電解質(zhì)溶液和離子平衡

1、關(guān)于電解質(zhì)溶液與離子平衡第一張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 強電解質(zhì)溶液理論解離度(degree of dissociation)：電解質(zhì)的解離程度。電解質(zhì)：在水溶液中或熔化狀態(tài)下能導(dǎo)電的化合物。強電解質(zhì)：水溶液中能完全解離成離子的化合物。弱電解質(zhì)：水溶液中部分解離成離子的化合物。如NaCl、NaOH如HAc、NH3第二張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 強電解質(zhì)溶液理論根據(jù)定義，強電解質(zhì)在水中完全解離， =100% 幾種強電解質(zhì)的表觀解離度(0.10molL-1, 298K)電解質(zhì) KCl HCl HNO3 H2SO4 NaOH Ba(OH)2 ZnSO4 (

2、%) 86 92 92 61 91 81 40100% 第三張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月一、離子相互作用理論1. 強電解質(zhì)在水中完全解離；-+-+-2. 離子間通過靜電力相互作用； 3. 離子氛和離子對限制了離子的運動。 離子氛(ion atmosphere): 某一離子相反電荷的離子包圍形成。離子對：正、負離子部分締合形成。第四張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 由于離子氛（對）的存在，使得每個離子不能完全發(fā)揮其作為獨立的自由離子的作用，好像是自由運動的離子數(shù)減少一樣。 100%一、離子相互作用理論 強電解質(zhì)溶液的濃度越大，離子氛作用越強，解離度下降得越顯著。 表觀解離

3、度強電解質(zhì)：表示溶液中離子間相互牽制作用的大小。弱電解質(zhì)：反映電解質(zhì)解離的百分數(shù)。第五張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、離子的活度和活度系數(shù) 1. 活度（）：離子的有效濃度2. 活度系數(shù) 一般 H2SO4HClHNO3 冰醋酸的堿性較水弱冰醋酸是上述四種酸的區(qū)分溶劑 Ka=2107Ka= 1.3106Ka=1.0103 Ka=22 第二十二張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月酸堿質(zhì)子理論 酸堿質(zhì)子理論擴大了酸堿的含義和酸堿反應(yīng)的范圍，擺脫了酸堿必須在水中發(fā)生的局限性，解決了一些非水溶劑或氣體間的酸堿反應(yīng)，并把水溶液中進行的離子反應(yīng)系統(tǒng)地歸納為質(zhì)子傳遞的酸堿反應(yīng)。 這樣，加深了

4、人們對于酸堿和酸堿反應(yīng)的認識。關(guān)于酸堿的定量標度問題，酸堿質(zhì)子理論亦能象解離理論一樣，應(yīng)用平衡常數(shù)來定量地衡量在某溶劑中酸或堿的強度，這就使酸堿質(zhì)子理論得到廣泛應(yīng)用。 但是，酸堿質(zhì)子理論只限于質(zhì)子的放出和接受，所以必須含有氫，這就不能解釋不含氫的一類的反應(yīng)?？偨Y(jié)：SO3 + CaO: CaSO4第二十三張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三、酸堿電子理論凡能給出電子對的物質(zhì)稱為堿(Lewis base)凡能接受電子對的物質(zhì)稱為酸(Lewis acid)（一） 酸堿定義（二）酸堿反應(yīng)的實質(zhì) 是配位鍵的形成并生成酸堿配合物。 酸 堿 酸堿配合物。(電子對接受體) (電子對給予體) H+ +

5、:OH- H：OH HCl + :NH3 HNH3 BF3 + :F- FB3 Cu2+ + 4 :NH3 Cu(NH3)4SO3+CaO: CaSO4第二十四張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 水溶液中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡及有關(guān)計算一、水的質(zhì)子自遞作用和溶液的pH值（一）、水的質(zhì)子自遞作用H2O + H2OH+ H3O+ + OH-或 H2O H+ + OH-H+OH-= K H2O= Kw （水的離子積常數(shù)）298K時：任何物質(zhì)的水溶液中，其 H+OH-= Kw =1.010-14兩性物質(zhì)第二十五張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月Kw 的意義水的解離是吸熱反應(yīng)，當溫度升高時

