大学普通化学课件.ppt
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1、第四章第四章 酸碱平衡和沉淀溶解平衡酸碱平衡和沉淀溶解平衡 4.4 缓冲溶液缓冲溶液 4.3 弱酸和弱碱的解离平衡弱酸和弱碱的解离平衡 4.2 水的解离平衡和溶液的水的解离平衡和溶液的pH 4.1 酸碱质子理论简介酸碱质子理论简介 4.1 酸碱质子理论简介酸碱质子理论简介 4.1.2 质子转移反应质子转移反应 4.1.1 酸碱质子理论的基本概念酸碱质子理论的基本概念酸:酸:凡是能释放出质子(凡是能释放出质子(H+)的任何)的任何分子或离子。分子或离子。(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。或离子。(质子的接受体)(质子的接受体)
2、4.1.1 酸碱质子理论的基本概念酸碱质子理论的基本概念酸 H+碱-+AcHHAc -+-+2442HPOHPOH-+-+3424POHHPO+34NHHNH+252362O)Al(OH)(HHO)Al(H+422252O)(HAl(OH)HO)Al(OH)(H例:HAc的共轭碱是Ac,Ac的共轭酸是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:-+-HSOHHCO)OAl(OH)(H HSO232524酸 H+碱 酸碱解离反应是质子转移反应。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)碱(1)HF(aq)H+F(aq
3、)H+H2O(l)H3O+(aq)HF(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+F(aq)H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)4.1.2 质子转移反应质子转移反应 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+
4、(1)(2)(2)1(碱酸碱酸区分效应: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,HCN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”。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。酸和碱的相对强弱酸和碱的相对强弱HCl HAc HCN 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碱,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酸越强,其共轭碱越弱;
5、碱越强,其共轭酸越弱。OHNHCOHHAc POHSOHHClO 243243424+酸性:-OHNHHCOAc POH HSO ClO 334244碱性:4.2 水的解离平衡和溶液的水的解离平衡和溶液的pH4.2.2 溶液的溶液的pH4.2.1 水的解离平衡水的解离平衡4.2.3 酸碱指示剂酸碱指示剂4.2.1 水的解离平衡水的解离平衡 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)H2O(l)H+(aq)+OH(aq)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)
6、OH()OH(3-+=ccccKW)(OH)O(H3=-+ccKW或)(OHlgpOH-=-令c)O(HlgpH 3-=+c4.2.2 溶液的溶液的pH101.0)(OH)O(H143=-+根据ccKW14lg)OH(lg)H(lg =-=-+即ccKW14ppOHpH=+KW常温下,较准确地测定溶液的pH:pH试纸;精确地测定溶液的pH:pH计。变色范围 酸色 中间色 碱色甲基橙3.1 4.4 红橙 黄酚 酞8.0 10.0 无色 粉红 红石 蕊3.0 8.0 红紫 蓝4.2.3 酸碱指示剂酸碱指示剂 4.3 弱酸、弱碱的解离平衡弱酸、弱碱的解离平衡4.3.2 多元弱酸的解离平衡多元弱酸的解
7、离平衡4.3.1 一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸、弱碱的解离平衡4.3.3 盐的水离平衡盐的水离平衡 1.一元弱酸的解离平衡一元弱酸的解离平衡4.3.1 一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸、弱碱的解离平衡HA(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+A(aq)HA()A()OH()HA(3ccc-+=K a3(H O)/(A)/(HA)/cccccc+=)HA(K a 越大,酸性越强。K a初始浓度/molL-1 0.10 0 0平衡浓度/molL-1 0.10 x x xx=1.3103HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)HAc()Ac()OH()HAc(3ccc-+=K
