无机及分析化学全套课件第四章-酸碱平衡与酸碱滴定.ppt
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1、2022-8-131第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定 第第 四四 章章2022-8-132第四章 酸碱平衡与酸碱滴定 4.1 电解质的电离电解质的电离 4.2 酸碱质子理论酸碱质子理论 4.3 酸碱电子理论酸碱电子理论 4.4 溶液酸度的计算溶液酸度的计算 4.5 缓冲溶液缓冲溶液 4.6 弱酸弱酸(碱碱)溶液中物种的分布溶液中物种的分布 4.7 酸碱滴定法酸碱滴定法2022-8-133第四章 酸碱平衡与酸碱滴定1.1.熟悉弱电解质平衡,了解活度、离子强熟悉弱电解质平衡,了解活度、离子强度等概念。度等概念。2.2.明确近代酸碱理论的基本概念。明确近代酸碱理论的基本
2、概念。3.3.掌握各种平衡的计算原理与方法。掌握各种平衡的计算原理与方法。4.4.掌握缓冲溶液的原则与配制。掌握缓冲溶液的原则与配制。5.5.掌握酸碱滴定的基本原理与实际应用。掌握酸碱滴定的基本原理与实际应用。学习要求学习要求2022-8-134第四章 酸碱平衡与酸碱滴定4.1 4.1 电解质溶液电解质溶液4.1.1 4.1.1 强电解质与弱电解质强电解质与弱电解质电解质:电解质:熔融态或水溶液具导电性的物质。熔融态或水溶液具导电性的物质。可分为强电解质和弱电解质。可分为强电解质和弱电解质。一般认为强电解质完全解离,而弱电解质只是一般认为强电解质完全解离,而弱电解质只是小部分解离。小部分解离。
3、如:如:OHNa NaOH AcH HAc2022-8-135第四章 酸碱平衡与酸碱滴定解离度解离度()()%100 分分子子总总数数溶溶液液中中原原有有该该弱弱电电解解质质已已解解离离的的分分子子数数 例如:例如:0.10mol0.10mol L L 1 1HAcHAc的解离度是的解离度是1.32%1.32%,则溶液的,则溶液的 c c(H(H+)=0.10)=0.10 mol mol L L 1 1 1.321.32%=0.001320.00132 mol mol L L 1 1 pH=2.88pH=2.88。2022-8-136第四章 酸碱平衡与酸碱滴定%100%88Kg0.088mol
4、)(Cl)(NaKg0.176molmolKg1.86K349.00.349.为NaClKgmol100.01111而而不不是是解解离离度度根根椐椐凝凝固固点点的的用用凝凝固固点点下下降降实实验验测测定定ccKKTbff2022-8-137第四章 酸碱平衡与酸碱滴定4.1.2 4.1.2 活度与活度系数活度与活度系数 根据溶液导电性的实验所测定的强电解质在溶液中的电根据溶液导电性的实验所测定的强电解质在溶液中的电离度都小于离度都小于100%。如如 0.10mol.L-1的电解质在的电解质在25时时 解释:解释:离子氛、溶剂化和离子对。离子氛、溶剂化和离子对。在每一个离子周围,分布着较多的带相反
5、电荷的离子,在每一个离子周围,分布着较多的带相反电荷的离子,不同电荷的离子之间互助牵制,不能完全的自由运动不同电荷的离子之间互助牵制,不能完全的自由运动。2022-8-138第四章 酸碱平衡与酸碱滴定NaClNaCl溶液中离子氛示意图溶液中离子氛示意图2022-8-139第四章 酸碱平衡与酸碱滴定 离子氛现象的存在减弱了中心离子的反应能力,离子氛现象的存在减弱了中心离子的反应能力,离子参加化学反应的离子参加化学反应的有效浓度有效浓度要比实际浓度低。要比实际浓度低。2022-8-1310第四章 酸碱平衡与酸碱滴定 活度活度浓度浓度活度系数活度系数活度活度 cacca2022-8-1311第四章
6、酸碱平衡与酸碱滴定 离子强度离子强度I I:反映离子间牵制作用强弱的物理量。反映离子间牵制作用强弱的物理量。221iizcI 对于对于ABAB型的电解质稀溶液,型的电解质稀溶液,与与I I的近似关系的近似关系 :德拜德拜休克尔休克尔 极限公式极限公式 lglg =-0.509|=-0.509|Z Z+.Z.Z-|I I1/21/2 当离子强度小于当离子强度小于10 4时,离子间牵制作用就降低时,离子间牵制作用就降低到极微弱的程度,活度系数可以近似地认为是到极微弱的程度,活度系数可以近似地认为是1,所,所以对于稀溶液通常用浓度代替活度。对于强电解质溶以对于稀溶液通常用浓度代替活度。对于强电解质溶
