无极分析化学酸碱平衡与酸碱滴定课件.ppt
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1、2022-7-2214-1 酸碱质子理论酸碱质子理论4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡4-3 酸碱平衡中有关浓度的计算酸碱平衡中有关浓度的计算4-4 溶液酸度的计算方法溶液酸度的计算方法4-5 酸碱缓冲溶液酸碱缓冲溶液4-6 酸碱指示剂酸碱指示剂第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定法酸碱平衡与酸碱滴定法4-7 酸碱滴定的基本原理酸碱滴定的基本原理4-8 酸碱滴定方法酸碱滴定方法2022-7-222酸碱理论酸碱理论一、一、S.Arrhenius 酸碱电离理论(经典酸碱理论)酸碱电离理论(经典酸碱理论)28岁的瑞典科学家S.Arrhenius于1887年提出。二、酸、碱质子理论二、酸、碱质子
2、理论(Proton Theory of Acid and Base)1923年由丹麦化学家Brnsred(布朗斯特)和英国化学家Lowry(劳莱)提出。三、酸碱电子理论三、酸碱电子理论 1923年,由美国物理化学家Lewis提出,又称“Lewis”酸碱理论。4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-223在水中电离产生的阳离子全部是H+的物质为酸。在水中电离产生的阴离子全部是OH-的物质是碱。酸碱反应是H+和OH-作用生成水的反应。酸碱电离理论酸碱电离理论4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定20
3、22-7-224优点优点 从组成上揭示了酸碱的本质酸碱的本质,指出 H+是酸的特征,OH-是碱的特征。解释了“中和热中和热”的值:即为中和反应的实质中和反应的实质。找出了衡量酸、碱强度的标度酸、碱强度的标度(Ka、Kb、pH)。(放热)4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-225局限性局限性 酸碱被限于水溶液,非水体系不适用非水体系不适用 例1:液氨中,KNH2(氨基化钾)使酚酞变红 碱?例2:水溶液中 HSO4-酸?碱?Na2CO3 碱?碱被限制为氢氧化物:碱被限制为氢氧化物:过去认为:NH4+半径143 pm,K+半径139 pm,
4、NH4OH应为强碱,但实际上氨水是弱碱,而且从未分离出NH4OH。4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-226 凡是能凡是能给出给出质子质子(H3O+)的物质都是的物质都是酸酸 凡是能凡是能得到得到质子质子(H3O+)的物质都是的物质都是碱碱既能给出质子又能既能给出质子又能得到质子的物质是得到质子的物质是两两性物质性物质如如:HCl HAC NH4+Fe(H2O)63+如如:Cl-AC-CO32-NH3 Fe(H2O)5(OH)2+如如:HCO3-,H2O一、一、酸碱的定义酸碱的定义4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡
5、与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定4.1 酸碱质子理论酸碱质子理论2022-7-227酸总是较碱多一个正电荷,酸碱可以是酸总是较碱多一个正电荷,酸碱可以是分子,阳离子,阴离子。分子,阳离子,阴离子。H2PO4-H+HPO42-NH4+H+NH3 Fe(H2O)63+H+Fe(H2O)5(OH)2+例如4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-228二、二、酸碱酸碱的的反应反应l根据酸碱定义,酸失去质子变成碱,碱得到质子变成酸共轭关系。通式酸酸 H+碱碱酸碱半反应l因质子得失而相互转化的每一对酸碱共轭酸碱对。共轭酸碱对。4-1 酸碱质子理论酸碱质子
6、理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2291、酸碱反应的实质、酸碱反应的实质酸碱反应的实质是质子的转移质子的转移。是两个共轭酸碱对共同作用的结果。是两个酸碱半反应组成一个酸碱总反应。碱碱2+H+酸酸2酸酸1 H+碱碱1酸酸1+碱碱2 酸酸2+碱碱1+)4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2210例:例:HAc在水溶液中的解离是一个在水溶液中的解离是一个HAc与与H2O的酸碱反应。的酸碱反应。酸碱半反应酸碱半反应酸碱半反应酸碱半反应共轭酸碱对共轭酸碱对HAc Ac-H2O H3O+共轭酸碱对共轭酸碱对HA
7、c(aq)H+(aq)+Ac-(aq)H2O(l)+H+(aq)H3O+(aq)HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac-(aq)HAc(aq)H+(aq)+Ac-(aq)总反应总反应简写简写4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2211例:例:NH3在水溶液中的解离也是一个酸碱反应。在水溶液中的解离也是一个酸碱反应。酸碱半反应酸碱半反应H2O OH-酸碱半反应酸碱半反应NH3 NH4+NH3(aq)+H+(aq)NH4+(aq)H2O(l)H+(aq)+OH-(aq)酸碱总反应酸碱总反应NH3(aq)+H2O(l)NH4+(
8、aq)+OH-(aq)共轭酸碱对共轭酸碱对共轭酸碱对共轭酸碱对4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2212例:盐类的水解实际上是一个离子的酸例:盐类的水解实际上是一个离子的酸碱反应。碱反应。酸碱总反应酸碱总反应酸碱总反应酸碱总反应Ac-+H2O HAc+OH-NH4+H2O NH3+H3O+NaAc Na+Ac-H2O(l)NH4Cl NH4+Cl-H2O(l)4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2213酸碱质子理论的优缺点酸碱质子理论的优缺点1)优点:)优点:a.扩大了酸碱