8、 a 例 4-1:计算25时,0.10 molL-1 HAc溶液中H3O+、Ac、HAc、OH的浓度及溶液的pH。解:x10.0 x2-=1.810-5解离度(a)%100%1000eq0-=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/(molL-1)c c c c
9、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-=1 2acK2aHA cK=)(cK HA a)(=2.一元弱碱的解离平衡一元弱碱的解离平衡(aq)OH(aq)BH O(l)HB(aq)2-+)B()OH()BH()B(bcccK-+=)aq(OH (aq)NH O(l)H (aq)NH423-+)NH()OH()NH()NH(343bcccK-+=越大,碱性越强。K ab)aq(OH (aq)NH O(l)H (aq)NH423-+解:pH=11.27 时,pOH=2.73,c(OH-)=1.9 10-3 molL-1,3 24b333(NH)(O
10、H)(1.9 10)(NH)(NH)0.200 1.9 10ccKc+-=-例4-2:已知25时,0.20molL-1氨水的pH为11.27。计算溶液中 OH 的浓度、氨的解离常数 和解离度。Kb 则:c()=1.9 10-3 molL-1,+4NH=1.810-5%95.0%10020.0109.13=-4.3.2 多元弱酸的解离平衡多元弱酸的解离平衡(aq)HCO(aq)OH 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(-+=cccK11323332a21
11、07.4)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4-3:计算 0.010 molL-1 H2CO3溶液中的 H3O+,H2CO3,,和OH的浓度以及溶液的pH。23CO3HCO(aq)HCO(aq)OH O(l)H(aq)COH 33232+解:xxccc0.010)COH()HCO()OH(23233=+732a1102.4)COH(-=K-1eq/(mol L)0.010 cxxyzxy+-w2a1aKKKx+y+z x,x y x:根据第二步解离计算)CO(23
12、c553233105.6105.6)HCO()CO()OH(-+=yccc1132a2107.4)COH(-=K11a2107.4-=Ky1111a223Lmol107.4Lmol )CO(-=Kc23233155eq 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 =xx1533Lmol105.6)HCO()OH(=+cc132Lmol010.0)COH(=c的解离平衡:来自OHOH2-(aq)OH (aq)OH O(l)HO(l)H322-+19.4)OH(lgpH3=-=+c
13、101Lmol105.1)OH(-=c01101.5-=z415101.0106.5-=z145 3101.0106.5)(OH)O(H-+=zcczc 106.5)L/(mol51eq -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 c(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 对于二元弱酸,若 c(弱酸)一定时,c(酸根离子)与 c(H3O+)2 成反比。)CO(2)OH(233-+cc a2a12223)AH()A()OH(KKcccK=-+232a2a
14、12)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-+4.3.3*盐的水解平衡盐的水解平衡3 弱酸弱碱盐的水解弱酸弱碱盐的水解 2 强碱弱酸盐强碱弱酸盐(离子碱离子碱)的水解的水解 1 强酸弱碱盐强酸弱碱盐(离子酸离子酸)的水解的水解4 酸式盐溶液的酸碱性酸式盐溶液的酸碱性 (1)+(2)=(3)则(aq)Cl (aq)NH Cl(s)NH4O(l)H42-+(1)(aq)OH (aq)OH (l)OH (l)OHw322K+-