7、液,若浓度比较大时,则必须采用活度。液,若浓度比较大时,则必须采用活度。2022-8-1312第四章 酸碱平衡与酸碱滴定4.2 4.2 酸碱质子理论酸碱质子理论 酸碱理论简介酸碱理论简介2022-8-1313第四章 酸碱平衡与酸碱滴定4.2.1 4.2.1 酸碱质子理论酸碱质子理论2022-8-1314第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱定义酸碱定义2022-8-1315第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱共轭关系酸碱共轭关系2022-8-1316第四章 酸碱平衡与酸碱滴定 共轭酸碱对共轭酸碱对:满足酸碱共轭关系的一对酸和碱满足酸碱共轭关系的一对酸和碱.酸越强它的共轭碱就越弱酸越强它的共轭碱就越弱;酸越弱
8、酸越弱,它的共轭碱就越强它的共轭碱就越强。共轭碱共轭碱共轭酸共轭酸2022-8-1317第四章 酸碱平衡与酸碱滴定2022-8-1318第四章 酸碱平衡与酸碱滴定 两性物质:两性物质:同一物质在一个反应中它是酸,但同一物质在一个反应中它是酸,但在另一个反应中又是碱,这种在一定条件下可以是在另一个反应中又是碱,这种在一定条件下可以是失去质子,而在另一种条下又可以接受质子的物质。失去质子,而在另一种条下又可以接受质子的物质。2022-8-1319第四章 酸碱平衡与酸碱滴定 “盐盐”:在酸碱质子理论中没有在酸碱质子理论中没有“盐盐”的概念的概念是是碱碱中中,AcNaAc是是酸酸中中44,NHClNH
9、2022-8-1320第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱反应的实质酸碱反应的实质:两个共轭酸碱对之间的质子传递。两个共轭酸碱对之间的质子传递。酸碱反应的方向:酸碱反应的方向:由强酸、强碱生成弱酸、弱碱。由强酸、强碱生成弱酸、弱碱。OH HOHAcH HAc32酸酸1 1 碱碱1 1碱碱2 2 酸酸2 2AcOH OHHAc32酸酸1 1 碱碱2 2 酸酸2 2 碱碱1 12022-8-1321第四章 酸碱平衡与酸碱滴定1)1)解离反应解离反应2)2)中和反应中和反应3)3)水解反应水解反应2022-8-1322第四章 酸碱平衡与酸碱滴定 ,Cl,OH:NHNH,OHCl,C:,NHOHNHOHO,
10、HClOHHCl:2323222碱的强度减小的顺序为碱的强度减小的顺序为酸的强度减小的顺序为酸的强度减小的顺序为上述各物质中上述各物质中下列反应自发进行下列反应自发进行H2022-8-1323第四章 酸碱平衡与酸碱滴定OHOH OHOH322)(OH)(HwccKccccK)(OH)(Hw 水的离子积常数水的离子积常数wK 4.2.2 4.2.2 酸碱的相对强弱酸碱的相对强弱1 1 水的解离平衡与离子积常数水的解离平衡与离子积常数简写简写简写简写2022-8-1324第四章 酸碱平衡与酸碱滴定1)1)水的离子积常数与温度的关系水的离子积常数与温度的关系水的解离是吸热反应水的解离是吸热反应,温度
11、升高温度升高,离子积常数也升高。离子积常数也升高。9.59.5 1010 14140.1150.115 1010 14142.952.95 1010 14141.008 1.008 1010 1414K KW W6060404025250 0T T/室温下常采用此数值室温下常采用此数值2022-8-1325第四章 酸碱平衡与酸碱滴定。,。,。,倍的超酸倍的超酸酸性强酸性强目前己合成了比纯目前己合成了比纯酸酸的酸性还要强的酸称超的酸性还要强的酸称超的纯的纯通常把比通常把比大得多大得多的能力比的能力比给出给出纯纯的的例如例如强的酸强的酸离开水溶液就可获得比离开水溶液就可获得比来体现来体现完全由完全
12、由即给出质子的能力即给出质子的能力的强度的强度这些酸这些酸这时这时强的酸都会全部解离强的酸都会全部解离在水中比在水中比任何任何水溶液中最强的酸是水溶液中最强的酸是按酸碱质子理论按酸碱质子理论知识拓展知识拓展197424234233331010SOHSOH%100OHHSOH%100OHOHOHOH2022-8-1326第四章 酸碱平衡与酸碱滴定 。FHSOHCFSOHH。C、。SbFFHSO。,SbF。1000SOH,FHSOSOHClOlSOHHClO:SO,HSOHHClO。HClO3733263535423434424424244链烃链烃辛烷值汽油所必需的支辛烷值汽油所必需的支的直链烃转