6、Kw增大。水的離子積常數(shù)與溫度的關(guān)系T/KKw2731.510-152917.410-152951.0010-142981.2710-143235.610-143737.410-13一定溫度時，水溶液中H+和OH-之積為一常數(shù)。第二十六張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）溶液的酸堿性（pH值）pH=-lgH+pOH=-lgOH- pH + pOH = 14中性溶液 H+=OH-=1.00 10-7molL-1酸性溶液 H+1.00 10-7molL-1OH-堿性溶液 H+1.00 10-7molL-1500 H+= = 1.3210-3(molL-1)（一）一元弱酸溶液第二十九張，

7、PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月【例2-6 】 計算1.3410-4 molL-1丙酸(HPr)溶液的H+和pH。已知Ka=1.3810-5。解： 3.6710-5(molL-1)pH4.44第三十張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月【例2-7】計算0.10molL-1NH4Cl溶液的pH值。已知NH4+的Ka=5.5910-10。解： NH4Cl在水溶液中完全解離為NH4+和Cl-，濃度均為0.10molL-1。Cl-為極弱的堿,故對溶液酸堿性影響極小,通?？梢院雎圆挥?。而NH4+是弱酸。/Ka= 500 H+= =7.4810-6(molL-1)pH=-lg7.4810-6=5

8、.13第三十一張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）一元弱堿溶液H+第三十二張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月【例2-9】計算0.10molL-1NaAc溶液的pH值。已知HAc的Ka=1.7410-5。 解：c / Kb 500第三十三張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（三） 多元弱酸溶液能釋放出多個質(zhì)子的弱酸稱為多元弱酸 總的解離 任何多元弱酸中：離解特點：部分解離；分步解離。如：= 5.1010-8 = 1.2010-15H2S S2- +2H+以第一步為主,當作一元弱酸處理。H2S S2- +2H+第三十四張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月【例2-10

9、】計算0.10molL-1H2S溶液中的H+、HS-及S2-。已知Ka1=8.9110-8，Ka2=1.12 10-12。 解：設(shè)H+=molL-1HS- H+ 9.44 10-5molL-1可直接用一元弱酸的近似公式計算：H+ =9.4410-5molL-1忽略第二步電離 /Ka1= 500 9.4410-5 9.4410-5 x=1.1210-12 S2- = x =1.1210-12 molL-1S2- Ka2第三十五張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（三） 多元弱酸溶液 結(jié)論： 當多元弱酸的Ka1 Ka2 Ka3、Ka1Ka2102時，可當作一元弱酸處理，求H+。 多元弱酸第二

10、步質(zhì)子傳遞平衡所得的共軛堿的濃度近似等于Ka2，與酸的濃度關(guān)系不大。H3PO4溶液中，HPO42- =Ka2第三十六張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（四）多元弱堿溶液能夠接受多個質(zhì)子的堿稱為多元堿,例如CO32-、S2-、PO43-等. 如：=Kw =Kw/ =1.0010-14/(4.6810-11)=2.1410-4 同理：=Kw/ =1.0010-14/(4.4710-7)=2.2410-8以第一步質(zhì)子轉(zhuǎn)移平衡為主第三十七張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月【例2-11】計算0.100molL-1Na2CO3溶液的pH值Kb1 = Kw / Ka2=1.010-14/(4

