第三节-酸碱溶液pH的计算

第三节酸碱溶液pH的计算酸碱溶液的几种类型一.强酸碱二.一元弱酸碱HA多元弱酸碱H2A,H3A三.两性物质HA-四.共轭酸碱HA+A-五.混合酸碱强+弱.弱+弱物料平衡(MaterialBalanceEquilibrium,MBE):各物种的平衡浓度之和等于其分析浓度.电荷平衡(ChargeBalanceEquilibriua,CBE):溶液中正离子所带正电荷的总数等于负离子所带负电荷的总数.(电中性原则)质子条件(ProtonConditionEquilibriua,PCE):溶液中酸失去质子的数目等于碱得到质子的数目.例:HAc水溶液物料平衡式(MBE):c=[HAc]+[Ac-]电荷平衡式(CBE):[H+]=[Ac-]+[OH-]质子条件式(PCE):[H+]=[Ac-]+[OH-]水溶液中酸碱平衡的处理方法质子平衡式（质子条件式）PBE酸碱反应达平衡时酸失去的质子数等于碱得到的质子数关于PBE零水准法（质子参考水准）零水准物质的选择(通常以起始酸碱组分和溶剂分子作为零水准物质）a．溶液中大量存在的b．参与质子转移反应质子条件式书写方法等式左边——得质子后产物等式右边——失质子后产物根据质子得失相等原则列出质子条件式有关浓度项前乘上得失质子数例:一元弱酸(HA)的质子条件式：零水准:H2O,HAHA与H2O间质子转移:HA+H2OH3O++A-H2O与H2O间质子转移:H2O+H2OH3O++OH-零水准酸型碱型酸型零水准得质子产物碱型零水准失质子产物质子条件式:[H+]=[A-]+[OH-]得失质子数相等:[H3O+]=[A-]+[OH-]例1：Cmol/mL的NH4H2PO4的质子条件式零水准——NH4+，H2PO4-，H2O[H3PO4]+[H+]=[NH3]+[HPO42-]+2[PO43-]+[OH-]例2：Cmol/ml的Na2HPO4的质子条件式零水准——HPO42-，H2O[H2PO4-]+2[H3PO4]+[H+]=[PO43-]+[OH-]例:浓度为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-]练习：1.Cmol/mL的Na2S的质子条件式2.Cmol/ml的Na2H2Y的质子条件式代数法思路近似式[H+]的精确表达最简式化学平衡关系近似处理进一步近似处理物料平衡电荷平衡*质子条件1强酸碱溶液强酸(HCl):强碱(NaOH):cHCl=10-5.0and10-8.0mol·L-1,pH=?质子条件:[H+]+cNaOH=[OH-]最简式:[OH-]=cNaOH质子条件:[H+]=cHCl+[OH-]最简式:[H+]=cHCl24][2wKCCH•当时，必须采用精确式计算。•例：浓度为的HCl溶液，其•，pH=3.0。•浓度为的HCl溶液，其•，pH=7.3（碱性）。•这是不可能的。•此时，必须用精确式计算••pH=6.89Lmol/100.13LmolH/100.1][3Lmol/100.58LmolH/100.5][8LmolH/1028.12104)10(5][71428LmolC/1062弱酸(碱)溶液展开则得一元三次方程,数学处理麻烦!