化學原理 化學平衡 酸堿平衡

1、化學原理 化學平衡 酸堿平衡第1頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸 H+ + 堿共軛酸堿第2頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一兩性物質(zhì)HCO3兩性物質(zhì)在共軛對（1）中是酸在共軛對（2）中是堿既能給出質(zhì)子，又能接受質(zhì)子的物質(zhì)。第3頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一質(zhì)子論的酸堿反應(yīng)意義：任何酸堿反應(yīng)均是質(zhì)子在兩種酸堿之間的傳遞。傳遞的方向與酸堿強度有關(guān)。第4頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一(1) 酸堿解離反應(yīng)是質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)HF在水中的解離反應(yīng)：HF(aq) H+ + F(aq)H+ + H2O(l)

2、 H3O+(aq)HF(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + F(aq) 第5頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一(2) 水：兩性物質(zhì)，自耦電離平衡H2O(l)+H2O(l) H3O+(aq) +OH(aq)H+酸(1)堿(2)酸(2)堿(1)第6頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一(3) 鹽類水解反應(yīng)NaAc水解：Ac+H2O OH + HAcH+酸(1)堿(2)酸(2)堿(1)NH4Cl水解: + H2O H3O+ + NH3H+酸(1)堿(2)酸(2)堿(1)第7頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一(4) 非水溶

3、液中的酸堿反應(yīng)，如NH4Cl的生成：H+液氨中的酸堿中和反應(yīng)：H+第8頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸和堿的相對強度 酸給出質(zhì)子能力和堿接受質(zhì)子能力的強弱。第9頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸和堿的相對強度溶劑區(qū)分效應(yīng)：用同一個溶劑能區(qū)分酸或堿的相對強弱 如H2O可以區(qū)分HAc、HCN酸性的強弱溶劑拉平效應(yīng)：溶劑將酸或堿強度拉平的作用 水對強酸起不到區(qū)分作用，水能夠同等程度地將HClO4、HCl、HNO3等強酸的質(zhì)子全部奪取過來。第10頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸和堿的相對強度溶劑：中性溶劑酸性溶劑堿性溶劑

4、第11頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸和堿的相對強度選取比水的堿性弱的堿，如冰醋酸為溶劑對水中的強酸可體現(xiàn)出區(qū)分效應(yīng)。第12頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一pH 與 Kw25oC純水中 溫度/oC025100Kw1.1010-151.010-145.5010-13第13頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸堿平衡計算醋酸溶液中的同時電離平衡：4 物質(zhì) HAc、Ac、H+、OH，2 方程需建立另 2 方程求各物濃度第14頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一物料平衡某組分的分析濃度（在溶液中總濃度）等

5、于該組分在各物中濃度之和。醋酸的水溶液 HAc + Ac = c電荷平衡溶液中正、負離子濃度相等，溶液保持電中性醋酸水溶液：H+ = Ac + OH第15頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一HAc + Ac = cH+ = Ac + OH第16頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一質(zhì)子平衡 酸堿反應(yīng)中酸失去質(zhì)子和堿得到質(zhì)子的物質(zhì)的量相等，其數(shù)學式稱質(zhì)子平衡式PBE 選擇溶液中大量存在并參與質(zhì)子傳遞的物質(zhì)作為參照物（零水準）。第17頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一質(zhì)子平衡HAc溶液：參考水準 得質(zhì)子后產(chǎn)物 失質(zhì)子后產(chǎn)物 H2O

6、H3O+OH- HAc Ac-PBE： H3O+ = OH- + Ac- 或 H+ = OH- + Ac-第18頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸度對弱酸（堿）各物種分布的影響一元弱酸（堿） cHA= HA + A-第19頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一一元弱酸（堿）第20頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一二元弱酸第21頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一第22頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一H+濃度的計算列出質(zhì)子平衡式代入平衡常數(shù)表達式整理得計算H+的精確式再經(jīng)簡化省略

7、可得近似式也可在列出質(zhì)子平衡式時先進行簡化直接得近似式也可根據(jù)物料平衡和電離平衡式計算。第23頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一強酸HA（堿）溶液（Ka 10）第24頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一強酸（堿）溶液 例: 計算下列溶液的pH值：（1）0.025 moldm-3 HCl（2）7.010-4 moldm-3 NaOH解：（1）H+ = 0.025 moldm-3 ，pH = 1.60（2）OH- = 7.010-4 moldm-3 pOH = 3.15，pH = 10.85第25頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期

8、一計算1.010-7moldm-3 NaOH溶液pH值第26頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一一元弱酸HA（或弱堿）溶液H+ = A- + OH-第27頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一一元弱酸（堿）溶液KacA 10 Kw弱酸 0.05，溶液中H+ 10KW，且 第29頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一計算0.10 moldm-3一氯乙酸溶液的pH值Ka(C2H3O2Cl) = 1.3610-3解: KacA = 1.3610-4 20KW，但 H+2 + (1.3610-3)H+ 1.3610-4 = 0H+ = 1.

