第七章-酸碱平衡及酸碱滴定法课件.ppt
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- 第七 酸碱 平衡 滴定法 课件
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1、o质子酸碱的概念质子酸碱的概念 o质子酸碱反应质子酸碱反应 o水溶液中的酸碱反应及其平衡常数水溶液中的酸碱反应及其平衡常数 电离理论电离理论电子理论电子理论质子理论质子理论酸酸溶液中凡能给出质子的物质溶液中凡能给出质子的物质碱碱溶液中凡能接受质子的物质溶液中凡能接受质子的物质特点:特点:1)具有共轭性)具有共轭性 2)具有相对性)具有相对性 3)具有广泛性)具有广泛性共轭酸 共轭碱 +H+conjugate acid conjugate base proton酸碱半反应酸碱半反应:酸给出质子或碱接受质子的反应酸给出质子或碱接受质子的反应 醋酸在水中的离解:醋酸在水中的离解:酸碱反应的实质酸碱反
2、应的实质质子的转移(或得失)质子的转移(或得失)酸的离解:酸的离解:AcHHAcAcOHOHHAcOHOHHAcHHAc3232简化:碱的离解:碱的离解:OHNHOHNHOHHOHNHHNH423243水的自递:水的自递:OHHOHOHOHOHOHOHHOHOHHOH2322232简化:中和反应:中和反应:OHNHOHNHHAcAcHOHHOH2342H+H+H+H+H+H+H+半径小,电荷密度高,半径小,电荷密度高,不能单独存在或不能单独存在或只能瞬间存在只能瞬间存在水的质子自递常数水的质子自递常数KW=c(H+)c(OH-)=10-14(25)即即 pKW=14(25)酸碱共轭关系酸碱共轭
3、关系共轭酸 共轭碱+H+-23-COHHCO1)(-32HCOHCOH2)(NHHNH334)(1)酸碱可以是中性分子、阴离子或阳离子,)酸碱可以是中性分子、阴离子或阳离子,(2)酸碱的含义具有相对性:同一物质在不同的共轭酸碱对中,可表)酸碱的含义具有相对性:同一物质在不同的共轭酸碱对中,可表现出不同的酸碱性;溶剂不同时,同一物质表现出不同的酸碱性。如:现出不同的酸碱性;溶剂不同时,同一物质表现出不同的酸碱性。如:HNO3在水中是强酸,在冰醋酸中是弱酸,在浓硫酸中具有碱性。在水中是强酸,在冰醋酸中是弱酸,在浓硫酸中具有碱性。氨基酸)氨基酸盐)((H COOCHNHCOOHCHNH4-2323问
4、题:问题:H+的共轭碱是什么型体?的共轭碱是什么型体?H2O是酸还是碱?是酸还是碱?小结小结 !酸碱半反应不可能单独发生酸碱半反应不可能单独发生酸碱反应是两对酸碱反应是两对共轭酸碱对共轭酸碱对共同作用的结果共同作用的结果 酸碱反应的实质是酸碱反应的实质是质子的转移质子的转移 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 1 1水溶液中质子自递反应水溶液中质子自递反应 *非水溶液中非水溶液中 14-100.1)OH()H(ccKKws14pOHpH)S()SH(-2ccKs水的离子积水的离子积概念概念 发生在溶剂间的质子转移发生在溶剂间的质子转移溶剂的质子自递反应溶剂的质
5、子自递反应 该反应的平衡常数该反应的平衡常数K Ks s 溶剂的质子自递常数溶剂的质子自递常数 (一般变化不大,视作常数)(一般变化不大,视作常数)H H2 2O O 既能接受质子又能给出质子既能接受质子又能给出质子两性物质两性物质 发生在水分子间的质子转移发生在水分子间的质子转移水的质子自递反应水的质子自递反应酸的离解:酸的离解:数酸度常数,酸的离解常aaKKHAAHAHHA碱的离解:碱的离解:数碱度常数,碱的离解常bbKKAOHHA-2HAOHOHAAcid dissociationBase dissociation水的自递:水的自递:水的自递常数wo14OHHw2)C25(1000.1O
