酸碱反应及酸碱平衡课件.ppt
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- 酸碱 反应 平衡 课件
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1、1酸碱概述酸碱的通性酸碱的通性酸能使紫色的石蕊变红,具有酸性;碱能使红色的石蕊变蓝,使无色酚酞变红,具有碱性。酸碱反应生成盐和水。pH值值水溶液中H+浓度的负对数。pH = -lgc(H+)/c)。酸碱的定义酸碱的定义凡在水溶液中电离生成的阳离子全部为H+的物质为酸,凡在水溶液中电离生成的阴离子全部为OH-的物质为碱。酸碱反应是在水溶液中酸电离出的H+和碱电离出的OH-结合为水的过程。(酸碱电离理论)26.1 酸碱质子理论概念概念凡在一定条件下能给出质子(H+)的物质为酸,凡在一定条件下能接受质子的物质为碱。Bronsted & Lowry 1923理论浅析1)适用体系不在局限于水溶液;2)涵
2、盖的物质范围扩大;3)酸碱的判定以得失质子为依据,酸碱成对出现,酸碱的联系更加紧密,对酸碱性质的解释直观合理;4)理论中存在一定局限性。36.1.2.1 酸碱概念和酸碱反应酸质子 + 碱HCl=H+Cl-HAc=H+Ac-H2CO3=H+HCO3-HCO3-=H+CO32-NH4+=H+NH3H2O=H+OH-H3O+=H+H2OAl(H2O) 63+=H+Al (H2O) 5(OH-)2+酸碱半反应4酸碱反应HCl+NH3=Cl-+NH4+酸(1) + 碱(2)= 碱(1)+酸( 2 )质子酸碱理论认为,所谓的酸碱反应,是酸与碱相互作用,分别转化为共轭碱和共轭酸的反应,即酸与碱的质子转移反应
3、。56.1.2.2 酸碱的相对强弱水的质子自递反应水的质子自递反应和和质子自递常数质子自递常数弱一元酸碱的离解弱一元酸碱的离解弱多元酸碱的离解弱多元酸碱的离解酸碱的离解度和离解常数酸碱的离解度和离解常数6质子酸碱的概念关系OH-+H+=H2O+ H+=H3O+水的酸碱半反应共轭酸碱对 2共轭酸碱对共轭酸碱对 1两性物质7水的质子自递反应H2O=H+OH-(1)H2O+H+=H3O+(2)H2O+H2O=H3O+OH-(3)H2O=H+OH-(4)Kw=c(H3O+)/c c(OH-)/c(5)Kw:水的离解常数;水的质子自递常数;水的离子积。8不同温度时水的质子自递常数t/0102024255
4、0100Kw1.13910-152.92010-156.80910-151.00010-141.00810-145.47410-145.5010-13严格来讲,应采用实验温度时的 Kw值,通常情况下,反应在室温进行, Kw取1.010-14。9例例*计算c (HCl) =0.1 molL-1的盐酸水溶液的pH值和pOH值。解:HCl是强酸,在水溶液中完全离解,产生的H+对水的离解具有强烈的抑制作用,故计算氢离子浓度时,可忽略水的离解。 c (H+) = 0.10 molL-1, pH=1.00K w =c(H+)/cc(OH-)/c c (OH-)=Kw/c= 1.010-13 molL-1c
5、(H+)/cpOH=13.00合理近似合理近似利用水的离子利用水的离子积常数关系积常数关系10弱一元酸的离解HAc+H2O=H3O+Ac-Ka (HAc) = 1.810-5NH4+H2O=H3O+NH3Ka (NH4+) = 5.610-10HS-+H2O=H3O+S2-Ka (HS-) = 7.110-15HB + H2O=H3O+B-Ka=c(H3O+)/cc(B-)/cc(HB)/cKa弱酸的离解常数三种酸的强弱顺序: HAc NH4+ HS-11弱一元碱的离解Ac-+H2O=HAc+OH-Kb(Ac-) =5.610-10NH3+H2O=NH4+OH-Kb(NH3)= 1.810-5
