第三節(jié) 酸堿溶液pH的計算課件

第三節(jié)酸堿溶液pH的計算酸堿溶液的幾種類型一.

二.一元弱酸堿

HA

多元弱酸堿H2A,H3A三.兩性物質(zhì)

HA-四.共軛酸堿

HA+A-五.混合酸堿

強+弱.弱+弱第三節(jié)酸堿溶液pH的計算

物料平衡(MaterialBalanceEquilibrium,MBE):

各物種的平衡濃度之和等于其分析濃度.

電荷平衡(ChargeBalanceEquilibriua,CBE):

溶液中正離子所帶正電荷的總數(shù)等于負(fù)離子所帶負(fù)電荷的總數(shù).(電中性原則)

質(zhì)子條件(ProtonConditionEquilibriua,PCE):

溶液中酸失去質(zhì)子的數(shù)目等于堿得到質(zhì)子的數(shù)目.第三節(jié)酸堿溶液pH的計算例:HAc水溶液

物料平衡式(MBE):

c=[HAc]+[Ac-]電荷平衡式(CBE):

[H+]=[Ac-]+[OH-]質(zhì)子條件式(PCE):

[H+]=[Ac-]+[OH-]第三節(jié)酸堿溶液pH的計算水溶液中酸堿平衡的處理方法質(zhì)子平衡式（質(zhì)子條件式）PBE酸堿反應(yīng)達平衡時酸失去的質(zhì)子數(shù)等于堿得到的質(zhì)子數(shù)第三節(jié)酸堿溶液pH的計算關(guān)于PBE零水準(zhǔn)法（質(zhì)子參考水準(zhǔn)）零水準(zhǔn)物質(zhì)的選擇(通常以起始酸堿組分和溶劑分子作為零水準(zhǔn)物質(zhì)）

a．溶液中大量存在的

b．參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)子條件式書寫方法等式左邊——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)子條件式有關(guān)濃度項前乘上得失質(zhì)子數(shù)第三節(jié)酸堿溶液pH的計算例:一元弱酸(HA)的質(zhì)子條件式：

零水準(zhǔn):H2O,HAHA與H2O間質(zhì)子轉(zhuǎn)移:HA+H2OH3O+

+A-H2O與H2O間質(zhì)子轉(zhuǎn)移:H2O+H2OH3O++OH-

零水準(zhǔn)

酸型堿型

酸型

零水準(zhǔn)得質(zhì)子產(chǎn)物堿型零水準(zhǔn)失質(zhì)子產(chǎn)物質(zhì)子條件式:[H+]=[A-]+[OH-]得失質(zhì)子數(shù)相等:[H3O+

]=[A-]+[OH-]第三節(jié)酸堿溶液pH的計算例1：Cmol/mL的NH4H2PO4的質(zhì)子條件式

零水準(zhǔn)——NH4+，H2PO4-，H2O[H3PO4]+[H+]=[NH3]+[HPO42-]+2[PO43-]+[OH-]例2：Cmol/ml的Na2HPO4的質(zhì)子條件式

零水準(zhǔn)——HPO42-，H2O[H2PO4-]+2[H3PO4]+[H+]=[PO43-]+[OH-]第三節(jié)酸堿溶液pH的計算例:濃度為cmol·L-1的Na2NH4PO4水溶液MBE2c=

[Na+]c=[NH4+]+[NH3]

c=[PO43-]+[HPO42-]+[H2PO4-]+[H3PO4]PCE

[H+]+[HPO42-]+2[H2PO4-]+3[H3PO4]=[OH-]+[NH3]CBE[Na+]+[NH4+]+[H+]=[OH-]+[H2PO4-]+2[HPO42-]

+3[PO43-]第三節(jié)酸堿溶液pH的計算練習(xí)：1.Cmol/mL的Na2S的質(zhì)子條件式

2.Cmol/ml的Na2H2Y的質(zhì)子條件式

第三節(jié)酸堿溶液pH的計算代數(shù)法思路近似式[H+]的精確表達最簡式化學(xué)平衡關(guān)系近似處理進一步近似處理物料平衡電荷平衡*質(zhì)子條件第三節(jié)酸堿溶液pH的計算1強酸堿溶液強酸(HCl):強堿(NaOH):cHCl=10-5.0

and

10-8.0mol·L-1,pH=?質(zhì)子條件:[H+]+cNaOH=[OH-]最簡式:[OH-]=cNaOH質(zhì)子條件:[H+]=cHCl+[OH-]最簡式:[H+]=cHCl第三節(jié)酸堿溶液pH的計算當(dāng)時，必須采用精確式計算。例：濃度為的HCl溶液，其，pH=3.0。濃度為的HCl溶液，其，pH=7.3（堿性）。這是不可能的。此時，必須用精確式計算

pH=6.89第三節(jié)酸堿溶液pH的計算2弱酸(堿)溶液展開則得一元三次方程,數(shù)學(xué)處理麻煩!

