第8章-酸碱平衡--大学一年级-无机化学-课件.ppt
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- 酸碱 平衡 大学 一年级 无机化学 课件
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1、第8章 酸碱平衡酸碱平衡 酸和碱是化学中最为古老悠久的概念之一。众多的化学变化属于酸碱反应,酸碱反应是最重要的化学反应之一。酸碱平衡是化学平衡中的一种,学习掌握酸碱反应的规律,是化学生产实践和理论研究的重要任务。Ionic Equilibrium of Acids and Bases 在水中电离时生成的阳离子全部是H+的物质叫做酸酸;HCl,HNO3,H2SO4,在水中电离时生成的阴离子全部是OH-的物质叫做碱碱.NaOH,KOH,Ca(OH)2,强酸HCl、HNO3、;强碱NaOH、KOH在水中能够完全电离:弱酸CH3COOH:弱碱NH3在水中只能部分电离部分电离(阿伦尼乌斯学说)一一.酸碱
2、电离理论酸碱电离理论CH3COOH CH3COO-+H+HCl H+Cl-8-1 弱酸弱碱的电离平衡弱酸弱碱的电离平衡 二二.水的电离和溶液的酸碱性水的电离和溶液的酸碱性 H2O H+OH-KW 110-14 水的离子积常数 水溶液中水溶液中,H+和和OH-的乘积不变的乘积不变.水电离属于化学平衡.2.溶液的溶液的pH H+OH-酸性 pH 7 H+OH-中性 pH 7 H+OH-碱性 pH 7 25 1.水的离子积常数水的离子积常数水能导电弱电解质H+=10-PH电离平衡纯水的导电性纯水的导电性H+OH-pH=logH+例如 颜色 酸色 碱色 pka 甲基橙 红红 黄黄 3.4 pH=pki
3、1 指示剂的理论变色范围理论变色范围.实际变色范围是由人眼观察出来的,与理论有一定偏差.用酸碱指示剂指示溶液的pH,在化学实践中有广泛的应用。理论变色范围理论变色范围 实际变色范围实际变色范围P227常用酸碱指示剂.8.09.63.14.4 酚 酞 无 红红 9.12.44.48.110.1也可以用来忽悠人、欺骗人忽悠人、欺骗人!三三.一元一元弱酸的电离平衡弱酸的电离平衡CH3COOH。HAc+H2OC 0 0CH +H+Ac-Ka=H+Ac-HAc=H+2CH+H+2=KaC-KaH+H+2-KaC+KaH+=0H+=-Ka+Ka2+4KaC2求一元弱酸中H+精确公式精确公式简写为HAc,A
4、c=CH3COO-H3O+Ac-常写为:HAc H+Ac-H+=Ac-t=0时:t=t时:HAc H+Ac-t=t时 C-H+H+Ac-Ka=H+Ac-HAc=H+2CH+若平衡时溶液中H+C,H+=CKa求一元弱酸溶液中H+的近似公式近似公式 Ka=H+2 C H+2C H+H+2=KaCH+=-Ka+Ka2+4KaC2此外,Ka愈小,HA愈不容易电离.CKa 400时,C H+C,综合两方面考虑:则则 C H+C精确公式精确公式例1、计算0.1mol/LHAc溶液中的H+浓度和PH值。解:查表得:Ka=1.80 10-5a、用精确公式求解H+=-1.810-5+(1.810-5)2+41.
5、8010-50.12 H+=1.3310-3mol/L pH=2.88近似公式的计算结果相当好例1、计算0.1mol/LHAc溶液中的H+浓度和PH值。解:查表得:Ka=1.80 10-5a、用精确公式求解b、用近似公式计算用近似公式计算H+=-1.810-5+(1.810-5)2+41.8010-50.12 H+=1.3310-3mol/L pH=2.88H+=KaC=1.8 10-50.100=1.34 10-3 pH=2.87CKa =5555 400例2、计算0.100M CH2ClCOOH溶液的PH值。解:KaC=0.1001.4010-3=71.4 400故用精确公式计算H+=-1
6、.4010-3+1.4010-3+41.4010-30.12H+=1.1210-2M pH=1.95例3.计算0.100mol/L CH3CHOHCOOH溶液的H+,Ka=8.410-4解:因为KaC=0.1008.410-4=119 400H+=-8.410-4+(8.410-4)2+48.410-40.12=8.710-3mol/L故用精确公式计算氨是个典型的一元弱碱 NH4+OH-NH3=KbKb(NH3)=1.810-5四四.一元一元弱碱的电离平衡弱碱的电离平衡常见的一元弱碱及其电离平衡常数见P390 附录11与HAc的电离程度相当 NH3+H2O NH4+OH-OH-=KbCCKb4
