高二化學(xué)酸堿平衡

1、高二化學(xué)課件酸堿平衡第1頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四（一）酸堿的定義電離理論電子理論質(zhì)子理論酸能電離出H+的物質(zhì)堿電離出OH-的物質(zhì)酸凡能接受電子的物質(zhì)堿凡能給出電子的物質(zhì)酸凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)堿凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)一、酸堿質(zhì)子理論第2頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四例：以下哪些物種是酸堿質(zhì)子理論的酸，哪些是堿，哪些具有酸堿兩性？請(qǐng)分別寫(xiě)出它們的共軛堿和酸。SO42- ,S2- ,H2PO4- ,NH3 ,HSO4- ,Al(H2O)5OH2+ ,CO32- ,NH4+ ,H2S,H2O,OH- ,H3O+ ,HS- , HPO42-第3頁(yè)，

2、共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四酸堿質(zhì)子理論酸溶液中凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)堿溶液中凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)例子特點(diǎn)：1）具有共軛性 2）具有相對(duì)性 3）具有廣泛性A + H+HA如：HCO3既為酸，也為堿 （兩性） 如：H2O 中性分子，既可為酸，也可為堿如：繼續(xù)第4頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四舉例返回共軛酸 共軛堿 + H+ conjugate acid conjugate base proton第5頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四（二）質(zhì)子酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)酸堿半反應(yīng): 酸給出質(zhì)子或堿接受質(zhì)子的反應(yīng) 醋酸在水中的離解：半反應(yīng)1

3、HAc（酸1）Ac- （堿1） + H+半反應(yīng)2H+ + H2O（堿2） H3O+（酸2）HAc（酸1） + H2O （堿2） H3O+（酸2） + Ac- （堿1） 氨在水中的離解：半反應(yīng)1NH3（堿1）+ H+ NH4+（酸1） 半反應(yīng)2H2O（酸2）OH-（堿2）+ H+ NH3（堿1） + H2O （酸2） OH- （堿2） + NH4+ （酸1） 共軛酸堿對(duì)共軛酸堿對(duì)第6頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)質(zhì)子的轉(zhuǎn)移（或得失）酸的離解：堿的離解：水的自遞：中和反應(yīng)：H+H+H+H+H+H+H+半徑小，電荷密度高，不能單獨(dú)存在或只能瞬間存在水的質(zhì)子自

4、遞常數(shù)KW=c（H+）c（OH-） =10-14（25）即 pKW=14（25）第7頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四小結(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 質(zhì)子的轉(zhuǎn)移是通過(guò)溶劑合質(zhì)子來(lái)實(shí)現(xiàn)的 第8頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四（三）水溶液的酸堿反應(yīng)及其平衡常數(shù)1水溶液中質(zhì)子自遞反應(yīng) *非水溶液中 H2O + H2O H3O+ + OH SH + SH SH2+ + S- 溶劑合質(zhì)子溶劑陰離子水的離子積第9頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四酸的離解：堿的離解

5、：Acid dissociationBase dissociation水的自遞：對(duì)共軛酸堿對(duì) HAA-2、酸堿解離平衡及酸堿的強(qiáng)度第10頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四討論：Ka，給質(zhì)子能力強(qiáng)，酸的強(qiáng)度 Kb，得質(zhì)子能力強(qiáng)，堿的強(qiáng)度 共軛酸堿對(duì)HA和A- 有如下關(guān)系第11頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四多元酸堿的解離反應(yīng)pKb1 + pKa3 = 14.00pKb2 + pKa2 = 14.00pKb3 + pKa1= 14.00 H3PO4 H2PO4- HPO42- PO43-Kb2Kb1Kb3Ka1Ka2Ka3Kbi = KwKa(n-

6、i+1) 第12頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四例1：計(jì)算HS-的pKb值 。已知pKa1 =7.02pKb2 = pKw pKa1 = 14.007.02 = 6.98解： HS- + H20 H2S + OH- 第13頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四練習(xí)例2：已知H3PO4水溶液的Ka1= 7.6103， Ka2 = 6.3108，計(jì)算PO43-的Kb3和Kb2 。 pKb3 = pKw pKa1 = 14.002.12 = 11.88pKb2 = pKw pKa2 = 14.007.20 = 6.80解：第14頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，

7、5月20日，11點(diǎn)37分，星期四1.分析濃度與平衡濃度分析濃度(Analytical concentration)：一定體積溶液中含 某種物質(zhì)的量，包括已離解和未離解兩部分, 也稱(chēng) 總濃度。平衡濃度（Equilibrium concentration）：溶解到平衡時(shí) 溶液中存在的各組分的物質(zhì)的量濃度。2.酸（堿）的濃度與酸度（堿度） 酸的濃度指單位體積溶液中所含某種酸的物質(zhì)的量（mol），包括未解離的和已解離的酸的濃度。酸度是 指溶液中H+的濃度或活度，常用pH表示。二、酸堿平衡體系中各組分濃度的計(jì)算第15頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四 各型體的的平衡濃度在總濃度中