一元弱酸(HA)

質(zhì)子條件式:

[H+]=[A-]+[OH-]

平衡關(guān)系式精確表達式:[H+]＝Ka[HA]+Kw[H+]=+[H+]Ka[HA][H+]Kw[H+]

+Ka

ca[H+][HA]=第三節(jié)酸堿溶液pH的計算若:

Kaca>10Kw,忽略Kw（即酸的離解遠大于水的離解,忽略水的離解）

[HA]=ca-[A-]=ca-([H+]-[OH-])≈ca-[H+]

近似計算式:展開得一元二次方程[H+]2+Ka[H+]-caKa=0，求解即可最簡式:若:ca/Ka

>105,則ca-[H+]≈

ca[H+]＝Ka[HA]+Kw精確表達式：[H+]＝Ka(ca-[H+])[H+]＝Kaca第三節(jié)酸堿溶液pH的計算若:

Kaca＜10Kw

但ca/Ka

>105

酸的解離可以忽略[HA]≈ca

得近似式:[H+]＝Ka[HA]+Kw精確式：[H+]＝Kaca+Kw第三節(jié)酸堿溶液pH的計算(1)Kaca>10Kw:

(2)ca/Ka

>105:(3)Kaca>10Kw,ca/Ka

>105:[H+]＝Ka[HA]+Kw精確表達式：[H+]＝Ka(ca-[H+])[H+]＝Kaca+Kw(最簡式)[H+]＝Kaca第三節(jié)酸堿溶液pH的計算例計算0.20mol·L-1Cl2CHCOOH的pH.(pKa=1.26)如不考慮酸的離解(用最簡式:pH=0.98),

則Er=29%解:

Kac=10-1.26×0.20=10-1.96>>10Kwc/Ka

=0.20/10-1.26=100.56

＜105故近似式:解一元二次方程:[H+]=10-1.09則pH=1.09[H+]＝Ka(ca-[H+])第三節(jié)酸堿溶液pH的計算一元弱堿(B-)質(zhì)子條件:

得精確表達式:[H+]+[HB]=[OH-][H+]+=Ka[H+][B-][H+]Kw[H+]＝Kw1+[B-]/Ka酸堿平衡關(guān)系第三節(jié)酸堿溶液pH的計算若:c/Ka>20,“1”可以忽略(水的堿性)

并且:[B-]=cb-[HB]=cb–([OH-]-[H+])≈cb–[OH-]近似計算式:最簡式:若Kb/cb<2.5×10-3則即[B-]≈cb[H+]==KaKw[B-]KaKwcb-[OH-][H+]=KaKwcb第三節(jié)酸堿溶液pH的計算處理方式與一元弱酸類似用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算直接求出：[OH-],

再求[H+]

pH=14-pOH第三節(jié)酸堿溶液pH的計算質(zhì)子條件式:[OH-]=[H+]+[HB]代入平衡關(guān)系式[B-]Kb[OH-][OH-][OH-]Kw=+精確表達式:[OH-]

=Kb[B-]

+

Kw(1)Kbc>10Kw:(2)c/Kb

>105:(3)Kbc>10Kw,c/Kb

>105:[OH-]=Kb(cb-[OH-])[OH-]=Kbcb+Kw[H+]=KaKwcb[OH-]=Kbcb最簡式:第三節(jié)酸堿溶液pH的計算

多元弱酸溶液二元弱酸(H2A)質(zhì)子條件:[H+]=[HA-]+2[A2-]+[OH-]2Ka2[H+]=Ka1[H2A](1+)+Kw[H+]酸堿平衡關(guān)系KwKa1[H2A][H+]=++2Ka1Ka2[H2A][H+][H+]2[H+]第三節(jié)酸堿溶液pH的計算≤0.05,可略

近似式:以下與一元酸的計算方法相同Ka1ca>10Kw2Ka2[H+]=Ka1[H2A](1+)+Kw[H+]2Ka2[H+]=Ka1[H2A](1+)+Kw[H+]2Ka2[H+]2Ka2[H+][H+]=Ka1[H2A](忽略二級及以后各步離解)第三節(jié)酸堿溶液pH的計算Ka1ca>10Kw，則：≤0.05

