(shù)BOH B+OH-堿的解離常數(shù)2022

4、/7/19122、酸堿的強(qiáng)弱 酸堿的強(qiáng)弱定量地用酸堿的離解常數(shù) 、 的大小來(lái)表示。強(qiáng)弱順序：HAc NH4+ HS-2022/7/1913堿的離解常數(shù)強(qiáng)弱順序： S 2- NH3 Ac- 2022/7/19143、共扼酸堿對(duì) 、 之間的關(guān)系2022/7/1915t 0C01020253040506014.9614.5314.1614.0013.8313.5313.2613.02 水的解離是一個(gè)吸熱反應(yīng)，隨著溫度升高解離常數(shù)升高。但一般室溫下可不考慮溫度的影響2022/7/19164. 弱酸弱堿解離的程度酸性 電離度 酸堿的強(qiáng)度用電離度（解離度）來(lái)表示。根據(jù)解離度的大小分為強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)。

5、強(qiáng)酸強(qiáng)堿是完全解離的強(qiáng)電解質(zhì)； 弱酸弱堿是部分解離的弱電解質(zhì)；=已解離的分子數(shù) / 解離前原電解質(zhì)的分子總100%2022/7/1917表觀解離度 強(qiáng)電解質(zhì)（KCl、NaOH、HCl）在水中的解離度應(yīng)該是100%，但是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得解離度都小于100%？ 強(qiáng)電解質(zhì)溶液，離子濃度大，離子間距離較小，離子間的吸引力和排斥力顯著，陽(yáng)離子周圍吸引較多陰離子、陰離子周圍吸引較多陽(yáng)離子，互相牽制，非完全自由，所以測(cè)得“解離度”小于100%，不代表實(shí)際解離情況表觀解離度。 ？2022/7/1918小結(jié) ! 酸堿半反應(yīng)不可能單獨(dú)發(fā)生酸堿反應(yīng)是兩對(duì)共軛酸堿對(duì)共同作用的結(jié)果 酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移 酸堿的強(qiáng)弱定量

6、地由解離常數(shù)大小來(lái)決定2022/7/1919練習(xí)題1、H2O的共軛酸是 ( ) A. H2O B. HAc C. H3O+ D. OH-C2、根據(jù)酸堿質(zhì)子理論，正確的說(shuō)法是 ( ) A. 酸愈強(qiáng)，則其共軛堿愈弱 B. H3O+是水溶液中的最強(qiáng)酸 C. H3O+的共軛堿是OH- D. OH-是水溶液中的最強(qiáng)堿A、B、D 3、根據(jù)酸堿質(zhì)子理論下列化合物中不屬于酸的是 （ ） A. HCO3- B. NH4+ C. HAc D. Ac-D2022/7/1920一、基本概念6-2 弱酸弱堿的解離平衡 分析濃度： 分析濃度是指在一定體積(或質(zhì)量)的溶液中所含溶質(zhì)的量，亦稱總濃度或物質(zhì)的量濃度。通常以mo

7、lL-1或moldm-3為單位，用c表示。 平衡濃度： 平衡濃度是指平衡狀態(tài)時(shí)，在溶液中存在的每種型體的濃度，用符號(hào) 表示，其單位同上。 2022/7/1921（一）質(zhì)子平衡方程（proton balance equation,PBE ）1、定義： 按照酸堿質(zhì)子理論，酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移，則得質(zhì)子后的產(chǎn)物得到質(zhì)子的摩爾數(shù)與失去質(zhì)子后的產(chǎn)物失去質(zhì)子的摩爾數(shù)相等，按此列出的方程稱質(zhì)子平衡方程（或稱質(zhì)子條件）,以PBE為符號(hào)。2、用 途： 根據(jù)質(zhì)子條件，可得到溶液中濃度與有關(guān)組分濃度的關(guān)系式，即計(jì)算公式。二、處理水溶液中酸堿平衡的方法2022/7/19223、方法：根據(jù)參考水準(zhǔn)來(lái)寫質(zhì)子平衡方程

8、。參考水準(zhǔn)的選擇： 選擇一些酸堿組分做參考，以它們作為水準(zhǔn)來(lái)考慮質(zhì)子的得失。通常是原始的酸堿組分，大量存在并與質(zhì)子轉(zhuǎn)移直接有關(guān)的酸堿組分。如原始酸堿組分本身及溶劑水等。2022/7/1923例1 寫出c molL-1 弱酸HB溶液的PBE參考水準(zhǔn)得質(zhì)子失質(zhì)子HBH2OHHOHBHH+PBE：2022/7/1924例2 寫出c molL-1 Na2HPO4溶液的PBE參考水準(zhǔn)得質(zhì)子失質(zhì)子H2OHPO42-HHOHPO43-HH2HH+H2PO4-H3PO4PBE：2022/7/1925例：NaHCO3(0.10molL-1)溶液中存在如下平衡關(guān)系： NaHCO3 = Na+ + HCO3- HC

9、O3- + H2O = H2CO3 + OH- HCO3- = H+ + CO32-（二）物料平衡(MBE) (補(bǔ)充） 在平衡狀態(tài)時(shí)，物質(zhì)各型體的平衡濃度之和，必然等于其分析濃度。物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中所遵守的這一規(guī)律，稱為物料平衡 (MBE)。物料平衡規(guī)律，平衡時(shí)： Na+ 0.10 molL-1 HCO3- + H2CO3 + CO32- 0.10 molL-12022/7/1926例：寫出含有2.010-3mol/LCu(NO3)2和0.20 mol/L NH3的混合溶液的MBE。Cu(NO3)2 = Cu2+NO3- NH3+H2O=NH4+OH-Cu2+ NH3=Cu(NH3)2+ Cu2

