电解质溶液与缓冲溶液

第一节酸碱质子理论第二节水溶液的酸碱性第三节弱电解质溶液第四节缓冲溶液一、质子原子的组成一、质子原子的组成原子质子（一个单位正电荷）中子(不带电）核外电子(一个单位负电荷）原子核原子是由带正电荷的原子核和带负电荷的电子构成的，原子核所带的正电荷数和核外电子所带的负电荷数相等，整个原子显电中性。原子核又是由质子和中子构成的。一、质子(1)原子核的核电荷数是由质子数决定的，原子是电中性的，所以：核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数原子中各种粒子间的关系若按核电荷数由小到大的顺序给元素编号，得到的序号称为原子序数。原子序数在数值上与该元素原子的核电荷数相等，即与质子数相等。一、质子原子结构示意图一、质子氢原子结构示意图氢原子中有一个质子和一个电子，当氢原子失去这个电子时，就成了氢离子H+，这样氢离子就相当于一个质子，所以通常所说的质子就是氢离子氢离子（H+）失电子二、化合价化合价是元素在形成化合物时表现出的一种性质。，反应了原子形成化学键的能力规定(1)单质中元素的化合价等于零。H2、Cl2、Na、Mg（2）单原子离子中元素的化合价等于离子的荷电数。Na+、Mg2+、Cl-（3）氧（O）的化合价在大多数化合物中为—2价，氢（H）的化合价在大多数化合物中为+1价（4）电中性的化合物中所有元素的化合价的代数和为零。多原子离子中所有元素的化合价的代数和等于离子的荷电数。NaOH、Na2SO4、ClO3-二、化合价表示方法+1—2—2+7例题：求H2中H的化合价、Cr2O72-中Cr的化合价和Fe3O4中Fe的化合价2X=02X+7×(-2)=-23X+4×(-2)=01663年波义耳(R.Boyle)提出酸碱概念。1889年阿累尼乌斯提出酸碱电离理论。1905年富兰克林酸碱溶剂理论。1923年布朗斯特和费莱(T.M.Lowry)几乎同时各自独立地提出了酸碱的质子理论。同年，路易斯提出了酸碱的电子理论。1963年皮尔逊提出硬软酸碱原则。一、酸碱电离理论在水中电离产生的阳离子全部是H+的化合物HClH++Cl-HAcH++Ac-在水中电离产生的阴离子全部是OH-的化合物NaOHNa++OH-NH4OHNH4++OH-H++OH-H2O一、酸碱电离理论NaHSO4可电离为Na+、H+、SO42-是酸还是碱一、酸碱电离理论酸碱电离理论是人们对酸碱认识从现象到本质的一次飞跃，对化学学科的发展起了重要作用。但该理论将酸碱限定在以水为溶剂的体系，而且将碱限定为氢氧化物。NH3+HClNH4ClCH3CH2ONa、Na2CO3二、酸碱质子理论HAcH++Ac-NH4+H++NH3H2CO3HCO3-+H+HCO3-CO32_+H+H3PO4H++H2PO4-HPO42-H++PO43-H2PO4-H++HPO42-H3O+H2O+H+H2OH++OH-二、酸碱质子理论能给出质子的（H+）物质质子给予体能接受质子的（H+）物质质子接受体二、酸碱质子理论酸和碱依赖质子的给出与获得相互依存、相互转化共轭酸：共轭碱：碱得到质子后形成的酸酸得到质子后形成的碱共轭酸碱对酸与其共轭碱碱与其共轭酸只相差一个质子二、酸碱质子理论HAc、HCl、PO43-、HCO3-、NH4+、OH-、NH3HAc、HCl、HCO3-、NH4+PO43-、HCO3-、OH-、NH3NH4+-NH3二、酸碱质子理论既有给出质子的能力，又有接受质子的能力既可以是酸又可以是碱给出质子接受质子二、酸碱质子理论没有盐的概念酸碱电离理论中的盐在酸碱质子理论中是酸、碱或者酸和碱的混合物NaAc在水中全部解离为Na+和Ac-，为碱NH4Ac在水中全部解离为NH4+和Ac-，为酸和碱的混合物三、酸碱反应的实质酸1+碱2碱1酸2+H+1、酸碱反应的实质是在两对共轭酸碱对之间的质子传递2、水溶液、非水溶剂和无溶剂时均可进行三、酸碱反应的实质NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)得到质子给出质子三、酸碱反应的实质3、电离作用、中和反应、水解反应都属于酸碱反应弱碱电离NH3+H2ONH4++OH-弱酸电离HAc+H2OH3O+Ac-+盐的水解+H2OAc-OH-HAc+三、酸碱反应的实质4、酸碱反应的方向：取决于酸碱的相对强度较强酸+较强碱较弱碱+较弱酸四、酸碱的强度酸越强，给出质子能力越强，其共轭碱接受质子能力越弱，即碱性越弱酸越弱，其共轭碱碱性越强一、水的质子自递平衡H2O+H2OH3O++OH-H+在同种分子之间所发生的质子传递反应称为质子自递反应一、水的质子自递平衡一定温度下，水的质子自递反应达到平衡时K=𝐻3𝑂+[𝑂𝐻−]𝐻2𝑂2𝐾𝐻202=𝐻3𝑂+[𝑂𝐻−]=𝐾𝑤Kw成为水的离子积常数，简称水的离子积一、水的质子自递平衡Kw随温度的升高而增大𝐾𝑤=1.0×10−1425℃适用于纯水和水溶液二、水溶液的酸碱性（酸度）[H+]＞[OH-]或[H+]＞1.00×10-7（25℃）酸性；[H+]越大，酸性越强[H+]＝[OH-]或[H+]=1.00×10-7（25℃）中性[H+]＜[OH-]或[H+]＜1.00×10-7（25℃）碱性；[OH-]越大，碱性越强二、水溶液的酸碱性（酸度）酸度是指水溶液中H3O+的浓度酸碱性（酸度）的表示：pHpH：水溶液中H3O+浓度的负对数pH=-lg[H3O+]二、水溶液的酸碱性（酸度）pH=-lg[H3O+]pH[H3O+]mol/LpH[H3O+]Mol/L110-1810-8210-2910-9310-31010-10410-41110-11510-51210-12610-61310-13710-71410-14二、水溶液的酸碱性（酸度）室温下，pH与溶液的酸碱性的关系如下：酸性溶液：pH7中性溶液：pH=7碱性溶液：pH7pH越小，酸性越强；pH越大，碱性越强二、水溶液的酸碱性（酸度）溶液的酸碱性也可以用pOH来表示pH=-lg[OH-]室温时：𝑝𝐻+𝑝𝑂𝐻=𝑝𝐾𝑤=14二、水溶液的酸碱性（酸度）人体各种体液的pH值体液pH值血浆成人胃液唾液7.36~7.440.9~1.56.35~6.85酸中毒(acidosis)：pH值7.36碱中毒(alkalosis):pH值7.44一、电解质溶液化合物电解质非电解质强电解质弱电解质酸（HCl、HAc）、碱（NaOH、NH3·H2O）、盐（NaCl）等。蔗糖、甘油、酒精导电能力渗透压电解质和弱电解质的导电性强电解质在水溶液中全部解离成离子，以水合离子的状态存在一、电解质溶液弱电解质在水溶液中只有一小部分解离成离子，大部分以分子的形式存在二、弱电解质溶液的解离平衡NH4++OH-NH3·H2O当弱电解质电离成离子的速度（正反应）和离子重新结合成分子的速度（逆反应）相等时，即解离达到动态平衡，称解离平衡此平衡是动态的、有条件的，当条件改变，如改变反应物或生成物的浓度，改变温度等，可使电离平衡移动，直至建立新的平衡二、弱电解质溶液的解离平衡HB+H2OB-+H3O+𝐾𝑎=𝐵−[𝐻3𝑂+][𝐻𝐵]Ka称为弱酸的解离平衡常数，简称为酸常数。Ka值越大，表示一元弱酸的解离能力越强，溶液中H3O+的浓度越高，弱酸的酸性越强二、弱电解质溶液的解离平衡𝐾𝑏=𝐻𝐵[𝑂𝐻−][𝐵−]Kb称为弱碱的解离平衡常数，简称为碱常数。Kb值越大，表示一元弱碱的解离能力越强，溶液中OH-的浓度越高，弱碱的碱性越强B-+H2OHB+OH-二、弱电解质溶液的解离平衡当弱电解质在溶液中达到解离平衡时，弱电解质各离子浓度幂的乘积与未解离的分子浓度之比是一个常数，称为：弱电解质的电离常数（解离常数）用Ki来表示Ki的大小表示弱电解质在水溶液中的解离程度。Ki值越大，说明弱电解质的解离程度越高。Ki具有平衡常数的一般属性。