則：

ca/Ka1

≥105

計算飽和H2CO3溶液的pH值(0.040mol/L)[H+]＝Ka1ca2Ka2[H+]=Ka1[H2A](1+)[H+][H+]=Ka1[H2A]2Ka2[H+]2Ka2Ka1ca≈第三節(jié)酸堿溶液pH的計算3兩性物質(zhì)溶液兩性物質(zhì)：在溶液中既起酸(給質(zhì)子)、又起堿（得質(zhì)子）的作用多元酸的酸式鹽Na2HPO4,NaH2PO4,

弱酸弱堿鹽NH4Ac氨基酸第三節(jié)酸堿溶液pH的計算質(zhì)子條件:[H+]+[H2A]=[A2

-]+[OH-]精確表達式:酸堿平衡關(guān)系式

酸式鹽NaHAKw[H+][HA-][H+]+=+Ka2[HA-]Ka1[H+][H+][H+]＝Ka1(Ka2[HA-]+Kw)Ka1+[HA-]第三節(jié)酸堿溶液pH的計算若:Ka1>>Ka2,[HA-]≈c(ΔpKa≥3.2)近似計算式:如果c>10Ka1,則“Ka1”可略,得最簡式:[H+]=Ka1Ka2

c

Ka1+c[H+]=Ka1(Ka2

c＋Kw)Ka1+c若Ka2c>10Kw

則Kw可忽略[H+]＝Ka1Ka2第三節(jié)酸堿溶液pH的計算精確式：Ka1>>Ka2,[HA-]≈cKa2c>10Kwc>10Ka1pH=1/2(pKa1+pKa2)[H+]＝Ka1(Ka2c+Kw)

Ka1+c[H+]＝Ka1Ka2cKa1+c[H+]＝Ka1Ka2[H+]＝Ka1(Ka2[HA-]+Kw)Ka1+[HA-]第三節(jié)酸堿溶液pH的計算弱酸弱堿鹽NH4Ac質(zhì)子條件式:[H+]+[HAc]=[NH3]+[OH-]Ka’c>10Kwc>

10Ka[H+]＝Ka(Ka’c+Kw)

Ka1+c酸堿平衡關(guān)系[NH4+]≈[Ac-]≈c[H+]=

KaKa’cKa+c[H+]＝KaKa’Ka’NH4+KaHAc第三節(jié)酸堿溶液pH的計算例計算0.0010mol/LCH2ClCOONH4

溶液的pHCH2ClCOOH:Ka=1.4×10-3NH3:Kb=1.8×10-4

Ka’=5.6×10-10

Ka’c≥

10Kw,c<10KapH=6.24[H+]＝Ka1Ka2cKa1+c第三節(jié)酸堿溶液pH的計算氨基酸H2N-R-COOHPBE:

[H+]+[+H3N-R-COOH]=[H2N-R-COO-]+[OH-]Ka2c>10Kwc/Ka1>10[H+]＝Ka1Ka2cKa1+c[H+]＝Ka1(Ka2c+Kw)

Ka1+c酸堿平衡關(guān)系[H+]＝Ka1Ka2第三節(jié)酸堿溶液pH的計算4.共軛酸堿體系[H+]=Ka=Ka[HA][A-]ca-[H+]+[OH-]cb+[H+]-[OH-][H+]=Ka

[HA][A-]camol/LHA+cbmol/LNaAPBE：[HA]=ca+[OH-]-[H+][A-]=cb+[H+]-[OH-]物料平衡:[HA]+[A-]=ca+cb電荷平衡:[H+]+[Na+]=[OH-]+[A-][HA]=ca-[H+]+[OH-][A-]=ca+cb-[HA]=cb+[H+]-[OH-]+)第三節(jié)酸堿溶液pH的計算pH<6(酸性),略去[OH-]pH=pKa+lg

cacb[H+]=Kaca-[H+]+[OH-]cb+[H+]-[OH-][H+]=Kaca-[H+]cb+[H+][H+]=Kaca+[OH-]cb-[OH-]pH>8(堿性),略去[H+]若ca

≥20[H+];

cb

≥20[H+],

或ca

≥20[OH-];

cb

≥20[OH-],最簡式[H+]=Ka

cacb第三節(jié)酸堿溶液pH的計算計算方法：(1)先按最簡式計算[OH-]或[H+]。(2)再計算[HA]或[A-],看其是否可以忽略.如果不能忽略,再按近似式計算。通常情況下，由共軛酸堿對組成的緩沖溶液可以用最簡式直接計算pH第三節(jié)酸堿溶液pH的計算例(1)0.10mol/LNH4Cl–0.20mol/LNH3

先按最簡式:

(2)