9、物质的范围,扩大了酸碱反应的扩大了酸碱物质的范围,扩大了酸碱反应的范畴,不局限于水溶液体系范畴,不局限于水溶液体系 b.把阿仑尼乌斯理论中的电离、中和、盐的水把阿仑尼乌斯理论中的电离、中和、盐的水解统一为解统一为“质子传递反应质子传递反应”。2)局限性)局限性 仍仍局限于有局限于有H+的体系,无的体系,无H体系不适用,体系不适用,例如:例如:BF3,AlF63-,Fe(CN)63-,Ni(CO)4 4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2214 凡是能接受电子对的分子、离子物种称为酸 凡是能给出电子对的分子、离子物种称为碱1.酸碱的定义
10、酸碱的定义酸碱电子理论(1923年,Lewis)2.酸碱反应的实质酸碱反应的实质 电子接受体与电子给予体之间形成以配位共价键结合的酸碱配合物的反应。4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2215电子对接受体电子对接受体 电子对给予体电子对给予体 形成配位键形成配位键 H+OH-H OHCu2+4 NH3 NH3 Cu NH3NH3NH32+酸酸 +碱碱 酸碱配合物酸碱配合物4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2216酸碱电子理论的优缺点酸碱电子理论的优缺点优点:优点:酸碱范围几
11、乎无所不包,既不局限于某元素,也不受溶剂限制。凡凡“缺电子缺电子”的分子或离子都是酸的分子或离子都是酸例如金属阳离子Mn+,H+,BF3.凡可给出凡可给出“电子对电子对”的分子或离子都是碱的分子或离子都是碱。大多数无机和有机化合物可视为酸碱加合物(配合物)。例如:乙醇C2H5OH可视为:C2H5+OH缺点:缺点:太笼统,酸碱特征不易掌握。4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2217酸碱理论小结酸碱理论小结三种酸碱理论三种酸碱理论各有所长、所短,各有所长、所短,侧重的应用范围不同:侧重的应用范围不同:1.Arrhenius酸碱理论酸碱理
12、论 无机化学,尤其是水无机化学,尤其是水 溶液体系酸碱问题溶液体系酸碱问题2.酸碱质子理论酸碱质子理论 无机化学,分析化学无机化学,分析化学 水溶液体系和非水水溶液体系和非水 溶液体系;溶液体系;3.Lewis酸碱理论(电子论)酸碱理论(电子论)有机化学,配位化学有机化学,配位化学4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-22182.溶剂的质子自递反应与水的离子积溶剂的质子自递反应与水的离子积 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH-(aq)水的自身解离平衡水的自身解离平衡25:Kw=H3O+OH-=1.010-14平衡常数表达式
13、平衡常数表达式Kw=H3O+OH-简写简写KW 为水的离子积常数Kw=c(H3O+)/c c(OH-)/c 4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2219在纯水中,在纯水中,H3O+与与OH-相等;相等;若在纯水中加入某种电解质若在纯水中加入某种电解质(HCl、NaOH)形成稀溶液,形成稀溶液,H3O+OH-,但,但H3O+cOH-=Kw 的关系依然成立。的关系依然成立。4-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2220平衡常数平衡常数Kw 的性质的性质(2)水的离子积常数不随浓度发
14、生改变,)水的离子积常数不随浓度发生改变,随温度的升高而增大。随温度的升高而增大。(思考思考)(1)一定温度下,水中)一定温度下,水中H3O+浓度与浓度与OH-浓浓度的乘积为一常数;度的乘积为一常数;如100纯水:Kw=5.4310-134-1 酸碱质子理论酸碱质子理论第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2221一、一元弱酸和弱碱的解离平衡一、一元弱酸和弱碱的解离平衡HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)Ka:一元弱酸解离常数简写简写HAcAc OH (HAc)3aK(HAc)/)/(Ac)/O(H(HAc)3accccccK4-2 弱电解质的解
15、离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定4.2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡(1)一元弱酸和弱碱的标准平衡常数一元弱酸和弱碱的标准平衡常数2022-7-2222Ac-(aq)+H2O(l)HAc(aq)+OH-(aq)Kb:弱碱的解离常数 wbaKKKKa 越大,酸性越强,其共轭碱的碱性越弱,反之亦然。Kb 越大,碱性越强,其共轭酸的酸性越弱,反之亦然。4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定AcOHHAc)(Ac-bK2022-7-2223NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH(aq)
16、NH4+(aq)+H2O(l)NH3(aq)+H3O+(aq)Ka Kb =Kw 4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定 NHNH OH)(NH34-3bK NH OH NH )(NH4334aK2022-7-2224二、二、标准平衡常数与解离度的关系标准平衡常数与解离度的关系%100 弱电解质的初始浓度度已解离的弱电解质的浓解离度对于浓度为c0 的一元弱酸HAHA H+A HAA H-aK4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2225 若向系统中加水稀释,使系统体积变
17、为原来的n 倍,则此时反应商Q为 (HA)/)/(A )/(Haa-KnKnccnccnccQ 稀释后,平衡正向移动,即解离度随浓度的减小而增大。4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2226对于浓度为c 的一元弱酸HA,其解离度为 c 0 0c-c c c 起始浓度/(molL-1)平衡浓度/(molL-1)HA H+A 1)/(/)()/()/(HA)/)/(A )/(H2-acccccccccccccccK4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-222
