第5章+酸碱平衡课件.ppt
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- 酸碱 平衡 课件
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1、第五章第五章 酸碱平衡酸碱平衡缓冲溶液缓冲溶液盐的水解平衡盐的水解平衡弱酸、弱碱的解离平衡弱酸、弱碱的解离平衡水的解离平衡和水的解离平衡和pH值值酸碱质子理论简介酸碱质子理论简介酸:酸:凡是能释放出质子(凡是能释放出质子(H+)的任何)的任何含氢原子的分子或离子的物种。含氢原子的分子或离子的物种。(质子的给予体)(质子的给予体)碱:碱:凡是能与质子(凡是能与质子(H+)结合的分子)结合的分子或离子的物种。或离子的物种。(质子的接受体)(质子的接受体)酸碱质子理论简介酸碱质子理论简介1 基本概念基本概念酸 H+碱-+AcHHAc -+-+2442HPOHPOH-+-+3424POHHPO+34N
2、HHNH+2333NHCHHNHCH+252362O)Fe(OH)(HHO)Fe(H+422252O)(HFe(OH)HO)Fe(OH)(H 反应式中,左边的物质都是质子酸;这些质子酸在反反应式中,左边的物质都是质子酸;这些质子酸在反应中给出质子后,形成的物质都是质子碱。应中给出质子后,形成的物质都是质子碱。通过上面的酸碱定义及举例,我们应意识到如下几点通过上面的酸碱定义及举例,我们应意识到如下几点:1)酸和碱均可以是分子、正离子和负离子;酸和碱均可以是分子、正离子和负离子;2)有的物质在不同的反应中可以是酸,也可以是碱,有的物质在不同的反应中可以是酸,也可以是碱,如如HPO42-;3)酸和碱
3、之间的关系是:酸和碱之间的关系是:酸 H+碱例:HAc的共轭碱是Ac,Ac的共轭酸HAc,HAc和Ac为一对共轭酸碱。两性物质:既能给出质子,又能接受质子的物质。等。如:-+-HS,OH,HCO,)OFe(OH)(H,HSO232524酸 H+碱课堂练习5-4 根据酸碱质子理论,确定下列物种哪些是酸,哪些是碱,哪些是两性物质 SO32-,H3AsO3,Cr2O72-,HCO3-,BO-,H2PO4-,HS-,H3PO3,酸碱解离反应是质子转移反应,如HF在水溶液中的解离反应是由给出质子的半反应和接受质子的半反应组成的。水是两性物质,它的自身解离反应也是质子转移反应。H+酸(1)碱(2)酸(2)
4、碱(1)HF(aq)H+F(aq)H+H2O(l)H3O+(aq)HF(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+F(aq)H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。例如NaAc水解:酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)H+NH4Cl水解:酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)H+Ac+H2O OH+HAc +H2O H3O+NH3+4NH 非水溶液中的酸碱反应,也是离子酸碱的质子转移反应。例如NH4Cl的生成:H+液氨中的酸碱中和反应:H+-+Cl NH NH HCl43NaCl 2NH NaNH ClNH324+(1)(2)(2)1(碱酸碱酸(1)(
5、2)(2)1(碱酸碱酸 酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子的能力的强弱。酸和碱的强度不仅取决于本身的性质,还取决于溶剂的性质。2 酸的相对强度和碱的相对强度酸的相对强度和碱的相对强度阅读阅读P61-62,回答下面的问题。,回答下面的问题。酸和碱的强度与什么有关?酸和碱的强度与什么有关?H2O可以区分酸或者碱的强度如何?可以区分酸或者碱的强度如何?区分强酸或者区分强碱应该用什么样的溶剂?区分强酸或者区分强碱应该用什么样的溶剂?酸和碱的强度对应关系?酸和碱的强度对应关系?HCNHAc区分效应:用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来,称为溶剂的“区分效应”。例如:H2O可以区分HAc,HC
6、N酸性的强弱。拉平效应:溶剂将酸或碱的强度拉平的作用,称为溶剂的“拉平效应”。1.810-5K a5.810-10 水对强酸起不到区分作用,水能够同等程度地将HClO4,HCl,HNO3等强酸的质子全部夺取过来。选取比水的碱性弱的溶剂,如冰醋酸为溶剂对水中的强酸可体现出区分效应。例如上述强酸在冰醋酸中不完全解离,酸性强度依次为:HIHClO4HClH2SO4HNO3课堂练习 以水做溶剂,对下列各组物质有区分效应的是()(A)HCl,HAc,NH3,CH3OH(B)HI,HClO4,NH4+,Ac-(C)HNO3,NaOH,Ba(OH)2,H3PO4(D)NH3,N2H4,CH3NH2,NH2O