10、+2NH3=Cu(NH3)22+Cu2+ 3NH3=Cu(NH3)32+ Cu2+4NH3=Cu(NH3)42+Cu2+ 5NH3=Cu(NH3)52+2022/7/1927（三）電荷平衡方程（補(bǔ)充）Charge Balance Equation CBE 在平衡狀態(tài)，溶液中正離子所帶電荷總數(shù)與負(fù)離子所帶電荷總數(shù)相等的數(shù)學(xué)表達(dá)式。例：寫出 c mol/LNaCN溶液的CBE。Na+, H+, CN-, OH-CBE：2022/7/1928例：寫出c mol/L 的Na2HPO4的CBE。Na，HPO42，H2PO4， PO43， H，OHCBE：2022/7/1929 酸 堿 溶 液 c(H+)

11、 的 計(jì) 算物料平衡電荷平衡質(zhì)子條件c(H+)的精確表達(dá)式近似式最簡(jiǎn)式化學(xué)平衡關(guān)系近似處理進(jìn)一步近似處理Proton Condition: 溶液中酸失去質(zhì)子的數(shù)目等于堿得到質(zhì)子的數(shù)目 。Material Balance: 物質(zhì)各型體的平衡濃度之和等于其分析濃度。Charge Balance: 溶液中正離子所帶正電荷的總數(shù)等于負(fù)離子所帶負(fù)電荷的總數(shù)。2022/7/19306-3 溶液的酸堿性（掌握）一、強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液pH計(jì)算二、一元弱酸弱堿溶液pH計(jì)算三、多元酸堿溶液pH的計(jì)算（了解）四、兩性物質(zhì)的溶液(了解)五、緩沖溶液的pH計(jì)算溶液2022/7/1931 現(xiàn)以HCl為例,在cmolL-1HCl

12、溶液中存在以下離解作用：該溶液體系CBE為：一、強(qiáng)酸(強(qiáng)堿)溶液pH計(jì)算H2O+H2O H3O+OH-HCl H+ + Cl- H+OH-+Cl-Cl-=c pH = -lgc 近似求解精確式（c10-6molL-1）一般HCl溶液濃度c10-6molL-1，忽略水的解離，近似求解。2022/7/1932 一元強(qiáng)堿溶液pH的計(jì)算 以NaOH溶液為例：NaOH Na+OH- CBE: OH- =Na+H3O+ c10-6molL-1(可忽略水的解離) OH-c pOH-lgc 近似解 c10-6molL-1 H2O+H2O H3O+OH-2022/7/19331、精確公式PBE : H+ = B

13、 -+ OH- 精確公式弱酸:c mol/L HB H+B-H2O+H2O H3O+OH-二、一元弱酸(弱堿)溶液pH計(jì)算（掌握）部分解離2022/7/19342、近似公式(弱酸初始濃度 c mol/L)平衡時(shí) 近似公式2 近似公式12022/7/1935最簡(jiǎn)式說(shuō)明： c / Ka500 時(shí)，最簡(jiǎn)式所得結(jié)果相對(duì)誤差2.2%，其準(zhǔn)確滿足通常計(jì)算的要求。2022/7/1936一元弱堿水溶液的堿度計(jì)算近似式1近似式2最簡(jiǎn)式2022/7/1937例 1 計(jì)算1.010-4 molL1的 HAc溶液的pH值，已知Ka=1.76 10-5 解：又因：=3.4010-5mol/L2022/7/1938(略)

14、將0.2mol L-1 HAc與0.2mol L-1 NaOH等體積混合后，求混合液的pH值(HAc的 Ka=1.810-5)。2022/7/1939 三、多元酸堿溶液pH的計(jì)算 （一）多元弱酸溶液 以二元弱酸（H2A）為例。該溶液的PBE為：H+=OH-+HA-+2A2- 因溶液為酸性，故OH-可忽略不計(jì)，由平衡關(guān)系： 通常二元酸Ka1Ka2，即第二步電離可忽略，而且H2A=c-H+,于是上式可以寫為：2022/7/1940 求解：與一元弱酸相似（因二元弱酸Ka1Ka2） 2022/7/1941(二) 多元弱堿溶液 也可按一元弱堿處理（因二元弱酸Kb1Kb2） 2022/7/1942例3：計(jì)

15、算0.1000 mol.L-1 Na2CO3溶液的pH值.解：因：2022/7/1943五、同離子效應(yīng)和鹽效應(yīng)同離子效應(yīng) 在弱電解質(zhì)溶液中，加入與該弱電解質(zhì)含有相同離子的強(qiáng)電解質(zhì)后，使得弱電解質(zhì)的電離平衡向左移動(dòng)，從而降低弱電解質(zhì)電離度的作用。例：HAc + NaAc , HAc的離解度降低。NH3H2O + NH4Cl ， NH3H2O的離解度降低。HAc + HCl ， HAc的離解度降低。2022/7/1944例:在1升0.1mol/L HAc溶液中加入0.1mol NaAc晶體（體積不變）,計(jì)算溶液中氫離子濃度及離解度。解： HAc = H+ + Ac- 初： 0.1 0 0.1 平： 0.1-x x 0.1+ x x(0.1+x) Ka = = 1.7610-5 0.1x因 c / Ka500，故 0.1 + x0.1 0.1x0.1x = 1.7610-5 (mol/L)