9、110-2 pH = 1.96第30頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一強酸和一元弱酸混合溶液第31頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一弱酸（HA + HB）混合溶液PEB：H+ = A- + B- + OH-溶液酸性， H+= A- + B-若電離度 很小， 第32頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一多元酸H2A（堿）溶液第33頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一兩性物質(zhì)NaHA溶液PEB：H+ + H2A = A2- + OH-計算兩性物質(zhì)溶液H+ 的精確式第34頁，共76頁，2022年，5月20日，2

10、2點34分，星期一兩性物質(zhì)溶液HA-的酸式和堿式離解傾向很?。喝?若第35頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一計算 0.05moldm-3 NaHCO3溶液的pH.解：H2CO3的 Ka,1=4.410-7, Ka,2=4.410-11. c(NaHCO3) = 0.05moldm-3 .Ka,2 10Kw, c 20Ka,1pH=8.34第36頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一弱酸及其共軛堿（HA +A-）溶液HA和NaA的濃度分別為cA和cB，物料平衡：Na+ = cB，HA + A- = cA + cB電荷平衡： Na+ + H+ = A-

11、+ OH-， 即：A- = cB + H+ - OH-解得： HA = cA - H+ + OH-故，第37頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一弱酸及其共軛堿（HA +A-）溶液若溶液為酸性，可忽略O(shè)H-當 時，第38頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一緩沖溶液 一種對溶液的酸度具有穩(wěn)定作用的溶液。向緩沖溶液加入少量強酸或強堿，或稍加稀釋時，溶液的pH值變化不大。這種對pH值的穩(wěn)定作用稱緩沖作用 一般由弱酸及其共軛堿組成，如 HAc NaAc，NH4Cl NH3等（緩沖對）第39頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一（1） 1dm

12、3純水（2）1dm3濃度各為0.1moldm-3的HAc NaAc加入0.01mol NaOH 或 HCl，pH如何變化？解：（1） pH=7加0.01mol NaOH，OH- = 10-2 H+ = 10-12， pH = 12加0.01mol HCl，H+ = 10-2，pH = 2pH = 5，純水不具有緩沖能力第40頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一（2） pH = 4.76加0.01mol NaOH:第41頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一（2） pH = 4.76加0.01mol HCl:pH 0.1，HAc NaAc溶液具有緩沖能力

13、第42頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一緩沖溶液容量緩沖能力有一定限度，用緩沖容量來量度，定義 ：使 1dm3 溶液的 pH 變化 dpH 需強堿 (酸)的物質(zhì)的量 b第43頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一緩沖溶液容量如 HAA- 緩沖系統(tǒng)，c = HA + A-，加入強堿 b moldm-3參考物 得H后產(chǎn)物 失H后產(chǎn)物 H2O H3O OHHA A強堿 bPEB： b + H3O+ = OH- + A-第44頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一緩沖溶液容量第45頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一

14、HA不太強也不太弱時可略去H+和OH-當H+ = Ka時，HA = A-，即弱酸與其共軛堿濃度之比為 1：1 時緩沖容量最大。 第46頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一例題由弱酸 HA 及其鹽配制的緩沖溶液，其中 HA 的濃度為 0.25mol/L。于此 100ml緩沖溶液中加入 200mg NaOH，溶液的pH 為 5.60。問原來所配制的緩沖溶液的pH？（設(shè) pKa = 5.30）答：5.45第47頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一常用緩沖溶液緩沖溶液（表11.3）選擇合適緩沖溶液的一般原則：（1）對實驗過程，如分析過程無干擾。（2）所需控的

15、pH值在緩沖范圍內(nèi)，緩沖劑的pKa應(yīng)盡可能與所需pH值一致。（3）有足夠的緩沖容量，一般緩沖對的總濃度大致在0.01mol dm-3 0.1mol dm-3。第48頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一標準緩沖溶液（25） 飽和酒石酸氨鉀（0.034 molL-1 ） pH=3.557 0.05molL-1鄰苯二甲酸氫鉀 4.008 0.025molL-1 KH2PO40.025 molL-1 Na2HPO4 6.865 0.01 molL-1 硼砂9.180 飽和氫氧化鈣 12.454第49頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸堿指示劑天然或合成染料