7、H酸越强,其共轭碱越弱;碱越强,其共轭酸越弱。OHNHCOHHAc POHSOHHClO 243243424+酸性:-OHNHHCOAc POH HSO ClO 334244碱性:共轭酸碱对的规律共轭酸碱对的规律 酸碱反应是质子的争夺过程,对于酸碱中和反应,强酸、强碱的电离,反应的方向总是强酸与强碱反应生成相应的弱酸和弱碱。HCl(强酸强酸)H2O(强碱强碱)H3O+(弱酸弱酸)Cl(弱碱弱碱)H3O+(强酸强酸)+OH(强碱强碱)H2O(弱酸弱酸)H2O(弱碱弱碱)对于水解反应,弱酸、弱碱的电离,方向则正好相反。HAc(弱酸弱酸)+H2O(弱碱弱碱)H3O+(强酸强酸)Ac(强碱强碱)H2O
8、(弱酸弱酸)+NH3(弱碱弱碱)NH4+(强酸强酸)OH(强碱强碱)Ac-(弱碱弱碱)+H2O(弱酸弱酸)OH-(强碱强碱)HAc(强酸强酸)课堂练习 对于反应 HC2O4-(aq)+H2O(l)H2C2O4(aq)OH-(aq)其中强酸和弱碱是其中强酸和弱碱是()(A)H2C2O4和 OH-(B)H2C2O4和 HC2O4-(C)H2O和 HC2O4-(D)H2C2O4和H2OLewis 酸酸:凡是可以接受电子对的分子、:凡是可以接受电子对的分子、离子或原子离子或原子,如Fe3+,Fe,Ag+,BF3等。Lewis 碱碱:凡是给出电子对的离子或分子:凡是给出电子对的离子或分子,如:X,:NH
9、3,:CO,H2O:等。Lewis酸与Lewis碱之间 以配位键配位键结合生成 酸碱加合物。酸碱电子理论酸碱电子理论-+ClHHNH H NH HCl3-FFBF F BF3+F+23333NH NH CuNH NH Cu2+4 NH3 Lewis 酸碱电子理论的适用范围比酸碱质子酸碱电子理论的适用范围比酸碱质子理论更广泛。理论更广泛。根据酸碱电子理论,下列物质中不能作为根据酸碱电子理论,下列物质中不能作为Lewis 碱的是(碱的是()(A)H2O (B)NH3 (C)Ni2+(D)CN-水的解离平衡和溶液的水的解离平衡和溶液的 pH 1 水的离子积常数水的离子积常数 H2OH2O H3O+O
10、H 或或 H2O H+OH)OH()OH(3-+=cc或KW)OH()OH(3-+=ccccKW 水的离子积常数,简称水的离子积。KW25纯水:c(H+)=c(OH)=1.010-7molL-1100纯水:=1.010-14KW=5.4310-13KWT,KW)(OHlgpOH-=-令c)O(HlgpH 3-=+c2溶液的溶液的pH值值101.0)(OH)O(H143=-+根据ccKW14lg)OH(lg)H(lg =-=-+即ccKW14ppOHpH=+KW课堂练习 将pH4.00的强酸溶液与pH12.00的强碱溶液等体积混合,混合后的pH为 9.00 8.00 11.69 12.003 酸
11、碱指示剂酸碱指示剂 借助于颜色的改变来指示溶液借助于颜色的改变来指示溶液pH的物质叫做酸碱指的物质叫做酸碱指示剂。酸碱指示剂通常是一种复杂的有机物,并且都是弱示剂。酸碱指示剂通常是一种复杂的有机物,并且都是弱酸或弱碱。酸或弱碱。酸分子酸分子 HIn 显红色,酸根离子显红色,酸根离子 In 显黄色,当显黄色,当 HIn和和 In 相等时溶液显橙色。相等时溶液显橙色。例如甲基橙指示剂就是一种有机弱酸例如甲基橙指示剂就是一种有机弱酸:HIn H+In 其平衡常数表达式为:其平衡常数表达式为:iHInHInK+=-可化成可化成:式中式中 Ki 是指示剂的解离常数。可以看出,当是指示剂的解离常数。可以看
12、出,当 H+Ki,即,即 pHp Ki 时,溶液中时,溶液中 InHIn,这时溶液,这时溶液显显HIn和和In的中间颜色,例如甲基橙的橙色。故将的中间颜色,例如甲基橙的橙色。故将 pHp Ki 称为指示剂的理论变色点。称为指示剂的理论变色点。当当 HInIn10 时,明确显示时,明确显示 HIn 的颜色;的颜色;对于一般指示剂:对于一般指示剂:当当 InHIn10 时,明确显示时,明确显示In的颜色。的颜色。iInHInK-+=H指示剂指示剂变色范围变色范围pH酸酸 色色碱碱 色色甲基橙甲基橙3.2 4.4红红黄黄溴酚蓝溴酚蓝3.0 4.6黄黄蓝蓝溴百里酚蓝溴百里酚蓝6.0 7.6黄黄蓝蓝中性