0.080mol/L二氯乙酸–0.12mol/L二氯乙酸鈉

先用最簡式求得[H+]＝0.037mol/L∵ca>>[OH+],cb>>[OH-]∴結(jié)果合理pH=9.56應(yīng)用近似式:解一元二次方程，[H+]=10-1.65mol·L-1,

pH=1.65

pH=pKa+lg=9.56cacb[H+]=Kaca-[H+]cb+[H+]第三節(jié)酸堿溶液pH的計算緩沖溶液定義緩沖溶液：能使溶液的pH不因外加少量酸、堿或溶液適當(dāng)稀釋等因素而發(fā)生顯著變化的溶液。生理緩沖溶液人體液(37℃)正常pH為7.35-7.45。每人每天耗O2600L,產(chǎn)生CO2酸量約合2L濃HCl,除呼出CO2及腎排酸外,歸功于血液的緩沖作用。血紅蛋白:HHb-KHb血漿蛋白:HPr-NaPr氧絡(luò)血紅蛋白:HHbO2-KHbO2磷酸鹽:H2PO4--HPO42-碳酸鹽:H2CO3-HCO3-第三節(jié)酸堿溶液pH的計算

緩沖現(xiàn)象在自然界和人類社會中普通存在?！癰uffer”一詞的意思就是彈簧等對沖力的緩解。在化學(xué)上，借用“buffer”來表達能減緩因外加強酸或強堿以及稀釋而引起的pH急劇變化的作用，這種溶液被稱為pH緩沖溶液。

簡言之，緩沖溶液是一種能對溶液的酸度起穩(wěn)定作用的溶液。第三節(jié)酸堿溶液pH的計算緩沖溶液通常分為兩類：一類是由弱酸及其共軛堿所組成，基于弱酸的離解平衡來控制[H+]，如HAC—AC-,NH4+—NH3

等。另一類是強酸或強堿溶液。由于H+或OH-的濃度本來就很高，外加少量酸或堿時不會對溶液的酸度產(chǎn)生太大的影響。在這種情況下，強酸強堿也是緩沖溶液，它們主要是高酸度（pH<2）和高堿度(pH>12)時的緩沖溶液。但這類緩沖溶液不具有抗稀釋的作用。第三節(jié)酸堿溶液pH的計算

緩沖溶液pH的計算作為一般控制酸度用的緩沖溶液，因為緩沖劑本身的濃度較大，對計算結(jié)果也不要求十分準(zhǔn)確，可以采用近似方法進行計算。以0.1mol/LHA—0.1mol/LA-為例

平衡濃度[HA]、[A-]可以認(rèn)為分別等于它們的初始濃度CHA和CA-即 第三節(jié)酸堿溶液pH的計算例：計算下列溶液的pH值：（1）0.20mol/LNH3—

0.30mol/LNH4Cl緩沖溶液；（2）往400ml該緩沖溶液中加入100ml0.050mol/LNaOH溶液；（3）加入100ml0.050mol/LHCl溶液。已知pKa=9.26解：（1）因為較大，第三節(jié)酸堿溶液pH的計算（2）往400ml該溶液中加入100ml0.050mol/LNaOH后即第三節(jié)酸堿溶液pH的計算（3）加入100ml0.050mol/LHCl后可見，往緩沖溶液中加入強酸強堿后，pH的改變是很小的。第三節(jié)酸堿溶液pH的計算二.

緩沖容量1L

溶液的pH增加（或減小）1個單位所需加入的強堿（酸）的物質(zhì)的量。

值越大，緩沖能力越強。第三節(jié)酸堿溶液pH的計算質(zhì)子條件:[H+]+b=[A-]+[OH-]HA-A-體系：HA(c)+OH-(b)

根據(jù)

和

換算得:第三節(jié)酸堿溶液pH的計算強酸:

H+=2.3[H+]=2.3c(HCl)(pH<3)強堿:

OH-=2.3[OH-]=2.3c(NaOH)(pH>11)HA–A-

:

HA–A-

=2.3·c·x1·x01.

∝c,c增大則

增大2.

[H+]=

Ka，即pH=pKa時

max=0.575c3.

緩沖范圍:pKa-1<pH<pKa+1共軛體系緩沖容量的特點：第三節(jié)酸堿溶液pH的計算

pKa-1x1=0.9,x0=0.1

=0.36

maxpKa+1x1=0.1,x0=0.9

=0.36

maxpKa-2x1=0.99,x0=0.01

=0.04

maxpKa+2x1=0.01,x0=0.99

=0.04

max第三節(jié)酸堿溶液pH的計算

-pH曲線135791113pH2.884.768.88