13、化为生产高的直链烃转化为生产高它可使价值较低它可使价值较低油工业油工业多种超酸己广泛用于石多种超酸己广泛用于石反应反应碱碱石蜡等也能与其发生酸石蜡等也能与其发生酸烃类烃类合物称为魔酸合物称为魔酸的混的混和和习惯上把习惯上把其酸性增强数千倍其酸性增强数千倍又可使又可使在氟磺酸中加入在氟磺酸中加入倍倍强强其酸性比纯的其酸性比纯的是一种很强的超酸是一种很强的超酸氟磺酸氟磺酸实际上作为碱实际上作为碱混合时混合时和纯的和纯的当当就是一种普通的超酸就是一种普通的超酸纯的纯的 2022-8-1327第四章 酸碱平衡与酸碱滴定2)2)溶液的酸碱性溶液的酸碱性14w100.1)OH()H(ccKc(H+)=c(
14、OH)=1 10 7mol L 1 溶液显中性溶液显中性c(H+)1 10 7mol L 1,c(H+)c(OH)溶液显酸性溶液显酸性c(H+)1 10 7mol L 1,c(H+)c(OH)溶液显碱性溶液显碱性2022-8-1328第四章 酸碱平衡与酸碱滴定2.2.弱酸、弱碱的解离平衡弱酸、弱碱的解离平衡1)1)弱酸、弱碱的解离常数弱酸、弱碱的解离常数K Ka a:酸常数:酸常数)HAc()(Ac)(HacccK2022-8-1329第四章 酸碱平衡与酸碱滴定Kb:碱常数:碱常数NH3+H2O NH4+OH)NH()(OH)(NH34bcccK。;越越大大,碱碱性性越越强强越越大大,酸酸性性
15、越越强强baKK2022-8-1330第四章 酸碱平衡与酸碱滴定2)2)酸碱的相对强弱酸碱的相对强弱弱酸弱碱的解离常数弱酸弱碱的解离常数K Ki i(一一)721010 Ka2022-8-1331第四章 酸碱平衡与酸碱滴定 通常把通常把 K Ka a=10=10 2 2 1010 7 7的酸称为弱酸,把的酸称为弱酸,把 K Ka a 1010 7 7的酸称为极弱酸;同理,弱碱也可以按的酸称为极弱酸;同理,弱碱也可以按 K Kb b的大小的大小进行分类。进行分类。弱酸弱碱的解离常数弱酸弱碱的解离常数K Ki i(二二)710 aKbK2022-8-1332第四章 酸碱平衡与酸碱滴定(HB)(B)
16、(HacccK)(B)(OH(HB)bcccK)(OH)(Hcc)(B)(OH(HB)(HB)(B)(HbaccccccKKKa Kb=c(H+)c(OH)=Kw=1.0 10 142022-8-1333第四章 酸碱平衡与酸碱滴定10433a105.75)(NH)(NH)O(HcccK534b101.74)(NH)(OH)(NHcccKNH3+H2O NH4+OHNH4+H2O NH3+H3O+例:w5103K101.74105.75)(OHc)O(HcbaKK 2022-8-1334第四章 酸碱平衡与酸碱滴定4)多元弱酸弱碱的解离多元弱酸弱碱的解离13243433a104.4)HPO()PO
17、()OH(cccK3434231a106.7)POH()POH()OH(cccK8422432a103.6)POH()HPO()OH(cccKa3a2a1KKK423243POHOH OHPOH 243242HPOOH OHPOH343224POOH OHHPO2022-8-1335第四章 酸碱平衡与酸碱滴定234241b103.2)PO()HPO()OH(cccK1242433b103.1)POH()POH()OH(cccK724422b106.1)HPO()POH()OH(cccKb3b2b1KKK24234HPOOH OHPO 42224POHOH OHHPO43242POHOH OHP
18、OH 2022-8-1336第四章 酸碱平衡与酸碱滴定w3b3a2b2a1b1aKKKKKKK3434231a106.7)POH()POH()OH(cccK1242433b103.1)POH()POH()OH(cccKwb3a1KKK 1234243434233b1a103.1106.7)POH()POH()OH()POH()POH()OH(ccccccKK?423243POHOH OHPOH43242POHOH OHPOH2022-8-1337第四章 酸碱平衡与酸碱滴定w1b3a2b2a3b1aKKKKKKK三元酸三元酸:w1b2a2b1aKKKKK二元酸:二元酸:2022-8-1338第四
19、章 酸碱平衡与酸碱滴定3.3.解离度和稀释定律解离度和稀释定律1)1)解离度和解离常数之间的区别解离度和解离常数之间的区别HAcHAc溶液的解离度与解离常数溶液的解离度与解离常数解离度解离度解离常数解离常数解离常数属平衡常数,其值不受电解质浓度的影响;解离常数属平衡常数,其值不受电解质浓度的影响;解离度属平衡转化率,表示弱电解质在一定条件下的解离度属平衡转化率,表示弱电解质在一定条件下的解离百分数,大小与电解质浓度有关。解离百分数,大小与电解质浓度有关。2022-8-1339第四章 酸碱平衡与酸碱滴定1)(200020ABBAcccccccK0cKiBA AB)Lmol(1 起始浓度起始浓度)
