酸碱平衡PPT课件

1第四章酸碱平衡4.1酸碱理论4.2水的自耦电离平衡4.3弱酸弱碱的电离平衡4.4酸碱电离平衡的移动4.5缓冲溶液4.6酸碱中和反应2AcidRain:ThelinesonthemaparepHisopleths,whichidentifyregionsinwhichtheprecipitationhasthesamepH,asindicatedbythenumbers.Noticethatprecipitationgraduallybecomesmoreacidicgoingfromwesttoeast,especiallyinindustrializedareasoftheNortheast.Thisacidrainmaybearesultofthereleaseofnitrogenandsulfuroxidesintotheatmosphere.34.1酸碱理论(1)酸碱理论发展简史1)酸碱的早期定义：有酸味，能使蓝色石蕊变红的物质叫酸；有涩味，使红色石蕊变蓝的物质叫碱。2)Arrhenius酸碱电离理论(1887)3)Brnsted-Lowry酸碱质子理论(1923)4)Lewis酸碱电子理论(1923)5)Pearson软硬酸碱理论(1963)45(2)Arrhenius酸碱电离理论(1887)●酸碱定义：凡是在水溶液中能够电离产生H的物质叫作酸(acid)，能电离产生OH的物质叫作碱(base)。6缺点：1)并非只有含OH的物质才具有碱性，如Na2CO3、Na3PO4等的水溶液也呈碱性；2)仅局限于水溶液体系，对非水体系的酸碱性无能为力。例如，在液氨中NH4Cl和NaNH2的反应NH4+NH22NH37(3)Brnsted-Lowry酸碱质子理论(1923)●酸碱定义：凡是能给出质子的分子或离子(protondonor)称为酸，凡是能与质子结合的分子或离子(protonacceptor)称为碱。由丹麦化学家Brnsted和英国化学家Lowry于1923年分别提出。HClH＋+ClHAcH+AcNH4H+NH3HCO3H+CO3例如，HCl、HAc、NH4＋、HCO3等都是酸；而OH、Ac、NH3、CO32等都是碱。可用以下反应式表示：8ABrnstedacidisaprotondonor,andaBrnstedbaseisaprotonacceptor.●共轭酸碱对：显然，酸给出质子后余下的那部分就是碱，碱接受质子后就成为酸。这种酸与碱的相互依存关系，叫作共轭关系，上述方程式中左边的酸是右边碱的共轭酸(conjugateacid)，而右边的碱则是左边酸的共轭碱(conjugatebase)，彼此联系在一起叫作共轭酸碱对。酸H+碱9●上述共轭酸碱对的半反应不能单独存在，因为酸不能自动放出质子，而必须同时存在另一物质作为碱接受质子酸才能变成共轭碱；反之，碱也如此。因此，完整的反应应写成：HCl在水中完全电离酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)HCl(aq)+H2O(l)H3O(aq)+Cl(aq)10NH3在水中部分电离碱(1)酸(2)酸(1)碱(2)NH3(aq)+H2O(l)NH4(aq)+OH(aq)11Hydroniumion,hydratedproton,H3OElectrostaticpotentialmapofthehydroniumion.Theprotonisalwaysassociatedwithwatermoleculesinaqueoussolution.TheH3Oionisthesimplestformulaofahydratedproton.水合氢离子12●酸碱质子理论的特点：1)酸和碱是通过给出和接受质子的共轭关系相互依存和相互转化的，每一个酸要表现出它的酸性必须有另一个碱同时存在才行，反之碱亦如此。可用“有酸才有碱，有碱才有酸，酸中有碱，碱可变酸”来描述酸碱关系。这是该理论与Arrhenius酸碱理论的区别之一。2)大大扩大了酸碱的范围。盐的概念似乎需要重新认识，例如NH4Cl中的NH4是酸，NaAc中的Ac是碱。NH4+H2OH3O+NH3Ac+H2OHAc+OH盐的水解实际上就是组成它的酸或碱与溶剂H2O分子间的质子传递过程。从质子理论看，也是酸碱电离反应：133)酸和碱既可以是分子型的，也可以是离子型的。还有一些两性电解质(ampholyte)，既能给出质子作为酸，也能接受质子作为碱，简称两性物。例如，HS即为两性物：HS+H2OH3O+S2HS+H2OH2S+OH4)弱酸、弱碱与溶剂水分子间的质子传递反应，称为弱酸和弱碱的电离平衡(ionizationequilibrium)。HAc+H2OH3O+AcNH3+H2ONH4+OHNH4+H2OH3O+NH3Ac+H2OHAc+OH14水溶液中常见的无机弱酸和弱碱一元多元分子型弱酸(碱)弱酸弱碱弱酸弱碱HFNH3H2OH2C2O4HNO2H2SO3HAc*H3PO4HClOH2CO3HCNH2SH2SiO3阳离子型弱酸(碱)NH4[Al(H2O)6]3及一些过度金属阳离子[Al(OH)2(H2O)4]阴离子型弱酸(碱)HSO4FCO32NO2PO43AcSiO32ClOS2等CN两性物H2O,HSO3,HCO3,HS,H2PO4,HPO42,HSiO3*醋酸实际上是一个有机酸，分子式为CH3COOH，简写为HAc.15●酸碱强弱的表示方法HCl(强酸)HF(弱酸)HCl(aq)+H2O(l)H3O(aq)+Cl(aq)HF+H2OH3O+F16酸碱强弱不仅决定于酸碱本身释放质子和接受质子的能力，同时也决定于溶剂接受和释放质子的能力，因此要比较各种酸、碱的强度必须选定一种溶剂，最常用的溶剂是水。弱酸弱碱的强弱可用电离平衡常数K表示。