7、00 时,Kb=BH+OH-B =OH-2COH-求一元弱碱溶液中 OH-的精确公式精确公式同理求一元弱碱溶液中OH-的近似公式近似公式B+H2O BH+OH-t=0 C 0 0t=t C-OH-BH+OH-BH+=OH-当-Kb+Kb2+4KbC2OH-=例4:计算0.100M NH3溶液的pH值.Kb=1.810-5解:CKb=5555400,用近似公式:OH-=KbC=0.11.810-5 =1.3410-3MpOH=2.87 pH pOH=14pH=14.00-2.87=11.13pH=14 pOH五电离度电离度已电离的分子数与溶质分子总数之比,用 表示.对于弱酸 =CH+100%对于
8、弱碱 =100%OH-C弱酸的电离度弱酸的电离度 随浓度随浓度C的降低的降低增大。增大。=Ka/C =Kb/C弱碱的电离度弱碱的电离度 随浓度随浓度C的降低的降低增大。增大。H+=KaC同理六同离子效应同离子效应弱电解质在水中存在着电离平衡:加入NaAc时:HAc H+Ac-XX 在弱电解质溶液中加入具有相同离子的强电解质在弱电解质溶液中加入具有相同离子的强电解质,=x/cC-X X XC盐C盐C-X X C盐+X =X/c HAc H+Ac-平衡逆向逆向移动 NaAc Na+Ac-C盐同离子效应同离子效应。必然发生:醋酸也降低!使弱电解质的电离度和酸度减小的现象使弱电解质的电离度和酸度减小的
9、现象弱酸盐,正盐设H+Ac-HAc 即醋酸电离度降低!结果导致=X/cKa=H+Ac-HAc=X(C弱酸盐+X)C弱酸-XC弱酸 X(HAc,=1.33%,1.33%)C弱酸-X C弱酸C弱酸盐 X盐与酸至少在同一量级!C弱酸盐+X C弱酸盐KaX C弱酸盐C弱酸 H+=KaC弱酸弱酸C弱酸盐弱酸盐 HAc H+Ac-C-X X C盐+X 有同离子效应时H+计算公式例6、设溶液中同时含有HAc和NaAc,浓度都为 0.10mol/L。求H+及HAc的电离度。解:H+=KaC弱酸 C盐=1.810-5 0.100.10=1.810-5 MpH=5-lg1.8=5-0.255=4.745 =100
10、%=0.018%1.810-5 0.10对比之下可以看出同离子的影响之大对比之下可以看出同离子的影响之大,减小了减小了74倍倍.没有同离子效应时的同离子效应时的HAc,=1.33%1:74运用存在同离子效应时H+计算公式:七、多元弱酸的电离平衡多元弱酸的电离平衡在溶液中能电离出多个H+的酸多元酸多元酸。多重平衡 Ka1 Ka2 只有第一级电离是最主要的,多元酸在溶液中是分步电离的:H2S H+HS-HS-H+S2-Ka1=1.110-7Ka2=1.310-13第一级电离的H+对第二级有抑制大106倍 溶液中H+主要是由一级电离产生的,HS-对H+的吸引H2S对H+的吸引;第二级可忽略(数量).
11、可作近似处理.H2S H+HS-X例7、室温下,H2S气体在水中的饱和浓度为0.1mol/L。试计算H2S饱和溶液中H+、HS-和S2-。Ka1=1.110-7;Ka2=1.310-13解解.H2S属于二元弱酸.可忽略二级电离,当一元弱酸处理:Ka1Ka2 1001001.110-71.310-13=1060.1-XX设0.1-XX2=ka1H+=-Ka1+Ka12+4Ka1C2CKa1 400,且 H+=CKa1H+=1.05x10-4代入计算得:HS-=1.05x10-4 mol/L HS-H+S2-S2-Ka2二元弱酸二元弱酸酸根酸根B2-浓度近似等于浓度近似等于Ka2!Ka2=H+S2
12、-HS-=1.310-13 mol/LH+=HS-八缓冲溶液缓冲溶液1、定义HAc H+Ac-H+=KaC弱酸C弱酸盐溶液中H+取决于酸/盐浓度的比值,而不仅仅是酸的浓度.向溶液中加入少量强碱NaOH时:HAc+OH-H2O+Ac-C弱酸 略为减小,C弱酸盐 略为增大,但由于加入强碱的量很小(与HAc相比)溶液中H+基本保持不变基本保持不变.含NaAc时:在同时含有弱酸及弱酸盐的溶液中:结果:引起酸/盐浓度比值改变很小,Ka=H+C弱酸盐 C弱酸.向溶液中加入少量强酸时:H+Ac-HAc 溶液中Ac-的量稍有减小,HAc的量稍有增大。引起酸/盐浓度比值改变很小,这种能够抵抗少量强酸和强碱而能保
