无机化学课件5-酸碱平衡

第五章酸碱平衡§5.7配位化合物§5.6酸碱电子理论§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水的解离平衡和溶液的pH§5.1酸碱质子理论概述§5.8配位反应与配位平衡§5.1酸碱质子理论概述5.1.3酸和碱的相对强弱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+）的任何分子或离子。（质子的给予体）碱：凡是能与质子（H+）结合的分子或离子。（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－的共轭酸是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。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)酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)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酸和碱的相对强弱HClHAcHCN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水的解离平衡和溶液的pH5.2.2溶液的pH5.2.1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-+=ccccKW{}{})(OH)O(H3=-+ccKW或}{)(OHlgpOH-=-令c{})O(HlgpH3-=+c5.2.2溶液的pH{}{}101.0)(OH)O(H143×==--+根据ccKW14lg)OH(lg)H(lg=-=---+即ccKW14ppOHpH==+KW§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HA(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+A－(aq){}{}{})HA()A()OH()HA(3ccc-+=Ka3[(HO)/][(A)/][(HA)/]cccccc+－=)HA(Ka越大，酸性越强。Ka初始浓度/mol·L-10.1000平衡浓度/mol·L-10.10－xxxx=1.3×10－3HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac－(aq){}{}{})HAc()Ac()OH()HAc(3ccc-+=Ka例：计算25℃时，0.10mol·L-1HAc溶液中的H3O+,Ac－,HAc,OH－浓度及溶液的pH。解：x10.0x2-=1.8×10-5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/mol·L-1c–cαcαcα初始浓度/mol·L-1c00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。Ka11--=12acK{}2aHAcK=）（{}cKHAa）（=当c/Ka≥400时，误差可达5%以下，可近似计算。c0/mol·L-10.200005108.1-×=327.11)109.1lg(14pOH14pH-=×--=-=2.一元弱碱的解离平衡例：已知25℃时，0.200mol·L-1氨水的解离度为0.95%，求c(OH－),pH和氨的解离常数。)aq(OH(aq)NHO(l)H(aq)NH423-+++解：ceq0.200(1–0.95%)0.200×0.95%0.200×0.95%/mol·L-13109.1%95.0200.0)OH(--×=×=cmol·L-1mol·L-1324b333{(NH)}{(OH)}(1.910)(NH){(NH)}0.2001.910ccKc+---==-5.3.2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例题：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：{}{}{}xxccc－－0.010)COH()HCO()OH(23233==+732a1102.4)COH(-=K-1eq/(molL)0.010cxxyzxy++-－w2a1aKKKx+y+z≈x，x–y≈x：根据第二步解离计算－)CO(23c553233105.6105.6)}HCO({)}CO()}{OH({--+==yccc－－1132a2107.4)COH(-=K11a2107.4-==Ky1111a223Lmol107.4Lmol)CO(---==Kc－23233155eqHCO(aq)HO(l)HO(aq)CO(aq)/(molL)6.5106.510cyyzy+-++++－－－－－6.5×10-55106.5010.00.010－－=xx1533Lmol105.6)HCO()OH(－－－==+cc132Lmol010.0)COH(－=c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--=z1453101.0106.5)}(OH)}{O(H{---+==zcczc106.5)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=+KKceq/mol·L-10.10-xxx)aq(OH(aq)NHO(l)H(aq)NH3324++++解：例：计算0.10mol·L-1NH4Cl溶液的pH和的解离度。+4NH5--143bw4a101.8101.0)(NH)(NH==+KKK10106.5-=102106.510.0-=-xxx=7.5×10-6x(H3O+)=7.5×10-6mol·L-1pH=5.120075.010.0105.7}{)NH(64===-+cx%2.弱酸强碱盐（离子碱）NaAc,NaCN……一元弱酸强碱盐的水溶液呈碱性，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。12314a,1wb,3105.1107.6100.1---===KKK)aq(OH)aq(POH)l(OH)aq(POH43242--++a,3a,2a,143POHKKK对于b,3b,2b,134POKKK-对于例题：计算0.10mol·L-1Na3PO4溶液的pH值。ceq/(mol·L-1)0.10–xxx解：)aq(OH)aq(HPO)l(OH)aq(PO24234-