6、HHOHKK对共轭酸碱对对共轭酸碱对 HAA-wwOHHAOHHAHAAHpppKKKKKKbaba K Ka a,给质子能力,给质子能力强,酸的强度强,酸的强度 K Kb b,得质子能力,得质子能力强,碱的强度强,碱的强度 共轭酸碱对共轭酸碱对HAHA和和A A-有如下关系有如下关系KKKabwKKKabs多元酸碱的强度多元酸碱的强度多元酸多元酸AH3-2AH-2HA-3ApKb3pKb2pKb1pKa1pKa2pKa3多元酸碱在水中逐级离解,强度逐级递减多元酸碱在水中逐级离解,强度逐级递减形成的多元共轭酸碱对中形成的多元共轭酸碱对中最强酸最强酸的解离常数的解离常数 K Ka1a1对应最弱共
7、轭碱对应最弱共轭碱的解离常数的解离常数K Kb3b3 KKKaaa123321bbbKKK1 14 4W Wb b1 1a a3 3b b2 2a a2 2b b3 3a a1 11 10 01 1.0 0KKKKKKK例例:已知已知H3PO4水溶液的水溶液的Ka1=7.6103,Ka2=6.3108,计算,计算PO43-的的Kb3和和Kb2。pKb3=pKw pKa1=14.002.12=11.88pKb2=pKw pKa2=14.007.20=6.80132231abababwK KK KK KKqqqqqqq=第二节第二节 影响酸碱平衡的因素影响酸碱平衡的因素 一、浓度的影响一、浓度的影
8、响 酸碱平衡也是化学平衡的一种。酸碱平衡也是化学平衡的一种。特别讨论:特别讨论:表明在一定温度下,弱电解质的电离度与表明在一定温度下,弱电解质的电离度与其浓度的平方根成反比,溶液越稀,电离其浓度的平方根成反比,溶液越稀,电离度越大。由于电离度度越大。由于电离度随浓度而改变,所随浓度而改变,所以一般不用以一般不用,而用,而用K K 来表示酸碱的强度。来表示酸碱的强度。稀稀释释定定律律注意!注意!弱酸弱碱经稀释后,虽然电离度增大,但溶液中的弱酸弱碱经稀释后,虽然电离度增大,但溶液中的c(H+)或或c(OH)不是升高了,而是降低了。这是由于不是升高了,而是降低了。这是由于稀释时,稀释时,增大的倍数总
9、是小于溶液稀释的倍数。增大的倍数总是小于溶液稀释的倍数。二、同离子效应和盐效应二、同离子效应和盐效应同离子效应同离子效应盐效应盐效应 HAc =H+Ac-NaAc Na+Ac-;NaCl Na+Cl-NaAc是强电解质,在溶液中完全电离,使溶液中是强电解质,在溶液中完全电离,使溶液中Ac-的量大大增加,使平衡向左移动,降低的量大大增加,使平衡向左移动,降低HAc的电离度。的电离度。称之为称之为同离子效应同离子效应。NaCl是与是与HAc组成无关的离子,但加入后增大离子组成无关的离子,但加入后增大离子强度,离子间相互作用增强,使结合成分子的机会下降,强度,离子间相互作用增强,使结合成分子的机会下
10、降,平衡向右移动,离解度增大。称之为平衡向右移动,离解度增大。称之为盐效应。盐效应。一、一、分析浓度和平衡浓度:分析浓度和平衡浓度:分析浓度分析浓度:溶液体系达平衡后,各组型体溶液体系达平衡后,各组型体 的平衡浓度之和的平衡浓度之和 平衡浓度:平衡浓度:溶液体系达平衡后,某一型体溶液体系达平衡后,某一型体的浓度的浓度二、水溶液中酸碱的分布系数二、水溶液中酸碱的分布系数 =(某种型体平衡浓度某种型体平衡浓度)/分析浓度分析浓度 )()(AHAcccaaAKcKccccc)()()(HAHAAAHAA1aaHAKcccKccccc)()()()()()()(HHH11c(HA)A11AHAHAc(
11、HA)Ka一定时,一定时,HA和和A-与与pH有关有关 pH,HA,A-pH pKa,HAc为主为主 pH=pKa,c(HAc)=c(Ac-)pH pKa时,时,Ac-为主为主例:计算例:计算pH=5.0时,时,HAc溶液(溶液(0.1000mol/L)中中HAc和和Ac-的分布系数及平衡浓度的分布系数及平衡浓度解:36.0100.11078.1100.1)H()H(555cKcaHAc64.036.01Acmol/L036036010000HAc.)(HAcccmol/L064064010000Ac.)(AcccH2C2O4 HC2O4-+H+HC2O4-C2O42-+H+21121221H