16、，本身為有機弱酸（堿）。當溶液pH變化時引起指示劑結(jié)構(gòu)變化，出現(xiàn)不同顏色，故可用這種顏色的變化指示溶液酸度。第50頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸堿指示劑 酚酞：三苯甲烷類染料pH 9.6時為粉紅色變色范圍：pH 8.0 9.6第51頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一甲基橙（methyl orang）pKa=3.4第52頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一 溶液顏色與 In- / HIn 有關(guān) In- / HIn 10，純堿色第53頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一理論變色點： pH = pKHI

17、n， In- = HIn理論變色范圍：pH = pKHIn 1，pH = 2 實驗觀測到的變色范圍并非pKHIn 1，原因是人眼對各種顏色的敏感程度不同。如酚酞 pK = 9.1，理論變色范圍pH = 8.1 10.1。酚酞由無色變?yōu)榧t色時格外明顯，易于觀察，故在高pH范圍變窄，In-/HIn = 3/1，而在低pH一方變寬In-/HIn = 0.8/1。 第54頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一指示劑表11.7 常用酸堿指示劑表11.8 常用混合酸堿指示劑第55頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一容量分析用標準滴定溶液 T 的體積測量被測物 A將

18、已知準確濃度 cT 的 T 逐滴加入含 A(nA) 容器中，直至恰好完全反應(yīng)，達到化學計量點。由cT、VT 求得 nA 、A實際操作常藉助于指示劑確定滴定終點。滴定終點與計量點并不一致，誤差稱為指示劑誤差或終點誤差。第56頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一 準確:常量分析的相對誤差 0.2%簡便:只需簡單的玻璃儀器和試劑快速:分析速度比重量法快速得多廣泛:分析許多無機和有機物滴定分析特點第57頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一滴定分析類型滴定方法滴定反應(yīng)類型滴定劑被測物酸堿滴定法酸堿反應(yīng)酸標準溶液無機或有機堿堿標準溶液無機或有機酸配位滴定法 配位

19、反應(yīng) EDTA 多種金屬離子 氧化還原滴定法氧化還原反應(yīng)氧化劑標準溶液還原性物質(zhì)還原劑標準溶液氧化性物質(zhì)沉淀滴定法 沉淀反應(yīng) AgNO3等 鹵素等 第58頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一滴定分析對滴定反應(yīng)的要求 反應(yīng)定量：按一定化學計量關(guān)系定量進行，反應(yīng)完全程度 99.9%反應(yīng)迅速：反應(yīng)瞬間完成；對慢反應(yīng)，可采取加熱或催化劑等終點明確：有適當?shù)暮啽惴椒ㄈ缰甘緞┐_定終點第59頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一滴定方式直接滴定法返滴定法置換滴定法間接滴定法原因：標準滴定溶液和基準物質(zhì)有限第60頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期

20、一 標準滴定溶液：確定了準確濃度、用于滴定分析的溶液。常量分析要求 4 位有效數(shù)字?；鶞饰镔|(zhì)：組成與化學式完全相符，包括含有結(jié)晶水的物質(zhì)，如H2C2O42H2O、Na2B4O710H20等純度高，質(zhì)量分數(shù) 99.9%化學性質(zhì)穩(wěn)定，不與大氣中O2、CO2、H2O等組分作用。不吸濕，也不風化滿足滴定分析對反應(yīng)的各項要求摩爾質(zhì)量相對較大第61頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一滴定分析的計算第62頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸堿滴定法第63頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸堿滴定法第64頁，共76頁，2022年，5月20日

21、，22點34分，星期一酸堿滴定法多元酸的滴定pH02461081214100200300酚酞甲基橙Na2HPO4NaH2PO4滴定百分數(shù)/%NaOH滴定H3PO4的滴定曲線第65頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一酸堿滴定誤差正誤差：負誤差：第66頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一代數(shù)法計算終點誤差1. 強堿（或強酸）滴定強酸（或強堿）NaOH滴定HCl：設(shè)終點在計量點后，此時過量的NaOH濃度為c終,NaOH溶液質(zhì)子條件式：第67頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一若終點在計量點前，此時尚有部分HCl未被中和，溶液的質(zhì)子條件式為：第68頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一試計算0.1 moldm-3 NaOH滴定0.1moldm-3 HCl至甲基橙變黃（pH = 4.4）和酚酞變紅（pH = 9.1）時的終點誤差各是多少？解：在pH = 4.4時在pH = 9.1時 第69頁，共76頁，202