6、S2-+H2O=HS-+OH-Kb(S2-) = 1.4B+H2O=HB+OH-Kb=c(OH-)/cc(HB+)/cc(B)/cKb:弱碱的离解常数三种碱的强弱顺序: S2- NH3 Ac-12共轭酸碱离解常数之间的关系Kw=Ka(HB) Kb (B-)HB+H2O = H3O+B-K(1) =Ka(HB) B-+H2O =OH-+HBK(2) =Kb(B-)对于共轭酸碱:两式相加:H2O+H2O =H3O+OH-K(1) K(2) =Ka (HB) Kb (B-)=Kw多重平衡体系13多元弱酸碱的离解碳酸的离解H2CO3+H2O=H3O+HCO3-Ka1 = 4.3010 -7HCO3-+
7、H2O=H3O+CO32-Ka2 = 5.6110 -11磷酸的离解H3PO4+H2O=H3O+H2PO4-Ka1 = 7.610 -3H2PO4-+H2O=H3O+HPO4 2 -Ka2 = 6.310 -8HPO4 2 -+H2O=H3O+PO4 3 -Ka3 = 4.410 -13磷酸根的离解PO43-+H2O=OH-+HPO42-Kb1 = 2.310 -2HPO42-+H2O=OH-+H2PO4 -Kb2 = 1.610 -7H2PO4 -+H2O=OH-+H3PO4Kb3 = 1.310 -12(1)分步离解,酸碱性逐步减弱;(2)存在复杂的多重平衡关系;(3) 多个共轭酸碱对。1
8、4离解度和酸碱离解常数离解度HB +H2O=H3O+B-平衡前:c000平衡后: c0(1-)c0 c0 忽略水的质子自递反应c(HB)/cc(H3O+)/c c(B-)/cKa(HB)=c0(1-) /cc0 /c c0 /c=c0(1-) c0 近似一近似二15成立条件:酸的浓度不太小,离解度不太大时。稀释定律16例例6-1 已知HAc的Ka=1.810-5,求Ac-的Kb值。解:Ac-为HAc的共轭碱,所以:Kb (Ac-)=Kw=1.0 10-14=5.6 10-10Ka (HAc)1.810-517例例 6-2 试从酸碱质子理论的角度定性说明为什么NaH2PO4溶液显酸性。答:NaH
9、2PO4在水溶液中完全离解为Na+和H2PO4-离子,H2PO4-既可以给出质子也可以得到质子。(1) H2PO4- + H2O = H3O+ + HPO42-(2) H2PO4- + H2O = H3PO4 + OH-K1 = Ka2 (H3PO4) = 6.3 10-8K2 = Kb3 (PO43-) = Kw / Ka1 (H3PO4) = 1.010-14/(7.6 10-3) = 1.3 10-12K1 K2, 反应(1)进行的趋势大,溶液显酸性。186.2 酸碱平衡6.2.1 溶液的pH值:pH = -lg c(H3O+)/c (6-5)通常用pH值用来表示溶液的酸度。pH + p
10、OH = pKw在常温(25)下, pH + pOH = 14.00 ( 6-6 )12345 6789 10 11 12 13 140酸性增强碱性增强196.2.2弱酸(碱)的离解平衡6.2.2.1 一元弱酸(碱)的离解平衡HB+H2O=H3O+B-起始浓度(molL-1)c000平衡浓度(molL-1)c0-xxx忽略水离解产生的H+c0/Ka 500, c0-x c0(6-8)20/ )B(/ )OH(/ )HA(/ )H(0-0ccKccccKccba(6-8)(6-9)c0/Ka 500, c0-x c0;21例例6-3 计算c (HAc)=0.10 molL-1的醋酸水溶液中的c(
11、H3O+), c(OH-), pH值及离解度。 Ka (HAc) =1.7610 -5 解:c/c=0.10500Ka1.7610 -5故可用最简式计算:c(H+)/c =Ka c/c = 1.76 10 -5 0.10=1.3 10 - 3 (HAc)=c(H+)=1.3%c(HAc)c(H+) =1.3 10 3 molL-1c(OH-) =7.7 10 12 molL-1两个重要近似:忽略水的离解;cc0.判断能否使用最简式计算22例例6-4 将2.45gNaCN固体配成500 mL水溶液,计算此溶液的pH值为多少。Ka (HCN) =6.2010 -10 解:c/c=0.10500Kb