8、占有的分?jǐn)?shù)叫做那個(gè)型體的分布系數(shù)(distribution coefficient，符號(hào)為)，顯然系統(tǒng)中各型體分配系數(shù)之和應(yīng)為1：(HAc) + (Ac-) = 13. 分布系數(shù)（Distribution coefficient)（1）一元酸溶液 如HAc：HAc，Ac-第16頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四HA A -1分布分?jǐn)?shù)的一些特征 僅是pH和pKa 的函數(shù)，與酸的分析濃度c無(wú)關(guān) 對(duì)于給定弱酸， 僅與pH有關(guān)H+=H+ + Ka HAH+ + Ka Ka =A- 第17頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四例3 計(jì)算pH=5.0時(shí),HAc和

9、Ac-的分布分?jǐn)?shù)解: 第18頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四（2）二元酸溶液 如草酸： H2C2O4，第19頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四（3）多元酸溶液 例如 磷酸：第20頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四例4 計(jì)算pH4.5時(shí)，0.10molL-1草酸溶液中C2O42濃度。 Ka1=5.910-2，Ka2=6.410-5解:第21頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四例5 計(jì)算pH=5.0時(shí)0.1molL-1草酸溶液中C2O42-的濃度。已知草酸的Ka1=5.6010-2，Ka2=5.4210

10、-5。解：返回第22頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四化學(xué)平衡中，每一給定的分析濃度等于各存在型體平衡濃度之和溶液呈電中性，荷正電的質(zhì)點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于荷負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)數(shù)酸堿反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)酸失去的質(zhì)子數(shù)等于堿得到的質(zhì)子數(shù)物料平衡式（質(zhì)量平衡式）MBE電荷平衡式 CBE質(zhì)子平衡式（質(zhì)子條件式）PBE（一）三大守恒三、 水溶液中酸堿平衡的處理方法第23頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四MBE練習(xí)例6：c mol/mL的HAC的物料平衡式 c = c(HAC) + c(AC-) 例：c mol/mL的H3PO4的物料平衡式 c =c(H3PO4)+ c(H2PO4-

11、) +c(HPO42-) + c(PO43-) 例： c mol/mL的Na2HPO4的物料平衡式 c(Na+) = 2c c =c (H3PO4)+ c(H2PO4-) +c(HPO42-) + c(PO43-)例： c mol/mL的NaHCO3的物料平衡式 c(Na+)= c c = c(H2CO3) + c(HCO3-) +c(CO32-) 第24頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四CBE練習(xí)例：c mol/mL的HAC的電荷平衡式 c (H +) = c (AC-) + c (OH-)例：c mol/mL的H3PO4的電荷平衡式 c (H +) =c (H2PO

12、4-)+2c(HPO42-)+ 3c(PO43-)+ c(OH-)例：c mol/mL的Na2HPO4的電荷平衡式c (Na+) + c (H +) = c(H2PO4-)+2c(HPO42-) +3c(PO43-)+ c (OH-)例：c mol/mL的NaCN的電荷平衡式 c(Na+) + c (H +) = c(CN-) + c(OH-)第25頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四關(guān)于PBE1零水準(zhǔn)法（質(zhì)子參考水準(zhǔn)）零水準(zhǔn)物質(zhì)的選擇 a溶液中大量存在的 b參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)子條件式書(shū)寫(xiě)方法 等式左邊得質(zhì)子后產(chǎn)物 等式右邊失質(zhì)子后產(chǎn)物 根據(jù)質(zhì)子得失相等原則列出質(zhì)子條件式

13、第26頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四續(xù)PBE例7：c mol/mL的NH4 H2PO4的質(zhì)子條件式 零水準(zhǔn)NH4+，H2PO4-，H2O c(H3PO4) + c(H +) = c(NH3) + c(HPO42-) + 2c(PO43-)+ c(OH-) 例8：c mol/ml的Na2HPO4的質(zhì)子條件式 零水準(zhǔn)HPO42-，H2O c(H2PO4-) + 2c(H3PO4) + c(H +) = c(PO43-)+ c(OH-)第27頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四續(xù)PBE2依據(jù)物料平衡和電荷平衡寫(xiě)質(zhì)子條件式例9：c mol/mL的NaC

