无机化学第五章 酸碱平衡

第五章酸碱平衡§5.7配位反应与配位平衡§5.6酸碱电子理论与配合物概述§5.5酸碱指示剂§5.4缓冲溶液§5.3弱酸、弱碱的解离平衡§5.2水的解离平衡和pH值§5.1酸碱质子理论概述§5.1酸碱质子理论概述5.1.3酸的相对强度和碱的相对强度5.1.2酸碱质子理论的基本概念*5.1.1历史回顾酸：凡是能释放出质子（H+）的任何含氢原子的分子或离子的物种。（质子的给予体）碱：凡是能与质子（H+）结合的分子或离子的物种。（质子的接受体）5.1.2酸碱质子理论的基本概念酸H++碱-++AcHHAc-+-+2442HPOHPOH-+-+3424POHHPO+++34NHHNH[]+++2333NHCHHNHCH++++252362O)Fe(OH)(HHO)Fe(H[][]++++422252O)(HFe(OH)HO)Fe(OH)(H[][]例：HAc的共轭碱是Ac－，Ac－的共轭酸HAc，HAc和Ac－为一对共轭酸碱。两性物质：既能给出质子，又能接受质子的物质。[]等。如：--+-HS,OH,HCO,)OFe(OH)(H,HSO232524酸H++碱①酸碱解离反应是质子转移反应，如HF在水溶液中的解离反应是由给出质子的半反应和接受质子的半反应组成的。②水是两性物质，它的自身解离反应也是质子转移反应。H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)HF(aq)H++F－(aq)H++H2O(l)H3O+(aq)HF(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+F－(aq)H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH－(aq)③盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。例如NaAc水解：酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)H+NH4Cl水解：酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)H+Ac－+H2OOH－+HAc+H2OH3O++NH3+4NH④非水溶液中的酸碱反应，也是离子酸碱的质子转移反应。例如NH4Cl的生成：H+液氨中的酸碱中和反应：H+-+++ClNHNHHCl43NaCl2NHNaNHClNH324++(1)(2)(2))1(碱酸碱酸(1)(2)(2))1(碱酸碱酸HCNHAc区分效应：用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来，称为溶剂的“区分效应”。例如：H2O可以区分HAc，HCN酸性的强弱。拉平效应：溶剂将酸或碱的强度拉平的作用，称为溶剂的“拉平效应”。酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子的能力的强弱。5.1.3酸的相对强度和碱的相对强度1.8×10-5Ka5.8×10-10水对强酸起不到区分作用，水能够同等程度地将HClO4，HCl，HNO3等强酸的质子全部夺取过来。选取比水的碱性弱的碱，如冰醋酸为溶剂对水中的强酸可体现出区分效应。例如上述强酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：HI＞HClO4＞HCl＞H2SO4＞HNO3酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。OHNHCOHHAcPOHSOHHClO243243424+酸性：------OHNHHCOAcPOHHSOClO334244碱性：§5.2水的解离平衡和pH值5.2.2溶液的pH值5.2.1水的解离平衡5.2.1水的解离平衡H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH－(aq)或H2O(l)H+(aq)+OH－(aq)—水的离子积常数，简称水的离子积。KW25℃纯水：c(H+)=c(OH－)=1.0×10-7mol·L-1100℃纯水：=1.0×10-14KW=5.43×10-13KWT，KW)OH()OH(3-+=cc或KW)OH()OH(3-+=ccccKW}{)(OHlgpOH-=-令c{})O(HlgpH3-=+c5.2.2溶液的pH值{}{}101.0)(OH)O(H143×==--+根据ccKW14lg)OH(lg)H(lg=-=---+即ccKW14ppOHpH==+\KW例5-1胃酸的主要成分是HCl(aq),，某成年人的胃酸pH=1.50(25℃)。试计算其中的c(H3O+),c(OH-)和pOH。该胃酸中盐酸浓度是多少？解：pH=-lgc(H3O+)=1.50c(H3O+)=0.032mol·L-1,pOH=14-pH=14-1.50=12.5c(OH-)=Kw°/c(H3O+)=10-14/0.032=3.1×10-13§5.3弱酸、弱碱的解离平衡5.3.3盐溶液的酸碱平衡5.3.2多元弱酸的解离平衡5.3.1一元弱酸、弱碱的解离平衡1.一元弱酸的解离平衡5.3.1一元弱酸、弱碱的解离平衡HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac－(aq)例5-2计算25℃时，0.10mol·L-1HAc（醋酸）溶液中的H3O+,Ac-,HAc,OH-浓度及溶液的pH。{}{}{})HAc()Ac()OH()HAc(3ccc-+=KaHAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac－(aq)初始浓度/mol·L-10.1000平衡浓度/mol·L-10.10－xxx{}{}{})HAc()Ac()OH()HAc(3ccc-+=Kax10.0x)HAc(2-=Kax=1.3×10－3解离度(a)%100%1000eq0-==cccα初始浓度已解离的浓度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{}89.2)O(HlgpH3=-=+c%3.1%10010.0103.13==-α醋酸的解离度=c{(H3O+)}{c(OH－)}KWα与的关系：KaHA(aq)H+(aq)+A－(aq)平衡浓度c–cαcαcα初始浓度c00稀释定律：在一定温度下(为定值)，某弱电解质的解离度随着其溶液的稀释而增大。