12、1.0 10-14 /6.2010 -10CN- + H2O = HCN + OH-溶液中CN-的初始浓度为:2.45/(490.5) = 0.10 (molL-1)c(OH-)/ c = 1.0 10-14 /6.2010 10 0.10= 1.3 10-3pH = 14- pOH = 14-2.89 = 11.11先判断能否用最简式计算236.2.2.2 弱多元酸碱的离解平衡c(H2S)/ c=1.310-7c(H3O+)/ cc(HS-)/ cKa1=c(HS-)/ c=7.110-15c(H3O+)/ cc(S2-)/ cKa2=c(H3PO4)/ c=6.910-3c(H3O+)/
13、cc(H2PO4-)/ cKa1=c(H2PO4-)/ c=6.210-8c(H3O+)/ cc(HPO42-)/ cKa2=c(HPO4-)/ c=4.810-13c(H3O+)/ cc(PO43-)/ cKa3=24Al(H2O)63+ + H2O = Al(OH)(H2O)52+ + H3O+Al(OH)(H2O)5+ + H2O = Al(OH)2(H2O)4+ + H3O+Al(OH)2(H2O)4+ + H2O = Al(OH)3(H2O)3 + H3O+ 多元弱酸都是分步离解的,其各级离解常数的数值往往相差104105,第一步离解出的质子又可以抑制后面各步的离解平衡,因此在计算多
14、元弱酸体系的pH值时,可近似的认为质子是第一步离解所产生的,而以后各步离解产生的质子可以忽略不计。一条非常重要的近似原则Sn2+,Sb3+, Bi3+,Zn2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+等金属离子的水合离子也都是质子酸,在水溶液中就极易水解,所以配制这些盐的水溶液时应先进行酸化。25碳酸根的离解CO32-+ H2O = HCO3-+ OH-Kb1=c(OH-)/cc(HCO3-)/c=1.7810 -4c(CO32-)/cHCO3-+ H2O = H2CO3+OH-Kb2 =c(H2CO3)/cc(OH-)/c=2.3310 -8c(HCO3-)/cKb1 :多元弱碱的第一步离解常数
15、;Kb2 :多元弱碱的第一步离解常数。26例例6-5 计算0.10 molL-1 H2S水溶液的c(H3O+), c (HS-)和c(S2-)以及H2S的离解度。解:计算c(H+)时,将氢硫酸作为弱一元酸处理: c/c500Ka1,故可采用最简式计算:c (H+)/c =K a1c/c = 1.3 10 -7 0.10=1.14 10 - 4c (H+)=1.14 10 - 4 由于可忽略第二步离解,因此: c (HS-) =c (H+)=1.14 10 - 4 HS-+H2O=S2-+H3O+Ka2 =c(H+)/cc(S2-)/cc(HS-)/cS2-由第二步离解产生:弱酸水溶液是多重平衡
16、体系,所以H+,HS-应同时满足两步离解平衡关系式,又有c (HS-) =c (H+)的近似关系成立,所以:c(S2-)/c =c(H+)/cc(S2-)/c K a2c(HS-)/cc(S2-)=7.1 10 -15 = 1.14 10 - 4 /0.10 =0.114%近似处理1近似处理2多重平衡原理27例例6-6 计算0.10 molL-1 Na2S溶液中c(S2-)、 c(HS-)和S2-的离解度。解:S2-+H2O=OH-+HS-(1)HS-+H2O=OH-+H2S(2)Kb1= Kw/ Ka2 =(1.010-14)/(7.110-15) = 1.41Kb2= Kw/ Ka1 =(
17、1.010-14)/(1.310-7) = 7.710-8Kb1 Kb2, 可忽略第二步离解。S2-+H2O=OH-+HS-起始浓度/ c :0.1000平衡浓度/ c :0.10-xxxc0/ Kb1 500, 不能用最简式计算。x2=1.410.10-x解得:x=0.09c(HS-) =0.09 (molL-1 )c(S2-) =0.10-0.09=0.01(molL-1 )=0.09100%=90%0.1028两性物质的酸碱性Ka1 Ka2 c(H3O+)/c=HCO3-, H2PO4-, HPO42-, NH4Ac, HC2O4,NH4CN等两性物质水溶液:pH=1(pKa1+p Ka
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