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HCO3兩性物質在共軛對（1）中是酸在共軛對（2）中是堿既能給出質子，又能接受質子的物質。第3頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一質子論的酸堿反應意義：任何酸堿反應均是質子在兩種酸堿之間的傳遞。傳遞的方向與酸堿強度有關。第4頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一(1) 酸堿解離反應是質子轉移反應HF在水中的解離反應：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，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，如NH4Cl的生成：H+液氨中的酸堿中和反應：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 酸給出質子能力和堿接受質子能力的強弱。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：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：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。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 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，星期一質子平衡 酸堿反應中酸失去質子和堿得到質子的物質的量相等，其數(shù)學式稱質子平衡式PBE 選擇溶液中大量存在并參與質子傳遞的物質作為參照物（零水準）。第17頁，共76頁，2022年，5月20日，22點34分，星期一質子平衡HAc溶液：參考水準 得質子后產(chǎn)物 失質子后產(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NaHA溶液PEB：H+ + H2A = A2- + OH-計算兩性物質溶液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OH-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 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構變化，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 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，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類型滴定劑被測物酸堿滴定法酸堿反應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 EDTA 多種金屬離子 氧化還原滴定法氧化還原反應氧化劑標準溶液還原性物質還原劑標準溶液氧化性物質沉淀滴定法 沉淀反應 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的要求 反應定量：按一定化學計量關系定量進行，反應完全程度 99.9%反應迅速：反應瞬間完成；對慢反應，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|：組成與化學式完全相符，包括含有結晶水的物質，如H2C2O42H2O、Na2B4O710H20等純度高，質量分數(shù) 99.9%化學性質穩(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的各項要求摩爾質量相對較大第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：設終點在計量點后，此時過量的NaOH濃度為c終,NaOH溶液質子條件式：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