12、HHOHC42aaaaOHCKKcKccKcc)()()()(2112212422HHOC242aaaaaOCKKcKcKKcc)()()(ccOCH)(222OCH42221122HHHaaaKKcKcc)()()(0121Ka一定时,一定时,0,1和和2与与 c(H+)有关有关 pH pKa1,H2C2O4为主为主 pH=pKa1,c(H2C2O4)=c(HC2O4-)pKa1 pH pKa2,HC2O4-为主为主 pH=pKa2,c(HC2O4-)=c(C2O42-)pH pKa2,C2O42-为主为主1H(H0000akjajnkkninjajiiKKcKc)()pH pKa1,H3P
13、O4为主为主 pKa1 pH pKa2,H2PO4-为主(宽)为主(宽)pH=pKa1,c(H2PO4-)=c(HPO42-)pKa2 pH pKa3,HPO42-为主(宽)为主(宽)pH=pKa1,c(HPO4 2-)=c(PO43-)pH pKa3,PO43-为主为主 适合分步滴定适合分步滴定以磷酸为例:以磷酸为例:1 1)分析浓度和平衡浓度是相互联系却又完全)分析浓度和平衡浓度是相互联系却又完全 不同的概念,两者通过不同的概念,两者通过联系起来联系起来2)对于任何酸碱性物质,满足)对于任何酸碱性物质,满足 1+2+3+-+n =13)取决于取决于Ka,Kb及及c(H+)的大小,与的大小,
14、与c无关无关4)大小能定量说明某型体在溶液中的分布大小能定量说明某型体在溶液中的分布,由由可求某型体的平衡浓度可求某型体的平衡浓度化学平衡中,每一给定的分析浓度等于各存在型体平衡浓度之和溶液呈电中性,荷正电的质点数应等于荷负电的质点数酸碱反应达平衡时酸失去的质子数等于碱得到的质子数 物料平衡式(质量平衡式)物料平衡式(质量平衡式)MBEMBE电荷平衡式电荷平衡式 CBECBE质子平衡式(质子条件式)质子平衡式(质子条件式)PBEPBE例例1:c mol/mL的的HAC的物料平衡式的物料平衡式 c=c(HAC)+c(AC-)例例2:c mol/mL的的H3PO4的物料平衡式的物料平衡式 c=c(
15、H3PO4)+c(H2PO4-)+c(HPO42-)+c(PO43-)例例3:c mol/mL的的Na2HPO4的物料平衡式的物料平衡式 c(Na+)=2c c=c(H3PO4)+c(H2PO4-)+c(HPO42-)+c(PO43-)例例4:c mol/mL的的NaHCO3的物料平衡式的物料平衡式 c(Na+)=c c=c(H2CO3)+c(HCO3-)+c(CO32-)例例1:c mol/mL的的HAC的电荷平衡式的电荷平衡式 c(H+)=c(AC-)+c(OH-)例例2:c mol/mL的的H3PO4的电荷平衡式的电荷平衡式 c(H+)=c(H2PO4-)+2c(HPO42-)+3c(P
16、O43-)+c(OH-)例例3:c mol/mL的的Na2HPO4的电荷平衡式的电荷平衡式c(Na+)+c(H+)=c(H2PO4-)+2c(HPO42-)+3c(PO43-)+c(OH-)例例4:c mol/mL的的NaCN的电荷平衡式的电荷平衡式 c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(OH-)1 1零水准法(质子参考水准)零水准法(质子参考水准)零水准物质的选择零水准物质的选择 a溶液中大量存在的溶液中大量存在的 b参与质子转移反应参与质子转移反应质子条件式书写方法质子条件式书写方法 等式左边等式左边得质子后产物得质子后产物 等式右边等式右边失质子后产物失质子后产物 根据根据质子得失
17、相等原则质子得失相等原则列出质子条件式列出质子条件式例例1:c mol/mL的的NH4 H2PO4的质子条件式的质子条件式 零水准NH4+,H2PO4-,H2O c(H3PO4)+c(H+)=c(NH3)+c(HPO42-)+2c(PO43-)+c(OH-)例例2:c mol/ml的的Na2HPO4的质子条件式的质子条件式 零水准HPO42-,H2O c(H2PO4-)+2c(H3PO4)+c(H+)=c(PO43-)+c(OH-)2 2依据物料平衡和电荷平衡写质子条件式依据物料平衡和电荷平衡写质子条件式例例3:c mol/mL的的NaCN的质子条件式的质子条件式 物料平衡式:c(Na+)=c