13、持溶液酸度能够抵抗少量强酸和强碱而能保持溶液酸度或或pH值基本不变的溶液值基本不变的溶液缓冲溶液缓冲溶液.常见的缓冲溶液:弱酸弱酸盐HAc+NaAcH2CO3+NaHCO3H3PO4+NaH2PO4 弱碱弱碱盐NH3+NH4ClH+=KaC弱酸C弱酸盐溶液中H+基本保持不变.抗酸抗碱之定性解释HAc+NaAc+H+时:H+Ac-HAc+OH-时:它能对抗溶液中H+浓度的变化,从而对溶液的酸度起到稳定作用。HAc+OH-H2O+Ac-H+=KaC弱酸C弱酸盐2、具体实例A、50mL纯水中加入0.05mL 1.0mol/L HCl溶液,10.0550+0.050.00099mol/LpH=3 50
14、mL纯水中加入0.05mL 1.0 mol/L NaOH溶液,OH-浓度增加10.0550+0.050.001M,pH=11 水的pH均变化了4个单位,酸度改变了一万倍一万倍.纯水没有缓冲作用纯水没有缓冲作用!H+浓度增加为0.001mol/L纯水的 pH=7B、50mL 0.1 mol/L HAc0.1 mol/L NaAc溶液H+=KaHAc Ac-=Ka=1.810-5 Ac-=0.1-CHCl=0.1-0.001=0.099HAc=0.1+CHCl=0.1+0.001=0.101=1.8410-5MH+=KaHAcAc-=1.810-5 0.099 0.101H+Ac-HAc向溶液中加
15、入0.05mL1.0M HCl溶液,pH=4.74pH变化很小变化很小(0.01)H+=KaC弱酸C弱酸盐同离子效应:pH=4.73HAc H+Ac-H+增加10.0550+0.050.001M 向溶液中加入0.05mL1.0M NaOH,=0.101mol/L0.101 0.099 =1.810-5=1.810-5MHAc+OH-H2O+Ac-0.1+0.0010.1-0.001pH=4.75pH变化很小变化很小(0.010.01)=0.099mol/LH+=KaC弱酸C弱酸盐 向此HAcNaAc溶液中加水稀释至500mL,pH=?C弱酸、C弱酸盐数值均变为原来的1/10,都为0.01mol
16、/L,则:H+=KaHAc Ac-=Ka=1.810-5 pH=4.74pH=0OH-增加0.001M 综上,HAcNaAc溶液中加入强酸、强碱,其pH值只变化了0.01;而在同样条件下,纯水的pH值变化了4个单位,说明HAcNaAc溶液对于外来少量强酸和强碱具有显著的抵抗作用缓冲作用缓冲作用。缓冲溶液中发挥作用的弱酸、弱酸盐称为缓冲对,如 HAcNaAc 缓冲对的浓度越大,加入强酸或强碱时其浓度值及其比值改变就越小,即抵抗酸碱影响的能力越强.即缓冲对浓度越大缓冲对浓度越大,其缓冲容量缓冲容量(能力能力)越大越大。H+=KaC弱酸C弱酸盐HAc H+Ac-HAc NaAc混合溶液中同理:C弱碱
17、OH-=KbC弱碱盐C弱碱 pOH=pKb lgC弱碱盐4、弱碱弱碱 弱碱盐弱碱盐NH3+H2O NH4+OH-3、缓冲溶液的计算公式pH =pKa lg C弱酸盐C弱酸H+=KaC弱酸C弱酸盐HAcNaAc溶液NH3NH4Cl弱酸弱酸 弱酸盐弱酸盐pH pOH=14pH=14 pOH弱酸及其盐的浓度都较大且大致相等时,缓冲容量最大弱酸及其盐的浓度都较大且大致相等时,缓冲容量最大;人的血液中,有H2CO3NaHCO3缓冲对,pH=7.4,保持人体内许多化学反应正常!大量喝汽水or可口可乐不利?5、缓冲容量缓冲容量 HAcNaAc缓冲溶液中:HAc H+Ac-H+=KaC弱酸C弱酸盐 弱碱与其盐
18、的浓度都较大且大致相等时,缓冲容量最大弱碱与其盐的浓度都较大且大致相等时,缓冲容量最大.只有当加入的强酸、强碱的量与缓冲溶液中的弱酸、弱碱盐的量相比是比较小的情况下,并且弱酸、弱碱盐的浓度接近于1:1时,溶液才有缓冲作用.作业P249:1,2,3,5,7,8,12,13,14,168-2 盐的水解盐的水解 盐的水溶液似乎都应该是中性的(如NaCl、KCl溶液),但其实不然!?事实上,盐在水中得到的溶液可能是中性、酸性或者碱性。例如:Na2CO3、NaAc的水溶液显碱性碱性,能使红色石蕊变蓝蓝。NH4Cl、FeCl3的水溶液显酸性酸性,能使蓝色石蕊变红红。NH4Ac水溶液显中性中性。盐的水溶液的
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