一元弱酸(HA)质子条件式:[H+]=[A-]+[OH-]平衡关系式精确表达式:[H+]＝Ka[HA]+Kw[H+]=+[H+]Ka[HA][H+]Kw[H+]+Kaca[H+][HA]=若:Kaca10Kw,忽略Kw（即酸的离解远大于水的离解,忽略水的离解）[HA]=ca-[A-]=ca-([H+]-[OH-])≈ca-[H+]近似计算式:展开得一元二次方程[H+]2+Ka[H+]-caKa=0，求解即可最简式:若:ca/Ka105,则ca-[H+]≈ca[H+]＝Ka[HA]+Kw精确表达式：[H+]＝Ka(ca-[H+])[H+]＝Kaca若:Kaca＜10Kw但ca/Ka105酸的解离可以忽略[HA]≈ca得近似式:[H+]＝Ka[HA]+Kw精确式：[H+]＝Kaca+Kw(1)Kaca10Kw:(2)ca/Ka105:(3)Kaca10Kw,ca/Ka105:[H+]＝Ka[HA]+Kw精确表达式：[H+]＝Ka(ca-[H+])[H+]＝Kaca+Kw(最简式)[H+]＝Kaca例计算0.20mol·L-1Cl2CHCOOH的pH.(pKa=1.26)如不考虑酸的离解(用最简式:pH=0.98),则Er=29%解:Kac=10-1.26×0.20=10-1.9610Kwc/Ka=0.20/10-1.26=100.56＜105故近似式:解一元二次方程:[H+]=10-1.09则pH=1.09[H+]＝Ka(ca-[H+])一元弱碱(B-)质子条件:得精确表达式:[H+]+[HB]=[OH-][H+]+=Ka[H+][B-][H+]Kw[H+]＝Kw1+[B-]/Ka酸碱平衡关系若:c/Ka20,“1”可以忽略(水的碱性)并且:[B-]=cb-[HB]=cb–([OH-]-[H+])≈cb–[OH-]近似计算式:最简式:若Kb/cb2.5×10-3则即[B-]≈cb[H+]==KaKw[B-]KaKwcb-[OH-][H+]=KaKwcb处理方式与一元弱酸类似用Kb代替Ka，[OH-]代替[H+]一元弱酸的公式可直接用于一元弱碱的计算直接求出：[OH-],再求[H+]pH=14-pOH质子条件式:[OH-]=[H+]+[HB]代入平衡关系式[B-]Kb[OH-][OH-][OH-]Kw=+精确表达式:[OH-]=Kb[B-]+Kw(1)Kbc10Kw:(2)c/Kb105:(3)Kbc10Kw,c/Kb105:[OH-]=Kb(cb-[OH-])[OH-]=Kbcb+Kw[H+]=KaKwcb[OH-]=Kbcb最简式:多元弱酸溶液二元弱酸(H2A)质子条件:[H+]=[HA-]+2[A2-]+[OH-]2Ka2[H+]=Ka1[H2A](1+)+Kw[H+]酸碱平衡关系KwKa1[H2A][H+]=++2Ka1Ka2[H2A][H+][H+]2[H+]≤0.05,可略近似式:以下与一元酸的计算方法相同Ka1ca10Kw2Ka2[H+]=Ka1[H2A](1+)+Kw[H+]2Ka2[H+]=Ka1[H2A](1+)+Kw[H+]2Ka2[H+]2Ka2[H+][H+]=Ka1[H2A](忽略二级及以后各步离解)Ka1ca10Kw，则：≤0.05则：ca/Ka1≥105计算饱和H2CO3溶液的pH值(0.040mol/L)[H+]＝Ka1ca2Ka2[H+]=Ka1[H2A](1+)[H+][H+]=Ka1[H2A]2Ka2[H+]2Ka2Ka1ca≈3两性物质溶液两性物质：在溶液中既起酸(给质子)、又起碱（得质子）的作用多元酸的酸式盐Na2HPO4,NaH2PO4,弱酸弱碱盐NH4Ac氨基酸质子条件:[H+]+[H2A]=[A2-]+[OH-]精确表达式:酸碱平衡关系式酸式盐NaHAKw[H+][HA-][H+]+=+Ka2[HA-]Ka1[H+][H+][H+]＝Ka1(Ka2[HA-]+Kw)Ka1+[HA-]若:Ka1Ka2,[HA-]≈c(ΔpKa≥3.2)近似计算式:如果c10Ka1,则“Ka1”可略,得最简式:[H+]=Ka1Ka2cKa1+c[H+]=Ka1(Ka2c＋Kw)Ka1+c若Ka2c10Kw则Kw可忽略[H+]＝Ka1Ka2精确式：Ka1Ka2,[HA-]≈cKa2c10Kwc10Ka1pH=1/2(