Ka11102---=12acK时，）（当10HA4a-cK{}2aHAcK=）（{}cKHAa）（=c00.200002.一元弱碱的解离平衡：例5-3：已知25℃时，0.200mol·L-1氨水的pH=11.27,计算溶液中OH-浓度、解离度α和氨的解离常数Kb°。)aq(OH(aq)NHO(l)H(aq)NH423-+++解：ceq0.200(1–α)0.200α0.200αpH=11.27,pOH=2.73,c(OH-)=1.9×10-3mol·L-1α=(1.9×10-3)×100%/0.20=0.95%Kb°={cα2}/(1-α)={0.20×(0.95%)2}/(1-0.95)=1.8×10-55.3.2多元弱酸的解离平衡(aq)HCO(aq)OHO(l)H(aq)COH33232－第一步：+++(aq)CO(aq)OHO(l)H(aq)HCO23323－－第二步：+++{}{}{}7323332a1102.4)COH()HCO()OH()COH(-+==cccK－{}{}{}11323332a2107.4)HCO()CO()OH()COH(-+==－－cccK做近似处理。解离平衡的计算可按一元弱酸的反应，主要来自于第一步解离溶液中的)OH(OH10333a2a1++cKK例5-4：计算0.010mol·L-1H2CO3溶液中的H3O+,H2CO3,，和OH－的浓度以及溶液的pH值。－23CO－3HCO(aq)HCO(aq)OHO(l)H(aq)COH－33232+++解：5106.5010.00.010－－=xx1533Lmol105.6)HCO()OH(－－－==+cc132Lmol010.0)COH(－=c{}{}{}xxccc－－0.010)COH()HCO()OH(23233==+732a1102.4)COH(-=K0.010)Lmol/(1xxx－平衡浓度-：根据第二步解离计算－)CO(23c10.5610.56)Lmol/((aq)CO(aq)OHO(l)H(aq)HCO551eq23323yyyc+++-+－－－－－yyyccc-+==--+553233105.6)105.6()}HCO({)}CO()}{OH({－－1132a2107.4)COH(-=K11a255107.4,106.5106.5---==Kyy1111a223Lmol107.4Lmol)CO(---==Kc－的解离平衡：来自OHOH2-(aq)OH(aq)OHO(l)HO(l)H322-+++{}19.4)OH(lgpH3=-=+c101Lmol105.1)OH(---=c01101.5-=z415101.0106.5--=z55106.5106.5--++zy1453101.0)106.5()}(OH)}{O(H{---+=++=zzycczzyc106.5)L/(mol51eq++--结论：③对于二元弱酸，若c(弱酸)一定时，c(酸根离子)与c2(H3O+)成反比。①多元弱酸的解离是分步进行的，一般。溶液中的H+主要来自于弱酸的第一步解离，计算c(H+)或pH时可只考虑第一步解离。321KKK②对于二元弱酸，当时，c(酸根离子)≈，而与弱酸的初始浓度无关。2K21KK※)CO(2)OH(233-+cc{}{}{}a2a12223)AH()A()OH(KKcccK==-+{}{}{}232a2a12)OH()AH()A(+-=ccKKc(aq)A(aq)O2HO(l)H2A(aq)H2322-+++(aq)A(aq)OHO(l)H(aq)HA232-+-++(aq)HA(aq)OHO(l)HA(aq)H322-+++1.强酸弱碱盐（离子酸）(1)+(2)=(3)则5.3.3盐溶液的酸碱平衡(aq)Cl(aq)NHCl(s)NH4O(l)H42-++(1)(aq)OH(aq)OH(l)OH(l)OHw322K+-++)(NH)OH()OH()}NH({)}NH()}{OH({)(NH3bw4334aKKcccccK==--+++a3324(3)(aq)OH)aq(NHO(l)H(aq)NHK++++1(2)O(l)H)aq(NH(aq)OH(aq)NHb234K++-+%100%1000eq0-==ccc盐的初始浓度的浓度水解平衡时盐水解部分水解度类的水解度。的解离度就是所谓的盐+4NH两边分别取负对数wbabwaKKKKKK==即：：通式wbapppKKK=+14pp,C25ba0=+KK例5-5计算0.10mol·L-1NH4Cl溶液中的pH和NH4+解离度。解：因Kb°(NH3)=1.8×10-5,Ka°=Kw°/Kb°Ka°=(1.0×10-14)/(1.8×10-5)=5.6×10-10NH4+(aq)+H2O(l)→NH3(aq)+H3O+(aq)ceq/mol·L-10.1-xxxX2/(0.10-x)=5.6×10-10x=7.5×10-6C(H3O+)=7.5×10-6,pH=5.12α(NH4+)=x/c=√Ka°(NH4+)/c=√5.6×10-10/0.1=0.0075%2.弱酸强碱盐（离子碱）NaAc,NaCN……一元弱酸强碱盐的水溶液成碱性，因为弱酸阴离子在水中发生水解反应。如在NaAc水溶液中：(aq)OHHAc(aq)O(l)H(aq)Ac2--++{}{}{})HAc()Ac()OH()HAc()Ac(awbKKcccK==---的水解常数。的解离常数，也就是是质子碱---AcAc)Ac(bK如Na3PO4的水解：)aq(OH)aq(HPOO(l)H)aq(PO24234---++)aq(OH)aq(POH)l(OH)aq(HPO42224---++21314a,3wb,1102.2105.4100.1---===KKK7814a,2wb,2106.1102.6100.1---===KKK多元弱酸强碱盐也呈碱性，它们在水中解离产生的阴离子都是多元离子碱，它们的水解都是分步进行的。1231