第四章電解質溶液與緩沖溶液

第四章電解質溶液與緩沖溶液第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二學習目標●會區(qū)分強電解質和弱電解質。知道弱電解質電離平衡概念●能說出pH與溶液酸堿性的關系，能進行有關基本計算●知道酸堿質子理論●知道緩沖溶液的組成，了解緩沖溶液的原理，能進行緩沖溶液pH的基本計算，了解緩沖溶液在醫(yī)學上的意義第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)弱電解質的電離平衡一、強電解質和弱電解質（一）強電解質

概念：凡是在水溶液中完全電離的電解質稱為強電解質。其電離方程式通常用“”來表示強電解質電離的不可逆性、單向性。例如：HCl=H++Cl－HNO3=H++NO3-NaOH=Na++OH－第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二（二）弱電解質概念：凡是在水溶液中只能部分電離成離子的電解質稱為弱電解質。電離方程式用“”表示弱電解質電離的可逆性、雙向性。例如：醋酸：CH3COOHH++CH3COO－氨水：NH3·H2ONH4++OH－

如果弱電解質是多元弱酸，則它們的電離是分步進行的，如碳酸的電離過程：第一步電離H2CO3H++HCO3－第二步電離HCO3－

H++CO32－

第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二二、電離平衡和電離度（一）電離平衡概念：在一定條件下，當弱電解質分子電離成離子的速率和離子重新結合成弱電解質分子的速率相等時，電離過程即達到動態(tài)平衡，稱為弱電解質的電離平衡。電離平衡是動態(tài)平衡。

第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二（二）電離常數(shù)概念：電離平衡時，已解離的各離子濃度冪次方乘積與未解離的分子濃度的比值是一常數(shù)。例如，醋酸的電離平衡和電離常數(shù)可表示如下：Ki為電離常數(shù)。Ki的大小可表示弱電解質（弱酸，弱堿等）在水溶液中電離成離子的程度，Ki越小，則電離程度越小。常用Ka表示弱酸的電離常數(shù)，Kb表示弱堿的電離常數(shù)。Ki與弱電解質的本性及溫度有關，而與濃度無關。第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二一些弱酸和弱堿的電離常數(shù)如表4-1所示：（表中Ka1、Ka2、Ka3分別是多元弱酸的一級電離常數(shù)、二級電離常數(shù)、三級電離常數(shù)。）表4-1一些弱酸和弱堿的電離常數(shù)（250C）第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二（三）電離度概念：在一定溫度下，弱電解質在水溶液中達到電離平衡時，已電離的弱電解質分子數(shù)占電離前該弱電解質分子總數(shù)的百分數(shù)。用符號α表示。已解離的分子數(shù)分子總數(shù)第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二三、同離子效應概念：在弱電解質溶液中，加入一種與弱電解質含有相同離子的強電解質時，可使弱電解質的解離度降低。例如：在HAc溶液中，若加入少量含有相同離子的強電解質NaAc。HAcH++Ac-NaAc→Na++Ac-第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)酸堿質子理論酸堿質子理論認為：凡能給出質子的物質都是酸，凡能接受質子的物質都是堿，酸是質子的給體，堿是質子的接受體。

一、酸堿的定義酸H++堿第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二（1）上述關系式又稱酸堿的共軛關系，酸失去質子后即成為其共軛堿，堿得到質子后即成為其共軛酸。（2）酸和堿可以是中性分子，也可以是陽離子或陰離子。（3）有些物質既可以作為酸給出質子，又可以作為堿接受質子，如：H2O,HCO3-這些物質稱為兩性物質。（4）在質子理論中沒有鹽的概念。（5）酸堿質子理論體現(xiàn)了酸和堿的關系：相互依存、相互轉化。而且酸越強，其共軛堿就越弱，反之亦然。第11頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二二、酸堿反應的實質酸堿反應的實質是兩對共軛酸堿對之間的質子傳遞：酸1+堿2堿1+酸2酸堿反應是較強的酸與較強的堿作用，生成較弱的堿和較弱的酸的過程：較強酸+較強堿=較弱堿+較弱酸第12頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)溶液的酸堿性一、水的電離（一）水的質子自遞反應：質子自遞反應：發(fā)生在同種溶劑分子之間的質子傳遞作用。水的質子自遞反應可表示如下：在一定溫度下水的質子自遞反應（也稱水的電離反應）達到平衡時，第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二式中的[H2O]可看成是一常數(shù)，將它與K合并，得：Kw：水的離子積常數(shù)。在一定溫度下，純水中H3O+

離子的平衡濃度與OH-離子的平衡濃度的乘積為一定值（室溫下一般為Kw

=1.0X10-14）此關系也適用于任何水溶液。第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二（二）共軛酸堿對的Ka與kb的關系現(xiàn)以共軛酸堿對HB-B-為例進行推導。共軛酸堿對HB-B-

在溶液中存在如下質子轉移反應：達到平衡時以上兩式相乘得：共軛酸堿對中的弱酸的Ka，與其共軛堿的Kb的乘積等于Kw第15頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二二、溶液的酸堿性和pH（一）酸堿性與[H+]的關系常溫時溶液的酸堿性與[H+]和[OH－]的關系為：中性溶液