pKa1+pKa2)[H+]＝Ka1(Ka2c+Kw)Ka1+c[H+]＝Ka1Ka2cKa1+c[H+]＝Ka1Ka2[H+]＝Ka1(Ka2[HA-]+Kw)Ka1+[HA-]弱酸弱碱盐NH4Ac质子条件式:[H+]+[HAc]=[NH3]+[OH-]Ka’c10Kwc10Ka[H+]＝Ka(Ka’c+Kw)Ka1+c酸碱平衡关系[NH4+]≈[Ac-]≈c[H+]=KaKa’cKa+c[H+]＝KaKa’Ka’NH4+KaHAc例计算0.0010mol/LCH2ClCOONH4溶液的pHCH2ClCOOH:Ka=1.4×10-3NH3:Kb=1.8×10-4Ka’=5.6×10-10Ka’c≥10Kw,c10KapH=6.24[H+]＝Ka1Ka2cKa1+c氨基酸H2N-R-COOHPBE:[H+]+[+H3N-R-COOH]=[H2N-R-COO-]+[OH-]Ka2c10Kwc/Ka110[H+]＝Ka1Ka2cKa1+c[H+]＝Ka1(Ka2c+Kw)Ka1+c酸碱平衡关系[H+]＝Ka1Ka24.共轭酸碱体系[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电荷平衡:[H+]+[Na+]=[OH-]+[A-][HA]=ca-[H+]+[OH-][A-]=ca+cb-[HA]=cb+[H+]-[OH-]+)pH6(酸性),略去[OH-]pH=pKa+lgcacb[H+]=Kaca-[H+]+[OH-]cb+[H+]-[OH-][H+]=Kaca-[H+]cb+[H+][H+]=Kaca+[OH-]cb-[OH-]pH8(碱性),略去[H+]若ca≥20[H+];cb≥20[H+],或ca≥20[OH-];cb≥20[OH-],最简式[H+]=Kacacb计算方法：(1)先按最简式计算[OH-]或[H+]。(2)再计算[HA]或[A-],看其是否可以忽略.如果不能忽略,再按近似式计算。通常情况下，由共轭酸碱对组成的缓冲溶液可以用最简式直接计算pH例(1)0.10mol/LNH4Cl–0.20mol/LNH3先按最简式:(2)0.080mol/L二氯乙酸–0.12mol/L二氯乙酸钠先用最简式求得[H+]＝0.037mol/L∵ca[OH+],cb[OH-]∴结果合理pH=9.56应用近似式:解一元二次方程，[H+]=10-1.65mol·L-1,pH=1.65pH=pKa+lg=9.56cacb[H+]=Kaca-[H+]cb+[H+]缓冲溶液一.定义缓冲溶液：能使溶液的pH不因外加少量酸、碱或溶液适当稀释等因素而发生显著变化的溶液。生理缓冲溶液人体液(37℃)正常pH为7.35-7.45。每人每天耗O2600L,产生CO2酸量约合2L浓HCl,除呼出CO2及肾排酸外,归功于血液的缓冲作用。血红蛋白:HHb-KHb血浆蛋白:HPr-NaPr氧络血红蛋白:HHbO2-KHbO2磷酸盐:H2PO4--HPO42-碳酸盐:H2CO3-HCO3-•缓冲现象在自然界和人类社会中普通存在。“buffer”一词的意思就是弹簧等对冲力的缓解。在化学上，借用“buffer”来表达能减缓因外加强酸或强碱以及稀释而引起的pH急剧变化的作用，这种溶液被称为pH缓冲溶液。简言之，缓冲溶液是一种能对溶液的酸度起稳定作用的溶液。•缓冲溶液通常分为两类：一类是由弱酸及其共轭碱所组成，基于弱酸的离解平衡来控制[H+]，如HAC—AC-,NH4+—NH3等。另一类是强酸或强碱溶液。由于H+或OH-的浓度本来就很高，外加少量酸或碱时不会对溶液的酸度产生太大的影响。在这种情况下，强酸强碱也是缓冲溶液，它们主要是高酸度（pH2）和高碱度(pH12)时的缓冲溶液。但这类缓冲