三、共轭酸碱对Ka与Kb的关系HB+H2OB-+H3O+𝐾𝑎=𝐵−[𝐻3𝑂+][𝐻𝐵]𝐾𝑏=𝐻𝐵[𝑂𝐻−][𝐵−]B-+H2OHB+OH-𝐾𝑎×𝐾𝑏=𝐾𝑤四、解离度α解离度α----表示电解质的解离程度α=已解离的分子数原有分子总数×100%四、解离度αCH3COOHCH3COOH++25℃，0.1mol/L的HAc溶液中，每10000个HAc分子里有132个分子电离成离子。α=132/10000×100%=1.32%。四、解离度α一般将质量摩尔浓度为0.2mol/kg的电解质溶液中解离度大于30%的成为强电解质，解离度小于5%的称为弱电解质，介于30%和5%之间的称为中强电解质影响解离度的因素：溶质和溶剂的极性强弱溶液的浓度溶液的温度四、解离度α0.1mol/L某些强电解质的实测解离度电解质HClHNO3H2SO4KOHNaOHKClNH4ClCuSO4α/%92925889848688400.1mol/L某些弱电解质的解离度电解质HFHCOOHNH3·H2OHAcHCNα/%8.04.241.331.320.01五、多元弱酸的分步解离H2CO3HCO3HCO3H++H++CO32,H3PO4H++H2PO4-H2PO4-H++HPO42-HPO42-H++PO43-五、多元弱酸的分步解离通常K1K2K3，一般以K1作为多元弱酸的电离常数。H3PO4H++H2PO4-H2PO4-H++HPO42-HPO42-H++PO43-K1K2K3六、弱电解质解离平衡的移动浓度的影响HB+H2OB-+H3O+当反应达到平衡时，降低B-的浓度，平衡向移动，弱电解质的解离度，溶液中离子数目六、弱电解质解离平衡的移动同离子效应如果在弱电解质的水溶液中加入与其具有共同离子的强电解质，使弱电解质的电离度下降的现象。HAcH++Ac-NaAcNa++Ac-六、弱电解质解离平衡的移动盐效应在弱电解质的水溶液中，加入与弱电解质含有不同离子的强电解质，使得弱电解质的解离度增加的现象在0.1mol/LHAc溶液中加入NaCl晶体，使NaCl的浓度为0.1mol/L时，氢离子的浓度由1.34×10−3mol/L增大到了1.70×10−3mol/L，解离度则为1.70%六、弱电解质解离平衡的移动1、在发生同离子效应的同时，必然伴随着盐效应的发生。2、同离子效应对弱电解质的解离度影响更大。3、通常忽略盐效应所产生的影响。一、缓冲作用与缓冲溶液HAc-Ac-pH=4纯水pH=7原溶液加少量酸加少量碱加水稀释纯水72117HAc-Ac-4444一、缓冲作用与缓冲溶液lL纯水pH7.0通入0.01molHClpH：2.0△pH：-5.00lL0.lmol醋酸和0.1mol醋酸钠pH4.75通入0.01molHClpH：4.66△pH：-0.09一、缓冲溶液的概念缓冲溶液：能抵抗外加的少量强酸、强碱或稀释而保持溶液的pH基本不变的溶液缓冲作用：缓冲溶液对强酸、强碱或稀释的抵抗作用二、缓冲溶液的组成抗酸成分（共轭碱）抗碱成分（共轭酸）缓冲系或缓冲对共轭酸碱对弱酸和对应的盐：HAc～NaAcH2CO3～NaHCO3弱碱和对应的盐：NH3·H2O～NH4ClCH3NH2~CH3NH2.HCl多元酸的酸式盐和对应的次级盐：NaH2PO4～Na2HPO4三、缓冲作用原理以H2CO3-NaHCO3为例HAc+Ac-H2OH3O++NaAcNa++Ac-抗酸成分：Ac-抗碱成分：HAc当外加少量HCl时：HClH++Cl-H++Ac-HAc，使溶液pH值几乎不变，故Ac-为抗酸成分。当外加少量NaOH时：NaOHNa++OH-OH-+H+H2O补充（大量)HAcH++Ac-，使溶液pH值几乎不变，故HAc为抗碱成分。三、缓冲作用原理三、缓冲作用原理缓冲溶液中既有大量的抗酸成分，又有大量的抗碱成分，因此可以抵抗外加的少量强酸或强碱，使溶液pH值几乎不变。四、缓冲溶液的pH[HB]]][B[HaK[HB]][BlgppHaK亨德森-哈塞尔巴赫方程式（Henderson-Hasselbach）][B[HB]][HaK即缓冲比弱酸-共轭碱（HB-