13、红中性红6.8 8.0红红亮黄亮黄酚酚 酞酞8.2 10.0无色无色红红达旦黄达旦黄12.0 13.0黄黄红红 把这一把这一 pH 间隔称为指示剂的变色间隔或变色范围。间隔称为指示剂的变色间隔或变色范围。存在关系式:存在关系式:ipHpK=1 1.一元弱酸的解离平衡一元弱酸的解离平衡初始浓度/molL-1 0.10 0 0平衡浓度/molL-1 0.10 x x xx=1.3103弱酸和弱碱的解离平衡弱酸和弱碱的解离平衡HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)HAc()Ac()OH()HAc(3ccc-+=K ax10.0 x)HAc(2-=K a解离度(a)%100%100
14、0eq0-=ccc初始浓度已解离的浓度c(H3O+)=c(Ac)=1.3103 molL-1 c(HAc)=(0.10-1.3103)molL-10.10molL-1c(OH)=7.71012 molL-1 89.2)O(HlgpH3=-=+c%3.1%10010.0103.13=-醋酸的解离度=c(H3O+)c(OH)KW与 的关系:K aHA(aq)H+(aq)+A(aq)平衡浓度 c cc c初始浓度 c 00稀释定律:稀释定律:在一定温度下(为定值),某弱电解质的解离度随着其溶液的稀释而增大。K a 11 102-=1 2acK2aHA cK=)(cK HA a)(=?10HA)(4a
15、Kcc0 0.200 0 05108.1-=327.11)109.1lg(14pOH14pH-=-=-=3109.1%95.0200.0)OH(-=c2.一元弱碱的解离平衡:一元弱碱的解离平衡:例:已知25时,0.200molL-1氨水的解离度为 0.95%,求c(OH),pH值和氨的解离常数。)aq(OH (aq)NH O(l)H (aq)NH423-+解:ceq 0.200(1 0.95%)0.2000.95%0.2000.95%323343109.1200.0)109.1()NH()OH()NH()NH(-+-=cccK b3 多元弱酸的解离平衡多元弱酸的解离平衡(aq)HCO(aq)O
16、H O(l)H(aq)COH33232第一步:+(aq)CO(aq)OH O(l)H(aq)HCO23323第二步:+7323332a1102.4)COH()HCO()OH()COH(-+=cccK11323332a2107.4)HCO()CO()OH()COH(-+=cccK做近似处理。解离平衡的计算可按一元弱酸的反应,主要来自于第一步解离溶液中的)OH(OH 10333a2a1+cKK 例题:计算 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:5106
17、.5010.0 0.010 =xx1533Lmol105.6)HCO()OH(=+cc132Lmol010.0)COH(=cxxccc0.010)COH()HCO()OH(23233=+732a1102.4)COH(-=K 0.010 )Lmol/(1xxx平衡浓度-:根据第二步解离计算)CO(23c 10.56 10.56 )Lmol/(aq)CO (aq)OH O(l)H(aq)HCO 551eq23323yyyc+-+yyyccc-+=-+553233105.6)105.6()HCO()CO()OH(1132a2107.4)COH(-=K11a255107.4 ,106.5106.5-=
18、Kyy1111a223Lmol107.4Lmol )CO(-=Kc的解离平衡:来自OHOH2-(aq)OH (aq)OH O(l)HO(l)H322-+19.4)OH(lgpH3=-=+c101Lmol105.1)OH(-=c01101.5-=z415101.0106.5-=z55106.5106.5-+zy1453101.0)106.5()(OH)O(H-+=+=zzycczzyc 106.5)L/(mol51eq +-结论结论:对于二元弱酸,若 c(弱酸)一定时,c(酸根离子)与 c2(H3O+)成反比。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 c
19、(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)CO(2)OH(233-+cc a2a12223)AH()A()OH(KKcccK=-+232a2a12)OH()AH()A(+-=ccKKc(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-+1.强酸弱碱盐(离子酸)强酸弱碱盐(离子酸)(1)+(2)=(3)则盐的水解平衡盐的水解平衡(aq)Cl (aq)NH Cl(s)NH4O(l)H
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