例如，T=298K时，1)电离平衡常数注意：Ka无量纲，常简写为Ka，简称为酸常数。此类液相反应压力的影响可以忽略不计。HAc(aq)+H2O(l)H3O(aq)+Ac(aq)由van’tHoff等温式，GTө＝2.30RTlgKa可得，Ka＝＝1.70105[H3O][Ac][HAc]17在手册中可以查到酸常数，其共轭碱的电离平衡常数Kb称为碱常数，可从Ka求算：Ac(aq)+H2O(l)OH(aq)+HAc(aq)亦即，Kw=KaKb=1.01014例如，Kb(Ac)＝Kw/Ka(HAc)＝1.01014/1.76105＝5.71010＝[H3O][OH]＝Kw/Ka[HAc][Ac][H3O]Kb＝[OH][HAc][H3O][Ac][H3O]18共轭酸的酸性越强，其共轭碱就越弱；反之亦燃。根据表中的排列顺序，可以定性地比较在同一浓度下各弱酸(碱)的相对强度。强碱，在水中100%质子化，不能独立稳定存在。强酸，在水中几乎100%电离，其电离常数一般通过理论推算求得，此表所列强酸电离常数约在103109数量级。1920化学上也常用电离度表示弱电解质的相对强弱：2)电离度电离度的大小与浓度有关(类似于化学反应的转化率)，而电离常数则与浓度无关，电离常数比电离度能更深刻地表明弱酸或弱碱电离的本质和能力。两者的简化关系式为=(Ka/C)1/2=n已电离的电解质n总21percentionization=IonizedacidconcentrationatequilibriumInitialconcentrationofacid100%ForamonoproticacidHA[H+]Percentionization=[HA]0100%[HA]0=initialconcentration22须指出，在同一溶剂中，酸碱的相对强弱决定于各酸碱的本性，但同一酸碱在不同溶剂中的相对强弱则由溶剂的性质决定。例如，HAc在水中是弱酸，而在液氨中则是一个较强的酸，因为液氨接受质子的能力比水强，促进了HAc的电离：因此，酸碱的相对强弱与溶剂本身的酸碱性有密切关系。物质酸碱性在不同溶剂作用的影响下，“强可以变弱，弱也可以变强；酸可以变碱，碱也可以变酸”，这是酸碱质子理论与Arrhenius酸碱理论的另一个区别。HAc+NH3(l)NH4+Ac然而，HAc在液态HF中却表现为弱碱：HAc+HFH2Ac+F2324NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH(aq)WeakBasesandBaseIonizationConstantsKb=[NH4+][OH][NH3]KbisthebaseionizationconstantKbweakbasestrengthSolveweakbaseproblemslikeweakacidsexceptsolvefor[OH]insteadof[H+].2526IonizationConstantsofConjugateAcid-BasePairsKaKb=KwWeakAcidandItsConjugateBaseKa=KwKbKb=KwKaH2O(l)H+(aq)+OH(aq)A(aq)+H2O(l)OH(aq)+HA(aq)KaKbHA(aq)H+(aq)+A(aq)Kw2728MolecularStructureandAcidStrengthHXH++XThestrongerthebondTheweakertheacidHFHClHBrHI29MolecularStructureandAcidStrengthZOHZO+H++TheOHbondwillbemorepolarandeasiertobreakif:ZisveryelectronegativeorZisinahighoxidationstate30MolecularStructureandAcidStrength1.Oxoacidshavingdifferentcentralatoms(Z)thatarefromthesamegroupandthathavethesameoxidationnumber.AcidstrengthincreaseswithincreasingelectronegativityofZClismoreelectronegativethanBr••HOClOO••••••••••••••••••HOBrOO••••••••••••••••HClO3HBrO331MolecularStructureandAcidStrength2.Oxoacidshavingthesamecentralatom(Z)butdifferentnumbersofattachedgroups.AcidstrengthincreasesastheoxidationnumberofZincreases.HClO4HClO3HClO2HClO32Acid-BasePropertiesofSaltsNeutralSolutions:Saltscontaininganalkalimetaloralkalineearthmetalion(exceptBe2+)andtheconjugatebaseofastrongacid(e.g.Cl,Br,andNO3).NaCl(s)Na+(aq)+Cl(aq)H2OBasicSolutions:Saltsderivedfromastrongbaseandaweakacid.NaCH3COOH(s)Na+(aq)+CH3COO(aq)H2OCH3COO(aq)+H2O(l)CH3COOH(aq)+OH(aq)33Acid-BasePropertiesofSaltsAcidSolutions:Saltsderivedfromastrongacidandaweakbase.NH4Cl(s)NH