[H+]=[OH－]=1×10－7mol/L酸性溶液[H+]>1×10－7mol/L>[OH－]堿性溶液[H+]<1×10－7mol/L<[OH－]（二）

pH對于H+

離子濃度很低的溶液，常用pH（即氫離子濃度的負對數(shù)值）來表示溶液的酸堿性。

pH=－lg[H+]中性溶液中酸性溶液中堿性溶液中第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二1.一元弱酸pH計算:以HB表示弱酸，HB起始濃度設為c。平衡濃度：通常一元弱酸溶液的最簡計算公式，滿足的兩個條件是，和。第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二能力拓展請同學們思考一下怎樣計算一元弱堿溶液的pH？第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二例4-1計算298K時，0.10mol.L-1HAc溶液的pH。解：已知計算：第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二例4-2計算298k時0.10mol.L-1NaAc溶液的pH值。解：用最簡公式計算：第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二（三）酸堿指示劑以酚酞為例討論指示劑的變色原理。以HIn代表酚酞指示劑的酸式（無色），In－代表酚酞指示劑的堿式（紅色），則酚酞在水溶液中的電離平衡可表示為：

HIn

H++In－酚酞酸式酚酞堿式無色紅色由于酚酞的酸式是無色的，所以在酸性溶液中不顯色，但在溶液中加入堿時，平衡向右移動，當溶液中堿式In－增加到一定濃度時，溶液即顯紅色。

第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二

指示劑由一種顏色過渡到另一種顏色時溶液pH的變化范圍，稱為指示劑的變色范圍。其變色范圍為：pH=pKHIn±1。從上式可知，當pH≤pKHIn－1時，呈酸式色當pH≥pKHIn＋1時，呈堿式色

當pH=pKHIn時，觀察到的是指示劑的中間色，即兩種顏色的混合色。此時是指示劑變色最靈敏的一點，此時pH叫指示劑的理論變色點。第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)緩沖溶液一、緩沖溶液的組成及緩沖作用實驗：樣品1，40ml0.10mol·L-1NaCl溶液樣品2,40ml含HAc和NaAc均為0.10mol·L-1的溶液操作：加入合適指示劑，分別加入0.010mol強酸（HCl）觀察現(xiàn)象：pH值的變化第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二

0.10mol·L-1NaCl溶液NaCl溶液中加入0.010mol·L-1HCl一滴，溶液的pH由7變?yōu)?，改變了5個pH單位。第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二0.10mol·L-1

HAc—0.10mol·L-1NaAc溶液0.10mol·L-1HAc—0.10mol·L-1NaAc溶液溶液中加入0.010mol·L-1HCl一滴，溶液的pH由4.75變?yōu)?.74，改變僅0.01pH單位。第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二結論：HAc和NaAc混合溶液有抵抗外來少量強酸、強堿而保持pH值基本不變的能力。緩沖作用：溶液具有抵抗外來少量強酸、強堿或適當稀釋，而保持其pH值幾乎不變的作用。

緩沖溶液：具有緩沖作用的溶液。第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二組成：緩沖對（緩沖系）抗酸成分抗堿成分1.弱酸及其共軛堿抗堿成分抗酸成分

HAc--------NaAcNaHCO3--------Na2CO3NaH2PO4--------Na2HPO4H2C8H4O4--------KHC8H4O4(鄰苯二甲酸)（鄰苯二甲酸氫鉀）緩沖溶液的組成:第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二2.弱堿及其共軛酸抗酸成分抗堿成分

NH3·H2O--------NH4ClCH3NH2--------CH3NH3+Cl-(甲胺)（鹽酸甲胺）第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二二、緩沖作用原理HAc－NaAcHAc＋H2O?H3O++Ac-

NaAcNa++Ac-當在該溶液中加入少量強酸時，H+＋Ac-→HAc當溶液中加入少量強堿時，OH-+HAc→

2H2O＋Ac-

NaAc為抗酸成分HAc為抗堿成分第29頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二由于緩沖溶液中同時含有較大量的抗堿成分和抗酸成分，它們通過弱酸解離平衡的移動以達到消耗掉外來的少量強酸、強堿，或對抗稍加稀釋的作用，使溶液H+離子或OH-離子濃度未有明顯的變化，因此具有緩沖作用。第30頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二三、緩沖溶液pH值的計算pH緩沖對的性質濃度共軛酸堿對間的質子傳遞平衡可用通式表示如下：HB+H2O?H3O++B-式中HB表示共軛酸，B-表示共軛堿。共軛堿共軛酸第31頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二代入公式，得解：第32頁，共36頁，2023年，2月20日，星期二四、緩沖容量與緩沖溶液的配制1.選擇適當?shù)木彌_對，使所選緩沖對中共軛酸的pKa與欲配制的緩沖溶液的pH值盡可能相等或接近，偏離的數(shù)值不應超過緩沖溶液的緩沖范圍。2.要有適當?shù)臐舛?，為了保證緩沖溶液中有足夠的抗酸成分和抗堿成分，一般所