第五章酸碱平衡和酸碱滴定法课件.ppt
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- 第五 酸碱 平衡 滴定法 课件
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1、第五章第五章 酸碱平衡与酸碱滴定法酸碱平衡与酸碱滴定法 5.1 酸碱理论酸碱理论 5.2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡 5.3 溶液的酸碱性溶液的酸碱性 5.4 酸碱缓冲溶液酸碱缓冲溶液 5.5 酸碱指示剂酸碱指示剂 5.6 酸碱滴定曲线及指示剂选择酸碱滴定曲线及指示剂选择 5.7 酸碱滴定法的应用酸碱滴定法的应用 教学基本要求 了解酸碱理论,了解弱电解质的解离平衡和强电解质溶液;掌握解离常数、解离度的概念;掌握各种酸碱溶液的pH计算;掌握酸碱指示剂的变色原理及选用原则;掌握酸碱滴定曲线及酸碱滴定法的应用。重点:(1)弱电解质的解离平衡 (2)溶液的酸碱性 (3)酸碱指示剂 (4)酸碱
2、滴定曲线及指示剂选择 (5)酸碱滴定法的应用 难点:(1)溶液的酸碱性 (2)酸碱滴定曲线及指示剂选择5.1 酸碱理论一、酸碱电离理论一、酸碱电离理论 Arrhenius酸碱电离理论 1884年提出酸:在水溶液中电离产生的阳离子全部是酸:在水溶液中电离产生的阳离子全部是H H+的物质;的物质;碱:电离时产生的阴离子全部是碱:电离时产生的阴离子全部是OHOH 的物质。的物质。局限局限:无法解释NaCO3,Na3PO4 呈碱性;NH4Cl显 酸性的事实;无法解释非水溶液中的酸碱行为 液氨中:NH4+NH2-=2 NH3 解离度()%100分子总数溶液中原有该弱电解质已解离的分子数例如:0.10mo
3、l.L-1HAc的解离度是1.32%,则溶液中各离子浓度是:c(H+)=c(Ac-)=0.101.32%=0.00132mol.L-1。表观解离度表观解离度 强电解质的表观解离度强电解质的表观解离度电解质 KCl ZnSO4 HClHNO3 H2SO4 NaOH Ba(OH)2表观/%86 40 92 92 61 91 81二、酸碱质子理论二、酸碱质子理论1.定义定义(1)酸:凡是能给出质子的物质都是酸,如HCl、H2SO4、NH4+、HCO3-、H2O等。(2)碱:凡是能接受质子的物质都是碱,如NaOH、Cl-、SO42-、HCO3-、H2O等。(3)共轭酸碱对:共轭酸碱对:在HAc与Ac-
4、、NH3与NH4+之间仅相差一个质子(H+),并且通过给出或接受质子可以相互转化,我们把酸碱之间这种相互联系、相互依存的关系称为共轭关系,对应的酸和碱称为共轭酸碱对共轭酸碱对。共轭酸碱对的通式如下:酸 碱+H+HAc H+Ac-NH4+H+NH3 (4)两性物质:HPO42-H+PO43-HPO42-+H+H2PO4-由、式可知:一种物质(HPO42-)在不同条件下,有时可作为酸,有时可作为碱。某一物质是酸还是碱取决于给定的条件和该某一物质是酸还是碱取决于给定的条件和该物质在反应中的作用和行为。物质在反应中的作用和行为。2.酸碱反应酸碱反应两个共轭酸碱对共同作用共同作用的结果 实质:实质:是两
5、个共轭酸碱对之间的质子传递反应。是两个共轭酸碱对之间的质子传递反应。例1:HAc在水中的离解:半反应:HAc(酸1)H+Ac-(碱1)H2O(碱2)+H+H3O+(酸2)总反应:例2:氨在水中的离解:总反应:总反应:质子的转移是通过质子的转移是通过溶剂合质子溶剂合质子来实现的来实现的 NH4Cl的水解的水解(相当于相当于NHNH4 4+弱酸的离解弱酸的离解)NH4+H2O H3O+NH3 NaAc的水解的水解(相当于相当于Ac弱碱的离解)弱碱的离解)酸碱反应:酸碱反应:酸和碱可以是分子,也可以是阳离子或阴酸和碱可以是分子,也可以是阳离子或阴离子离子 有的酸和碱在某对共轭酸碱中是碱,但在有的酸和