18、 c=c(HCN)+c(CN-)(1)电荷平衡式:c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(OH-)(2)将(1)式带入(2)式 质子条件式 c(H+)+c(HCN)=c(OH-)例例4:C mol/mL的的NaHCO3的质子条件式的质子条件式 物料平衡式 c(Na+)=c c(H2CO3)+c(HCO3-)+c(CO32-)=c (1)电荷平衡式 c(Na+)+c(H+)=c(HCO3-)+2c(CO32-)+c(OH-)(2)将(1)式带入(2)式 质子条件式 c(H+)+c(H2CO3)=c(CO32-)+c(OH-)强酸强碱溶液强酸强碱溶液pHpH值的计算值的计算 弱酸弱碱溶液弱酸弱
19、碱溶液pHpH值的计算值的计算 两性物质溶液(两性物质溶液(c)缓冲溶液缓冲溶液pHpH值的计算值的计算1强酸(强酸(ca))()()()(OHOHAHcccccaacc)(H)()(HHcKccwa2强碱(强碱(cb)精确式B+H+BH+H2O H+OH)OH()BH()H(ccc)()(OHOHcKccWbbcc)(OH1一元弱酸碱溶液一元弱酸碱溶液(1)一元弱酸()一元弱酸(ca))()()()(HOHAH1cKccccWa)()()(HHHcKKcKccWaaa近似式最简式最简式*24H2aaaaKcKKc)(aaKcc)(H500aaKcWaaKKc20WaaKKc20aaaKcKc
20、c)()(HH(2)一元弱碱()一元弱碱(cb)最简式最简式*24OH2bbbbKcKKc)(bbKcc)(OH2 2多元弱酸碱多元弱酸碱(1)多元弱酸:设二元酸分析浓度为ca(2)多元弱碱:设二元弱碱分析浓度为cb1HaaKcc)(1OHbbKcc)(NaHANa H2PO4 Na2HPO4 21HaaKKc)(21)H(aaKKc32)H(aaKKcHA(浓度ca)+NaA(浓度cb)CabaKccc)(HabaccpKpHlgbaaccpKpHlg或小结小结 c和和()i =(某种型体平衡浓度某种型体平衡浓度)/分析浓度分析浓度 =f(Ka,Kb,(H+)),与),与c无关无关 1+2+
21、3+-+n =1 由由定量说明某型体在溶液中的分布,计算其平衡浓度定量说明某型体在溶液中的分布,计算其平衡浓度 水溶液中酸碱平衡的三种处理方法:MBE,CBE,PBE *零水准法写质子条件式aHAKccccccc)()()()()()(HHAHAHAHAaaAKcKccccc)()()()()(HAHAAAHAA1续前强酸强碱溶液的pH值弱酸弱碱溶液的pH值acc)(Hbcc)(OHaaKcc)(HbbKcc)(OH1HaaKcc)(1(OH)bbcC K12(H)aacK K23(H)aacK K(H)aabCcKCpHplgbaaCKCo 酸碱指示剂的变色原理酸碱指示剂的变色原理o 酸碱指
22、示剂的变色范围酸碱指示剂的变色范围o 影响酸碱指示剂变色范围的因素影响酸碱指示剂变色范围的因素o 关于混合指示剂关于混合指示剂1.指示剂的特点指示剂的特点 a弱的有机酸碱 b酸式体和碱式体颜色明显不同指示终点 c溶液pH变化指示剂结构改变指示终点变化2.常用酸碱指示剂的变色原理常用酸碱指示剂的变色原理酸式体 碱式体 或碱式体 酸式体 ee见插图(H3C)2+NNNHSO3OHH+(H3C)2NSO3NHN甲基橙(MO)红色(醌式)黄色(偶氮式)pKa=3.4OHOHOHH+pKa=9.1HOCOOOOCOO羟式(无色)醌式(红色)酚酞(PP)讨论:讨论:Kin一定,c(H+)决定比值大小,影响
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