18、72a)/(ccK)/(accK当Ka2 Ka3HPO42-+H2O PO43-+H3O+4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定13-243-3443a3104.2HPOOH PO)PO(HK2022-7-2236PO43-(aq)+H2O(l)HPO42-(aq)+OH-(aq)多元弱碱的解离多元弱碱的解离HPO42-(aq)+H2O(l)H2PO4-(aq)+OH-(aq)4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定POOH HPO-34-24b1KHPOOH POH-24-42b2K
19、2022-7-2237H2PO42-(aq)+H2O(l)H3PO4(l)+OH-(aq)wb3a1KKK wb1a3KKK wb2a2KKK4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定POHOH POH-42-43b3K2022-7-2238例:计算25时,0.010 molL-1 H2CO3溶液中的 H3O+,H2CO3,,和OH的浓度以及溶液的pH值。23CO3HCO(aq)HCO(aq)OH O(l)H(aq)COH 33232解:xx0.010COHHCOOH23233732a1102.4)COH(K-1eq/(mol L)0.010
20、 cxxyzxy w2a1aKKKx+y+z x,x y x2022-7-2239:根据第二步解离计算)CO(23c553233105.6105.6HCOCOOHy1132a2107.4)COH(K11a2107.4 Ky1111a223Lmol107.4Lmol CO K23233155eq HCO(aq)H O(l)H O(aq)CO(aq)/(mol L)6.5 10 6.5 10 cyyzy 6.510-55106.5010.0 0.010 xx1533Lmol105.6HCOOH132Lmol010.0COH2022-7-2240的解离平衡:来自OHOH2(aq)OH (aq)OH
21、O(l)HO(l)H32219.4)OH(lgpH3c101Lmol105.1OH01101.5z145 3101.0106.5OHOHzzc 106.5)L/(mol51eq 4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2241结论结论: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 H+或 pH 时可只考虑第一步解离。321 KKK 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 H3O+2A2-4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与
22、酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2242a2a12223AHAOH KKK232a2a12OHAHAKK(aq)A(aq)O2H O(l)H2A(aq)H2322(aq)A(aq)OH O(l)H(aq)HA232(aq)HA(aq)OH O(l)HA(aq)H322 对于二元弱酸,若 弱酸一定时,酸根离子与 H3O+2成反比。4-2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2243以以 HA为例:为例:HA H+A-设设HA的总浓度为的总浓度为c(HA),该溶液中溶质存在各型体的,该溶液中溶质存在各型体的平衡浓度为平衡浓度为
23、HA、A-,则:,则:c(HA)=HA+A-分布分数:各种形式(型体)存在的平衡浓度 占其总浓度的分数,通常以表示 某型体平衡浓度/总浓度4-3 酸碱平衡中有关浓度的计算酸碱平衡中有关浓度的计算第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定4.3 酸碱平衡中有关浓度的计算方法酸碱平衡中有关浓度的计算方法2022-7-2244(1)一元弱酸(碱)水溶液中各型体的分布)一元弱酸(碱)水溶液中各型体的分布 例:一元弱酸HA总浓度为c(HA),它在溶液中只能以HA和A-两种型体存在。HA H+A-c(HA)=HA+A-)HA(HH AHAHA)HA(HA)HA(aKc )HA(H)HA(AHAA)
24、HA(A)A(aaKKc4-3 酸碱平衡中有关浓度的计算酸碱平衡中有关浓度的计算第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定 HAAHaK2022-7-22451)A()HA()NH(H)NH()NH(4 4 3aaKK )NH(HH)NH(4 4aK4-3 酸碱平衡中有关浓度的计算酸碱平衡中有关浓度的计算第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2246 4-3 酸碱平衡中有关浓度的计算酸碱平衡中有关浓度的计算第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2247 例题:例题:pH=5.00时,HAc和Ac-的分布分数?解:64.0)HAc(1)
25、Ac(36.0108.11010)HAc(555aKHH4-3 酸碱平衡中有关浓度的计算酸碱平衡中有关浓度的计算第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定2022-7-2248(2)多元弱酸)多元弱酸(或碱或碱)溶液中各型体的分布溶液中各型体的分布以二元弱酸以二元弱酸H2A溶液为例溶液为例(4-3 酸碱平衡中有关浓度的计算酸碱平衡中有关浓度的计算第四章第四章 酸碱平衡与酸碱滴定酸碱平衡与酸碱滴定 总浓度为c(H2A)的H2A溶液中有H2A、HA-、A2-三种型体,则分布分数:211AHAAHAH)AH(AH)AH(22222222aaaKKHKHHc211212111aaa2aa-2a
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