6、碱在某对共轭酸碱中是碱,但在另一对共轭酸碱对中是酸;另一对共轭酸碱对中是酸;质子论中不存在盐的概念,它们分别是离质子论中不存在盐的概念,它们分别是离子酸或离子碱子酸或离子碱 酸碱反应总是由较强的酸与较强的碱作用,酸碱反应总是由较强的酸与较强的碱作用,向着生成较弱的酸和较弱的碱的方向进行向着生成较弱的酸和较弱的碱的方向进行。3.溶剂的质子自递反应 H2O 及能给出质子,又能接受质子,这种质子的转移作用在水分子之间也能发生:H2O+H2O H3O+OH-质子自递反应溶剂分子间发生的质子传递作用。此反应平衡常数称为溶剂的质子自递常数(Kw)298K,纯水中的 H3O+=OH=1.0 107 mol
7、L1 Kw=H3O+OH=1.0 1014 Kw又叫做水的离子积常数例10.1mol L1 HCl溶液中,H+=0.1mol L1 pH=lg(0.1mol L1/1mol L1)=1.0 pOH=14.0 1.0=13.0例20.1mol L1 NaOH溶液中,OH=0.1mol L1 pOH=lg(0.1mol L1/1mol L1)=1.0 pH=14.0 1.0=13.0其它溶剂如:C2H5OH C2H5OH+C2H5OH=C2H5OH2+C2H5O-Kw=C2H5OH2+C2H5O-=7.9 10-20(25)4.酸碱强度酸碱强度 酸和碱的强弱:指酸给出质子的能力和碱接受质子的能力的
8、强弱。通常用它们在水中的离解常数 Ka 或 Kb 的大小来衡量。取决于:酸碱本身的性质和溶剂的性质酸碱本身的性质和溶剂的性质 HAc+H2O H3O+Ac-NH3+H2O OH-+NH4+3HAcAcOHKa34NHNHOHKb5.2 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡一、水的解离一、水的解离WK作为溶剂的纯水,其分子与分子之间也有质子的传递作为溶剂的纯水,其分子与分子之间也有质子的传递 H2O+H2O H3O+OH-反应的平衡常数称为水的质子自递常数。以反应的平衡常数称为水的质子自递常数。以 表示表示 也称为水的离子积常数。在室温(也称为水的离子积常数。在室温(2225)时纯水)时纯水中的
9、中的 c(H3O+)=c(OH-)=1.010-7 mol.L-1 =1.010-14,p =14.00)OH()OH(3ccWKWKWK2.弱酸弱碱的解离平衡弱酸弱碱的解离平衡 HAc+H2O H3O+Ac-NH4+H2O H3O+NH3 HS-+H2O H3O+S2-:酸的解离常数酸的解离常数,也叫酸常数。,也叫酸常数。越大,酸的强度越大越大,酸的强度越大,由由 ,可知酸的强弱顺,可知酸的强弱顺序为:序为:HAcNH4+HS-。104334106.5)()()()(NHcNHcOHcNHKa1523101.7)()()()(HScScOHcHSKaaKaK)(HAcKa)(4NHKa)(H
10、SKa53108.1)()()()(HAccAccOHcHAcKa Ac-+H2O OH-+HAc NH3 +H2O OH-+NH4+:碱的解离常数碱的解离常数,也叫碱常数。越大,碱的强度越大。一种酸的酸性越强,其 值越大,则其相应的共轭碱的碱性越弱,其 值越小。共轭酸碱对HAc-Ac一的 与 之间:=10106.5)()()()(AccOHcHAccAcKb5433()()()1.810()bc NHc OHKNHc NHaKaKbKbKaKbK)()()(3HAccAccOHc)()()(AccOHcHAccWKbK多元弱酸、弱碱在水溶液中是逐级解离的多元弱酸、弱碱在水溶液中是逐级解离的:
11、H3PO4+H2O H3O+H2PO4-H2PO4-+H2O H3O+HPO42-HPO42-+H2O H3O+PO43 三种酸的强度为:三种酸的强度为:H3PO4 H2PO4-HPO42-3)()()(106.743421POHcPOHcHcaK8)()()(103.642242POHcHPOcHcaK13)()()(104.424343HPOcPOcHcaK磷酸各级共轭碱的解离常数分别为:磷酸各级共轭碱的解离常数分别为:PO43-+H2O OH-+HPO42-HPO42-+H2O OH-+H2PO4-H2PO4-+H2O OH-+H3PO4 可知碱的强度为:PO43-HPO42-H2PO4
