第三章酸堿平衡

第三章酸堿平衡第1頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.1.1歷史回顧

3.1.2酸堿質(zhì)子理論的基本概念3.1.3酸的相對強度和堿的相對強度

3.1酸堿質(zhì)子理論概述第2頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.1.2酸堿質(zhì)子理論的基本概念

酸：凡是能釋放出質(zhì)子（H+）的任何含氫原子的分子或離子的物種。（質(zhì)子的給予體）

堿：凡是能與質(zhì)子（H+）結(jié)合的分子或離子的物種。（質(zhì)子的接受體）第3頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三酸H++堿第4頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三酸H++堿例：HAc的共軛堿是Ac－，Ac－的共軛酸HAc，HAc和Ac－為一對共軛酸堿。兩性物質(zhì)：既能給出質(zhì)子，又能接受質(zhì)子的物質(zhì)。第5頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三(1)酸堿解離反應是質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應，如HF在水溶液中的解離反應是由給出質(zhì)子的半反應和接受質(zhì)子的半反應組成的。HF(aq)H++F－(aq)H++H2O(l)H3O+(aq)HF(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+F－(aq)(2)水是兩性物質(zhì)，它的自身解離反應也是質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應：H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH－(aq)H+酸(1)堿(2)酸(2)堿(1)第6頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三(3)鹽類水解反應也是離子酸堿的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應。例如NaAc水解：Ac－+H2OOH－+HAcH+酸(1)堿(2)酸(2)堿(1)NH4Cl水解:+H2OH3O++NH3H+酸(1)堿(2)酸(2)堿(1)第7頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三(4)非水溶液中的酸堿反應，例如NH4Cl的生成：H+液氨中的酸堿中和反應：H+第8頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.1.3酸的相對強度和堿的相對強度

區(qū)分效應：用一個溶劑能把酸或堿的相對強弱區(qū)分開來，稱為溶劑的“區(qū)分效應”。例如，H2O可以區(qū)分HAc，HCN酸性的強弱。

拉平效應：溶劑將酸或堿的強度拉平的作用，稱為溶劑的“拉平效應”。酸和堿的強度是指酸給出質(zhì)子的能力和堿接受質(zhì)子的能力的強弱。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9頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三酸越強其共軛堿越弱堿越強其共軛酸越弱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。例如上述強酸在冰醋酸中不完全解離，酸性強度依次為：第10頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三5.2.1水的解離平衡

5.2.2溶液的pH值3.2水的解離平衡與溶液的pH值第11頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.2.1水的解離平衡

H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH－(aq)或H2O(l)H+(aq)+OH－(aq)—水的離子積常數(shù)，簡稱水的離子積。第12頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三25℃純水100℃純水第13頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.2.2溶液的pH值第14頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.3.1一元弱酸、弱堿的解離平衡3.3.2多元弱酸的解離平衡3.3.3鹽溶液的酸堿平衡

3.3弱酸、弱堿的解離平衡第15頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.3.1一元弱酸、弱堿的解離平衡

1．一元弱酸的解離平衡初始濃度/mol·L-10.1000平衡濃度/mol·L-10.10－xxxx=1.3×10－3第16頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三解離度(a)c(H3O+)=c(Ac－)=1.3×10－3mol·L-1c(HAc)=(0.10－1.3×10－3)mol·L-1≈0.10mol·L-1c(OH－)=7.7×10－12mol·L-1第17頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

HA(aq)

H+(aq)+ A－(aq)初始濃度 c 0 0平衡濃度 c–cα

cα

cα

稀釋定律：在一定溫度下（

為定值），某弱電解質(zhì)的解離度隨著其溶液的稀釋而增大。

α與的關(guān)系：第18頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三解：

c0 0.200 0 0ceq0.200(1–0.95%)0.200×0.95%0.200×0.95%2.一元弱堿的解離平衡：

例：已知25℃時，0.200mol·L-1氨水的解離度為0.95%，求c(OH－),pH值和氨的解離常數(shù)。第19頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.3.2多元弱酸溶液的解離平衡(分步解離）第20頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

例題：計算0.010mol·L-1H2CO3溶液中的H3O+,H2CO3,，和OH－的濃度以及溶液的pH值。第21頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第22頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第23頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

結(jié)論：

⑴多元弱酸的解離是分步進行的，一般 溶液中的H+主要來自于弱酸的第一步解離，計算c(H+)或pH時可只考慮第一步解離。⑵對于二元弱酸，當時，c(酸根離子)≈，而與弱酸的初始濃度無關(guān)。⑶對于二元弱酸，若c(弱酸)一定時，c(酸根離子)與c2(H3O+)成反比。第24頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三※第25頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.3.3鹽溶液的酸堿平衡1強酸弱堿鹽（離子酸）(1)+(2)=(3)則第26頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第27頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三2.弱酸強堿鹽（離子堿）NaAc,NaCN……一元弱酸強堿鹽的水溶液成堿性，因為弱酸陰離子在水中發(fā)生水解反應。如在NaAc水溶液中：多元弱酸強堿鹽也呈堿性，它們在水中解離產(chǎn)生的陰離子都是多元離子堿，它們的水解都是分步進行的。第28頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三如Na3PO4的水解：第29頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第30頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三例題：計算0.10mol·L-1Na3PO4溶液的pH值。ceq/(mol·L-1)

0.10–x

x

x解：第31頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.酸式鹽解離大于水解，NaH2PO4溶液顯弱酸性；相反，Na2HPO4溶液解離小于水解，顯弱堿性。思考：其相關(guān)常數(shù)等于多少？第32頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三*4.弱酸弱堿鹽第33頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三5.影響鹽類水解的因素

