第四章酸碱电离平衡 、酸碱质子理论 1酸碱的定义 酸碱质子理论( Bronsted- Lowry质子理论) 2酸碱电离平衡(质子理论) 3酸碱的强弱 、水的自偶电离平衡 、弱酸弱碱的电离平衡 1一元弱酸弱碱的电离平衡(含离子型) 2多元弱酸弱碱的电离平衡(含离子型) 3两性离子的电离平衡 四、酸碱电离平衡的移动(同离子效应) 五、缓冲溶液 1缓冲溶液的组成及缓冲作用 2缓冲溶液pH的计算 3缓冲溶液的配制 六、酸碱中和反应
第四章 酸碱电离平衡 一、酸碱质子理论 1 酸碱的定义 酸碱质子理论 (Brnsted-Lowry质子理论) 2 酸碱电离平衡(质子理论) 3 酸碱的强弱 二、水的自偶电离平衡 三、弱酸弱碱的电离平衡 1 一元弱酸弱碱的电离平衡(含离子型) 2 多元弱酸弱碱的电离平衡(含离子型) 3 两性离子的电离平衡 四、酸碱电离平衡的移动(同离子效应) 五、缓冲溶液 1 缓冲溶液的组成及缓冲作用 2 缓冲溶液pH的计算 3 缓冲溶液的配制 六、酸碱中和反应
1.酸碱定义 酸碱质子理论(Brφ nsted-Lowry质子理论) 能给出H+的物质为酸 能与H结合的物质为碱 NH+= NH+ ht IAI(H2065+= [AI(H2O)5(OH)12++ H HCO C0, 2-+ H 酸一碱+H
1. 酸碱定义 酸碱质子理论(Brnsted-Lowry 质子理论) 能给出H+的物质为酸 能与H+结合的物质为碱 NH4 + NH3 + H+ [Al(H2O)6 ] 3+ [Al(H2O)5 (OH)]2+ + H+ HCO3 – CO3 2– + H+ 酸 碱 + H+
2.酸碱电离平衡(质子理论) 酸 H++碱 共轭关系 共轭酸 共轭碱 HCI= H++ CI 酸在水中的电离(酸碱必须同时存在) HCI+H2O一H3O++Cl-(全部) 酸 碱2 酸2 碱1 H H NH4++H2OH3O+NH3(可逆) 酸 碱2 酸2 碱1
2. 酸碱电离平衡(质子理论) 酸 H+ + 碱 共轭关系 共轭酸 共轭碱 HCl H+ + Cl – 酸在水中的电离(酸碱必须同时存在) HCl + H2O H3O+ + Cl – (全部) 酸1 碱2 酸2 碱1 NH4 + + H2O H3O+ + NH3 (可逆) 酸1 碱2 酸2 碱1 H+ H+ H+
2.酸碱电离平衡(质子理论) 碱在水中的电离(酸碱必须同时存在) Ac-+ hO HAc+OH-(可逆) 碱1酸2 酸 碱2 酸碱反应 有酸才有碱,有碱才有酸 酸中有碱,碱可变酸” (酸碱相互依存和转化)
2. 酸碱电离平衡(质子理论) 碱在水中的电离(酸碱必须同时存在) Ac – + H2O HAc + OH – (可逆) 碱1 酸2 酸1 碱2 酸碱反应 H+ “有酸才有碱,有碱才有酸 酸中有碱,碱可变酸 ” (酸碱相互依存和转化)
3.酸碱的强弱 取决于(1)酸碱本身释放质子和接受质子的能力 (2)溶剂接受和释放质子的能力 例如:HAc在水中为弱酸,但在液氨中为强酸! 酸碱的强弱用Ka(电离平衡常数)来表征 妈:HAc(aq)+H2O(分H3Ot(aq)+Ac(aq) △G-396.6237.19-23719-3694(kJ/mo) △G298=27.2(kJ/mol) 0 272×10 K △G298 -4.767 2.30RT 2.30×8.31×298.15 K=1.76x105=1H30|Ac HAc
3. 酸碱的强弱 取决于(1)酸碱本身释放质子和接受质子的能力 (2)溶剂接受和释放质子的能力 例如: HAc 在水中为弱酸, 但在液氨中为强酸! 酸碱的强弱 用 Ka (电离平衡常数)来表征 如: HAc(aq) H O(l) H O (aq) Ac (aq) 2 3 + − + + θ Gf -396.6 -237.19 -237.19 -369.4 (kJ/mol) G 27.2(kJ / mol) θ 298 = 4.767 2.30 8.31 298.15 27.2 10 2.30RT G lgK θ 3 θ 298 a = − = − = − [HAc] [H O ][Ac ] K 1.76 10 θ 5 3 a + − − = =
共(HA 共”B HI 水 HC] 全部电离 BH3O(aq)+H10O(分H3O(aq)+H2O① 溶 HNO 最强敢H Ho最霸酿 HCTOi 5.90×10-(K) 1.54X10-(K 液中的共轭酸碱对和K值 120x10-a(K) H,PO4 H,PO, 7X102(K) 4.6X10 353X10 水溶液中最强酸为 HC.On Crot- 6.40X10-5 HCI CIo 295X10-5 HAc 1.76×10-5 H:CO, HCO 430×10-(K) HO 0K-) HIs 91×10(K2 H2POF HPOF 6.23×10-K NHF 5.64X10-1 4.93 H,SiO, HSIOi 22×10-1°cK.) 561×10-1K。) 最强碱 SiO- OH HPOL P 22x101(K 最洞HK H最歌) 10X10-14 H一H0十 Hz H