14、N的質(zhì)子條件式 物料平衡式： c(Na+) = c c = c(HCN) +c(CN -) （1） 電荷平衡式：c(Na+) + c(H +) = c(CN-) + c(OH-) （2） 將（1）式帶入（2）式 質(zhì)子條件式 c(H +) + c(HCN) = c(OH-)第28頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四 例 寫(xiě)出NaNH4HPO4溶液的PBE。 得質(zhì)子 基準(zhǔn)態(tài) 失質(zhì)子PBE： H+ + HS- + 2H2S = OH-Na2S第29頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四（二） 酸堿溶液pH值的計(jì)算強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液pH值的計(jì)算弱酸弱堿溶液pH值的計(jì)

15、算第30頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四 強(qiáng)酸按一般慣例將強(qiáng)酸定義為解離常數(shù)大于10的酸。強(qiáng)堿的定義與強(qiáng)酸類(lèi)似。1、強(qiáng)酸（堿）溶液第31頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四強(qiáng)酸溶液的pH值可從提供質(zhì)子的兩個(gè)來(lái)源考慮：酸的解離和水的解離。H2O + HA+第32頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四（1）若ca10-6mol L-1時(shí)，可忽略水的解離。因水所提供的H+必定小于10-8mol/l,即（2）若10-8mol L-1 ca 10-6mol L-1時(shí)，兩項(xiàng)不可忽略，需解一元二次方程。（3）若ca10-6mol/l,所以

16、H+=0.025 mol/l pH= (2)NaOH 為強(qiáng)堿，且 cA=c(NaOH)10-6mol/l ，所以 OH-=7.010-4mol/l pOH=3.15 pH=14.00-3.15=10.85 (3)因10-8mol/lcB20Kw ，ca/Ka 400 : Kaca 20Kw, ca/Ka 400 :水的解離忽略，酸的解離對(duì)其分析濃度的影響忽略H+ KaHA + Kw精確表達(dá)式：H+ Ka (ca - H+)H+ Kaca + Kw(最簡(jiǎn)式)H+ Kaca第38頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四例 11 計(jì)算0.20molL-1 Cl2CHCOOH 的pH

17、.(pKa=1.26)如不考慮酸的離解(用最簡(jiǎn)式:pH=0.98), 則 Er=29%解: Kac =10-1.260.20=10-1.9620Kw c/Ka = 0.20 / 10-1.26 =100.56 500故近似式: 解一元二次方程: H+=10-1.09 則pH=1.09H+ Ka (ca - H+)第39頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四處理方式與一元弱酸類(lèi)似用Kb 代替Ka，OH-代替H+一元弱酸的公式可直接用于一元弱堿的計(jì)算直接求出：OH-, 再求H+ pH=14-pOH第40頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四質(zhì)子條件式: OH

18、-= H+ + HB 代入平衡關(guān)系式B- KbOH-OH- OH-Kw= +精確表達(dá)式: OH- =KbB- + Kw(1) Kbc 20Kw : (2) c/Kb 400 : (3) Kbc 20Kw, c/Kb 400 :OH-=Kb (cb-OH-) OH-=Kb cb + KwH+= KaKwcbOH-= Kbcb最簡(jiǎn)式:第41頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四例12：計(jì)算下列溶液的pH.(1)0.05mol/L HCl(2)0.01mol/L HCN(Ka=6.210-10)(3)0.10mol/L NH4+(Kb=1.7710-5)解（1）H+=c0=0.0

19、5mol/L pH=-lgH+=-lg0.05=1.30(2)c/Ka=0.01/6.210-10=1.6107400 pH=-lgH+=5.60(3) Ka=Kw/1.7710-5=5.6510-10且c/Ka 400 pH=-lgH+=5.12第42頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四例13：298K時(shí)，HAc的電離常數(shù)為1.7610-5。計(jì)算0.10 molL-1 HAc溶液的H+離子濃度和解離度。電離前濃度/molL-1 0.10 0 0電離后濃度/molL-1 0.10 - H+ H+ Ac- = H+Ka = H+2HAcH+ = Ka(0.10 - H+)因

20、為Ka很小, 0.10 - H+0.10 H+ = 1.7610-50.10 =1.3310-3 molL-1 = 100% = = 100% = 1.33%H+CHAc1.3310-30.1解： HAc H+ + Ac- 第43頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四例14：計(jì)算0.10mol/L KCN溶液(Ka=4.9310-10)溶液的pH.解 Kb=Kw/4.9310-10=2.0110-5且c/Kb400 pOH=-lgOH-=2.85， pH=11.15第44頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)37分，星期四c0 0.200 0 05108.1-=327.11)109.1lg(14pOH14pH-=-=-=3109.1%95.0200.0)OH(-=c例1