20、Lmol(1 平平衡衡浓浓度度00cc 0c0cc0 0 0对弱电解质:当对弱电解质:当 5%5%时,时,1-1-112)2)解离度和解离常数之间的关系解离度和解离常数之间的关系2022-8-1340第四章 酸碱平衡与酸碱滴定0acK0bcK稀释定律稀释定律稀释定律稀释定律:弱电解质溶液的解离度与其浓度的平方根成反弱电解质溶液的解离度与其浓度的平方根成反比,与其解离常数的平方根成正比。比,与其解离常数的平方根成正比。(温度一定的条件下,浓度越稀,其解离度越大)(温度一定的条件下,浓度越稀,其解离度越大)2022-8-1341第四章 酸碱平衡与酸碱滴定例例4-1 4-1 将将300mL0.20m
21、ol300mL0.20mol L L 1 1 HAc HAc溶液稀释到什么体积才能溶液稀释到什么体积才能使解离度增加一倍?使解离度增加一倍?解:解:121 11,1)(200020ABBAcccccccK21)2(30020.0120.022V)21(240120.0VmL1200V2022-8-1342第四章 酸碱平衡与酸碱滴定解:解:因为解离度因为解离度 5%K Kb b,呈酸性;呈酸性;K Ka a 101.6,可按一元弱酸处理。又因,可按一元弱酸处理。又因ca/Ka1500,ca Ka1 20 Kw,可可采用近似式计算:采用近似式计算:按一元弱酸处理:按一元弱酸处理:c(HS)c(H+
22、)=1.0 10 4(mol L 1)注意:实际注意:实际 c(H+)1.0 10 4 而而 c(HS)1.0 10 4。(1)+(2):H2S 2H+S2 K=Ka1Ka2=1.35 10 20 ca c(H2S)=0.10mol L 1 c(S2)Ka2 47a1a100.1101.110.0)H(Kcc13242022a2a12104.1)100.1(10.01035.1)H()SH()S(ccKKc2022-8-1380第四章 酸碱平衡与酸碱滴定 例例4-144-14 在在 0.10mol0.10mol.L L-1-1的的HClHCl中通中通H H2 2S S至饱和,求至饱和,求溶液中
23、溶液中S S2-2-的浓度。的浓度。解:解:饱和饱和H H2 2S S水溶液水溶液H H2 2S S浓度为浓度为0.10mol0.10mol.L L-1-1,该体系中,该体系中 c(Hc(H+)=0.10mol)=0.10mol.L L-1-1,设,设c c(S S2-2-)浓度为)浓度为x molx mol.L L-1 -1 则则:解得,解得,x=x=c c(S(S2-2-)=9.23)=9.231010-21-21 molmol.L L-1-1 注意:饱和注意:饱和H H2 2S S溶液中,通过控制氢离子的浓度,溶液中,通过控制氢离子的浓度,就可控制氢硫酸根的浓度。就可控制氢硫酸根的浓度。
24、022222104.10.100.10)()()(21SHcScHcKKaa2022-8-1381第四章 酸碱平衡与酸碱滴定。CC,。:。C,、KKCCC,KCCCK。,:aaaa)(HSH)(HOHHSHSHOHHSSHHSH)(HHH)(HS)(S)(HS)(H)(HS)(HSH22222221222-12 解解离离出出的的近近似似等等于于所所以以的的多多解解离离出出和和远远比比解解离离出出的的但但的的解解离离和和来来源源有有三三个个溶溶液液中中的的严严格格说说一一份份溶溶液液中中只只有有一一种种第第二二步步离离解解出出的的分分别别理理解解为为第第一一步步和和关关系系式式中中绝绝对对不不能
25、能把把溶溶液液中中如如同同时时存存在在几几级级平平衡衡多多元元酸酸碱碱溶溶液液中中注注意意总总、2022-8-1382第四章 酸碱平衡与酸碱滴定 22222222)(A)(HA)(HAH)(S)(SSHAHaaKC,CC,。C,K,C所所以以因因碱碱溶溶液液中中还还有有其其它它酸酸或或者者但但是是如如果果在在本本上上无无关关与与原原始始的的二二元元酸酸浓浓度度基基溶溶液液中中如如单单一一的的二二元元酸酸0.10mol L 1H2Sc(H+)/mol L 1c(S2-)/mol L 1没加没加HCl时时c(HS-)=1.0 10 4Ka2=1.4 10 13在在0.10mol L 1HCl中中0
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