水溶液中的共轭酸碱对和Ka 值 水溶液中最强酸为最强碱 + H 3 O − OH H3 O + (aq) + H2O (l) H3 O+ (aq) +H2O (l) K = 1 全部电离
、水的自偶电离平衡 水本身电离平衡 HO +O HO+ OH 在25°C,由电导等方法测得 IH3O*]=[OH]=1.0 X10-7(mol/dm 则Kw=[H3O]OH=1.0×10-14(无量纲) K称为水的离子积,是水的电离常数。 K随温度的增加,略有增加。 K也可由△G求得 H2O0+H,o0+ H3o(ag+ OH(aq △G-237.2-2372 2372 157.3(kJ/mol) AG298=7990 Ig k △G 2.30RT
二、水的自偶电离平衡 水本身电离平衡 H2O + H2O H3O+ + OH– 在25 ºC,由电导等方法测得 [H3O+ ] = [OH– ] = 1.0 × 10–7 (mol/dm3 ) 则 Kw = [H3O+ ] [OH– ] = 1.0 × 10–14 ( 无量纲) Kw 称为水的离子积,是水的电离常数。 Kw随温度的增加,略有增加。 Kw也可由 求得 H2O(l) + H2O(l) H3O+ (aq) + OH– (aq) -237.2 -237.2 -237.2 -157.3 (kJ/mol) = 79.90 Gf G298 2.30RT G lgK T = − Gf
纯水时: [H30*=[OH-1=1.0 X10-7(mol/dm3) pH=-Ig [ H3o=7=pOH 加入0.10mol/dm3强酸时, IOH=Kw/H3of =1.0×1014/1.0×10-1 1.0×1013( mol/dm3 加入0.10mol/dm3强碱时, H30]=Kw/IOH-I =1.0×10-14/1.0×101 10×1013(mol/dm3) 水溶液中(纯水、或酸碱溶液),H3O+和OH同时存在, K是个常数。(酸溶液中也有OH,碱溶液中也有 H, 0+)
纯水时: [H3O+ ] = [OH– ] = 1.0 × 10–7 (mol/dm3 ) pH = - lg [H3O+ ] = 7 = pOH 加入0.10 mol/dm3 强酸时, [OH– ] = Kw / [H3O+ ] = 1.0 × 10–14 / 1.0 × 10–1 = 1.0 × 10–13(mol/dm3 ) 加入0.10 mol/dm3 强碱时, [H3O+ ] = Kw / [OH– ] = 1.0 × 10–14 / 1.0 × 10–1 = 1.0 × 10–13(mol/dm3 ) 水溶液中 (纯水、或酸碱溶液), H3O+ 和OH– 同时存在, Kw是个常数。(酸溶液中也有OH–,碱溶液中也有 H3O+ )
三、弱酸弱碱的电离平衡 1、一元弱酸弱碱的电离平衡 例:求010modm3HAc水溶液的酸度,已知 K=1.76×105 解:HAc+H2O HO+ Ac 0.10-X X 设H3O+的平衡浓度为x 则K2=[H3O+IAc]/[HAc =x2/(0.10-x)≈x2/0.10 1.76×105 X=H3O=(0.10×1.76×105)05 =13×103( mol/dm3) 电离度α=x/C0=13×103/0.10 =0.013(1.3%)
三、弱酸弱碱的电离平衡 1、一元弱酸弱碱的电离平衡 例:求0.10 mol/dm3 HAc水溶液的酸度,已知 Ka = 1.76 × 10–5 解:HAc + H2O H3O+ + Ac– 0.10-x x x 设 H3O+ 的平衡浓度为 x 则 Ka = [H3O+ ] [Ac– ] / [HAc] = x2 / (0.10-x) x 2 / 0.10 = 1.76 × 10–5 x = [H3O+ ] = (0.10 × 1.76 × 10–5 ) 0.5 = 1.3× 10–3 (mol/dm3 ) 电离度 = x / C0 = 1.3× 10–3 / 0.10 = 0.013 (1.3%)
元弱酸(碱)溶液的[H3O1(或IOHD的简化公式 假定:(1)在0.10mo/dm3HA水溶液中,水本身 的电离可忽略,即由H2O→HO产生的田3O+ <107(mo/dm3 (2)HA的电离度a≤5%,或c/K≥380(400 其中,c为HA的起始浓度;K为平衡常数。 一元弱酸(碱)溶液的[H3O+](IOH)的简化公式: H3O+A c*a K。[H3O+1=√Ka THAJ c(1-a) IOH-IHB Kh OH=√Kbc B c(1-)
一元弱酸(碱)溶液的 [H3O+ ] (或 [OH– ]) 的简化公式 假定:(1)在0.10 mol/dm3 HA水溶液中,水本身 的电离可忽略,即由 H2O → H3O+ 产生的[H3O+ ] < 10-7 (mol/dm3 ); (2) HA的电离度 5% ,或 c/K 380 (400) 其中,c 为HA的起始浓度;K 为平衡常数。 一元弱酸(碱)溶液的 [H3O+ ] ( [OH– ]) 的简化公式: a 2 2 3 K c(1 ) c [HA] [H O ][A ] = − = + − [H O ] K c 3 a = + b 2 2 K c(1 ) c [B] [OH ][HB] = − = − [OH ] K c b = −