15、+)(NH)OH()OH()NH()NH()OH()(NH3bw4334aKKcccccK=-+a3324 (3)(aq)OH)aq(NH O(l)H (aq)NHK+1 (2)O(l)H)aq(NH (aq)OH (aq)NHb234K+-+1 强酸弱碱盐强酸弱碱盐(离子酸离子酸)的水解的水解%100%1000eq0-=ccc盐的初始浓度的浓度水解平衡时盐水解部分水解度类的水解度。的解离度就是所谓的盐+4NH两边分别取负对数 wbabwaKKKKKK=即:通式wba pppKKK=+14pp ,C25ba0=+KKceq/(molL-1)0.10-x x x)aq(OH (aq)NH O(l
16、)H (aq)NH3324+解:例4-4:计算 0.10molL-1 NH4Cl溶液的pH和的解离度。+4NH5-143bw4a101.8101.0 )(NH )(NH=+KKK10106.5-=102106.510.0-=-xxx=7.510-6x(H3O+)=7.510-6 molL-1 pH=5.120075.010.0105.7)NH(64=-+cx%影响盐类水解的因素盐的浓度:c盐,水解度增大。总之,加热和稀释都有利于盐类的水解。溶液的酸碱度:加酸可以引起盐类水解平衡的移动,例如加酸能抑制下述水解产物的生成。2HClSbOCl(s)OHSbCl2HNO(s)BiONO OH)Bi(N
17、OHCl)Sn(OH)Cl(s OHSnCl233323322+h()Khc=盐 温度:水解反应为吸热反应,0,T,Kh ,水解度增大。rHm NaAc,NaCN一元弱酸强碱盐的水溶液呈碱性,因为弱酸阴离子在水中发生水解反应。如在NaAc水溶液中:(aq)OHHAc(aq)O(l)H(aq)Ac2-+)HAc()Ac()OH()HAc()Ac(awbKKcccK=-的水解常数。的解离常数,也就是是质子碱-AcAc)Ac(bK 2 强碱弱酸盐强碱弱酸盐(离子碱离子碱)的水解的水解 多元弱酸强碱盐也呈碱性,它们在水中解离产生的阴离子都是多元离子碱,它们的水解都是分步进行的。如:Na2CO3的水解:
18、)aq(OH)aq(HCO O(l)H)aq(CO3223-+)aq(OH)aq(COH )l(OH)aq(HCO3223-+4111432a,2w-23b,1101.2107.4100.1)COH()CO(-=KKK871432a,1w-23b,2104.2102.4100.1)COH()CO(-=KKK)CO()CO()COH()COH(-23b,2-23b,132a,232a,1KKKK,例4-5:计算25时 0.10molL-1 Na3PO4溶液的pH。ceq/(molL-1)0.10 x x x解:)aq(OH)aq(HPO )l(OH)aq(PO24234-+57.12)037.0
19、lg(14pOH14pH=-=-=1Lmol037.0)OH(037.0-=cx即0102.2022.032=-+-xx21314102.2105.4100.1-=)POH()PO(10.043a,3w341,b2KKKxx=-)aq(Ac)aq(NHAc(s)NH44-+)aq(HAc)aq(OHNH )l(OH)aq(Ac)aq(NH2324+-+523b10a4ba108.1 O)H(NH 108.5(HCN)CNNH -=KKKK碱性523b5a4ba108.1 O)H(NH 108.1(HAc)AcNH -=KKKK中性523b4a4ba108.1 O)H(NH 109.6(HF)F
20、NH -=KKKK酸性3 弱酸弱碱盐的水解弱酸弱碱盐的水解 解离大于水解,NaH2PO4溶液显弱酸性;相反,Na2HPO4溶液解离小于水解,显弱碱性。思考:其相关常数等于多少?(aq)OH(aq)HPO O(l)H(aq)POH324242+-+(aq)OH(aq)POH (l)OH(aq)POH43242-+843a,2102.6)POH(-=K1231443a,1w34b,3105.1107.6100.1)POH()(PO-=KKK4 酸式盐溶液的酸碱性酸式盐溶液的酸碱性 4.4 缓冲溶液缓冲溶液4.4.3 缓冲溶液的选择与配制缓冲溶液的选择与配制 4.4.2 缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的
21、计算 4.4.1 同离子效应与缓冲溶液同离子效应与缓冲溶液同离子效应:在弱电解质溶液中,加入与其含有相同离子的易溶强电解质而使弱电解质的解离度降低的现象。HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)Ac(aq)+4NHNH4Ac(aq)(aq)+平衡移动方向 4.4.1 同离子效应与缓冲溶液同离子效应与缓冲溶液1.同离子效应例4-6:在 0.10 molL-1 的HAc 溶液中,加入 NH4Ac(s),使 NH4Ac的浓度为 0.10 molL-1。计算该溶液的 pH和 HAc的解离度。5108.110.0)10.0(-=-+xxxx=1.810-5 c(H+)=1.810-5
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