12、-2)()()(103.23424POcHPOcOHcbK7)()()(2106.12442HPOcPOHcOHcbK12)()()(3103.14243POHcPOHcOHcbKwbababaKKKKKKK1322313.解离度和稀释定律解离度和稀释定律 100%和和K都能反映弱酸弱碱解离能力的大小。都能反映弱酸弱碱解离能力的大小。K是化学平衡常是化学平衡常数的一种形式,解离度是转化率的一种表示形式,不仅数的一种形式,解离度是转化率的一种表示形式,不仅与温度有关,还与溶液的浓度有关。因此,在用电解度与温度有关,还与溶液的浓度有关。因此,在用电解度表示弱电解质的相对强弱时,必须指出弱酸或弱碱的
13、浓表示弱电解质的相对强弱时,必须指出弱酸或弱碱的浓度。度。已解离的分子数电解前原电解质的分子总数弱电解质AB,溶液的浓度为c0,解离度为。AB A B 起始浓度(mol.L-1)c0 0 0 平衡浓度(mol.L-1)c0c0 c0 c01)(200020cccccccKABBA当弱电解质5时 ,11,于是可用以下近似关系式表示 弱酸:=;弱碱:=0cKa0cKb例:例:氨水是一弱碱,当氨水浓度为0.200 mol.L-1时,NH3H2O的解离度为0.946,问当浓度为0.100 mol.L-1时NH3H2O时解离度为多少?解:因为解离度5)饱和酒石酸氢钾(0.034 mol/L)0.05mo
14、l/L 邻苯二甲酸氢钾0.025mol/L KH2PO4-0.025mol/LNa2HPO40.01mol/L 硼砂3.564.016.869.18 标准缓冲溶液的pH由精确实验来确定,是以溶液中的H+活度计算得到,即需在普通缓冲溶液的计算基础上校正离子强度的影响。例:例:对于HAcNaAc,HCOOHHCOONa和H3BO3NaH2BO3的缓冲体系,若要配制pH4.8的酸碱缓冲溶液。应选择何种体系为好?现有c(HAc)=6.0 mol.L-1HAc溶液12mL配成250mL的酸碱缓冲溶液,应取固体NaAc.H2O多少克?五五 缓冲溶液计算示例缓冲溶液计算示例解:解:已知:p (HCOOH)=
15、3.75,p (HAc)=4.75,p (H3BO3)=9.24 如选择HAc-NaAc体系,则 lg =pHp =4.84.75=0.05;=1.121 浓度比值接近1,缓冲能力强;ca=c(HAc)=126.0/250=0.288 mol.L-1,cb=c(NaAc)=1.120.288=0.322 mol.L-1,m(NaAc.H2O)=0.322136250/1000=11(g)aKaKaKabccabcc1aK5.55.5酸碱指示剂酸碱指示剂一、酸碱指示剂的作用原理一、酸碱指示剂的作用原理:酸碱指示剂一般使弱的有机酸或弱的有机碱,溶液的 pH 改变时,由于质子转移引起指示剂的分子或离
16、子结构发生变化,使其在可见光范围内发生了吸收光谱的改变,因而呈现不同的颜色。例如:甲基橙是有机弱碱,酚酞是有机弱酸,它们在水溶液中均会发生解离 甲基橙是有机弱碱,它是双色指示剂,在水溶液中发生如下解离:NSON)N3(CH3 2N+SO)(CHHNN33 2HOH+-黄色(碱式色)红色(酸式色)增大溶液酸度,甲基橙主要以醌式结构存在,增大溶液酸度,甲基橙主要以醌式结构存在,溶液呈红色。反之,甲基橙主要以偶氮式结构存溶液呈红色。反之,甲基橙主要以偶氮式结构存在,溶液由红色变为黄色。在,溶液由红色变为黄色。酚酞是有机弱酸,在水溶液中发生如下解离:OHCOCOOHCOOOOC+2H+红色(碱色式,醌
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