⑴

鹽的濃度：c鹽↓,水解度增大。有些鹽類,如Al2S3,(NH4)2S可以完全水解。

⑵

溫度：

水解反應為吸熱反應，＞0，T↑,↑，水解度增大?？傊訜岷拖♂尪加欣邴}類的水解。

⑶溶液的酸堿度：加酸可以引起鹽類水解平衡的移動，例如加酸能抑制下述水解產(chǎn)物的生成。第34頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三5.4.1同離子效應5.4.2緩沖溶液5.4.3緩沖溶液pH值的計算*5.4.4緩沖范圍和緩沖能力

3.4緩沖溶液第35頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.4.1同離子效應HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+

平衡移動方向NH4Ac(aq)(aq)+Ac–(aq)Ac–(aq)

同離子效應：在弱電解質(zhì)溶液中，加入與其含有相同離子的易溶強電解質(zhì)而使弱電解質(zhì)的解離度降低的現(xiàn)象。第36頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三例：在0.10mol·L-1的HAc溶液中，加入NH4Ac(s)，使NH4Ac的濃度為0.10mol·L-1，計算該溶液的pH值和HAc的解離度。解： HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac－(aq)c0/(mol·L-1)

0.1000.10ceq/(mol·L-1)

0.10–x

x0.10+x

x=1.8×10-5

c(H+)=1.8×10-5mol·L-1pH=4.74，α=0.018%0.10±x≈0.100.10mol·L-1HAc溶液：pH=2.89，α=1.3%第37頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三50mLHAc—NaAc[c(HAc)=c(NaAc)=0.10mol·L-1]pH=4.74

緩沖溶液：具有能保持本身pH值相對穩(wěn)定性能的溶液(也就是不因加入少量強酸或強堿而顯著改變pH值的溶液)。3.4.2緩沖溶液加入1滴(0.05ml)1mol·L-1HCl加入1滴(0.05ml)1mol·L-1NaOH實驗：50ml純水pH=7 pH=3 pH=11pH=4.73pH=4.75第38頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

緩沖作用原理

加入少量強堿：第39頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

溶液中大量的A–與外加的少量的H3O+結(jié)合成HA，當達到新平衡時，c(HA)略有增加，c(A–)略有減少，

變化不大，因此溶液的c(H3O+)或pH值基本不變。加入少量強酸：

溶液中較大量的HA與外加的少量的OH－生成A–和H2O，當達到新平衡時,c(A–)略有增加,c(HA)略有減少，變化不大，因此溶液的c(H3O+)或pH值基本不變。第40頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.4.3緩沖溶液pH值的計算⒈弱酸—弱酸鹽：例HAc－NaAc，H2CO3—NaHCO3

式中c(HA),c(A－)為平衡濃度，但是，由于同離子效應的存在，通常用初始濃度c0(HA),c0(A－)代之。第41頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第42頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三2.弱堿—弱堿鹽

NH3·

H2O—NH4Cl第43頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.由多元弱酸酸式鹽組成的緩沖溶液如NaHCO3—Na2CO3,NaH2PO4—Na2HPO4⑴溶液為酸性或中性第44頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三⑵溶液為堿性應按水解平衡精確計算。第45頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第46頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

結(jié)論：⑴緩沖溶液的pH值主要是由或決定的，⑵緩沖溶液的緩沖能力是有限的；⑶緩沖能力與緩沖溶液中各組分的濃度有關(guān)，c(HA)，c(B)及c(A－)或c(BH+)較大時,緩沖能力強。。第47頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

例題：求300mL0.50mol·L-1H3PO4和500mL0.50mol·L-1NaOH的混合溶液的pH值。解：先反應再計算反應繼續(xù)反應—第48頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第49頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

例題若在50.00ml0.150mol·L-1NH3(aq)和0.200mol·L-1NH4Cl組成的緩沖溶液中，加入0.100ml1.00mol·L-1的HCl，求加入HCl前后溶液的pH值各為多少？

解：加入HCl前:4.緩沖溶液的緩沖性能的計算第50頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

加入HCl后:NH3(aq)+H2O(l)(aq)+OH－(aq)加HCl前濃度/(mol·L-1)0.150-0.0020-x0.200+0.0020+xx0.1500.200加HCl后初始濃度/(mol·L-1)0.150-0.00200.200+0.0020平衡濃度/(mol·L-1)第51頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三*3.4.4緩沖范圍和緩沖能力緩沖溶液的選擇和配制原則：⑴所選擇的緩沖溶液，除了參與和H+或OH–有關(guān)的反應以外，不能與反應系統(tǒng)中的其它物質(zhì)發(fā)生副反應；第52頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三欲配制的緩沖溶液的pH值應選擇的緩沖組分⑵或盡可能接近所需溶液的pH值；⑶若或與所需pH不相等，依所需pH調(diào)整第53頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

例題今有2.0L0.10mol·L-1的Na3PO4溶液和2.0L0.10mol·L-1的NaH2PO4溶液，僅用這兩種溶液（不可再加水）來配制pH=12.50的緩沖溶液，能配制多少升這種緩沖溶液？

解：緩沖組分應為Na2HPO4—

Na3PO4,小于所需pH值，說明應過量，則2.0LNa3PO4應全部用上,設(shè)需0.10mol·L-1NaH2PO4xL。反應前n/mol2×0.10 0.10x 0反應后n/mol0.20–0.10x 0 0.20x第54頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三解得x=0.12能配制2.12L緩沖溶液初始濃度/(mol·L-1)平衡濃度/(mol·L-1)(2LNa3PO4+0.12LNaH2PO4)。第55頁，共62頁，2023年，2月20日