11、.6810-11) = 2.1410-5=1.010-14/(4.4610-7) = 2.2410-8 Kb2=Kw / Ka1pOH = 2.33pH = 14.00 - 2.33 = 11.67第三十八張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（五）兩性物質(zhì)溶液 既能結(jié)合質(zhì)子又能釋放質(zhì)子的物質(zhì)為兩性物質(zhì)。比較重要的兩性物質(zhì)有三類。 兩性陰離子溶液HA- + H2O H3O+ + A2-或 HA- H+ + A2-HA- + H2O H2A + OH-設(shè)H2A+H+=A2-+OH-根據(jù)質(zhì)子平衡 H+=A2- + OH- H2A 第三十九張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月又近似處理：若

12、則再根據(jù)H2A的兩步解離平衡，得：第四十張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月【例2-12】計算0.10molL-1NaHCO3溶液的pH值。解：= 4.9010-9(molL-1) pH = 9lg 4.90 = 8.31第四十一張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 弱酸弱堿組成的兩性物質(zhì)溶液以NH4Ac為例：NH4+ + H2O NH3+ H3O+Ac- + H2O HAc + OH-第四十二張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月近似處理：若則【例2-13 】 計算 0.10 molL-1 NH4Ac 溶液的 pH 值，已知NH4+的Ka為5.5910-10，HAc的Ka

13、為1.7610-5。解：c Ka 20Kw c 20Ka pH = 8lg 9.92= 7.00第四十三張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 氨基酸（NH3+RCOO-）以甘氨酸為例：NH3+CH2COO- + H2O NH2CH2COO- + H3O+Ka = 1.5610-10Kb = 2.2410-12NH3+CH2COO- + H2O NH3CH2COOH+ OH-根據(jù)與前面類似推導(dǎo)，得： pH = 7lg 8.34= 6.08第四十四張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（六）同離子效應(yīng)和鹽效應(yīng)1. 同離子效應(yīng) 0.10 molL-1NH3H2O + 酚酞 紅 少量NH

14、4Ac (s)顏色變淺在弱電解質(zhì)溶液中加入含有相同離子的強電解質(zhì)，將使弱電解質(zhì)解離度下降的現(xiàn)象，稱為同離子效應(yīng)。如：第四十五張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月如：NH3H2O - NH4AcNH4Ac NH4+ + Ac- NH4+ 平衡向左移動， 。解釋：平衡移動原理（六）同離子效應(yīng)和鹽效應(yīng) pH OH-第四十六張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月【例2-14】計算0.10molL-1HAc溶液的H+和解離度。如果在1L該溶液中加入0.10molNaAc，則溶液中H+和HAc的解離度各為多少?已知HAc的Ka=1.7410-5。解：HAc H+ + Ac-NH4Ac NH4+

15、+ Ac-平衡時H+2=molL-1則平衡時 Ac- = (0.10+) 0.10 HAc = (0.10 ) 0.10第四十七張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 鹽效應(yīng) 在弱電解質(zhì)溶液中加入不含相同離子的強電解質(zhì)，將使弱電解質(zhì)的解離度略有增大的現(xiàn)象。如： 0.10molL-1 HAc =1.33% + 0.10molL-1 NaCl =1.70%解釋：用活度的概念 注意： 在發(fā)生同離子效應(yīng)的同時,也存在著鹽效應(yīng)。二者結(jié)果正好相反，但同離子效應(yīng)遠遠超過鹽效應(yīng)。所以通常情況下,可以忽略鹽效應(yīng)。在一般計算中,也可不予考慮。 第四十八張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月習(xí)題1.根據(jù)

16、酸堿質(zhì)子理論，下列物質(zhì)既是酸又是堿的是 A、HCO3 B、H2S C、NH4+ D、Ac2.往1L 0.1mol/L氨水溶液中加入少量NH4Cl固體,將引起的變化是 A、 氨水的Kb增大 B、 氨水的pH值增大 C 、 氨水的減小 D、 氨水的Kb減小3. 下列各組溶液中,不屬于酸堿共軛關(guān)系的是 A、 H2OOH- B、 NH3NH4+ C 、H3PO4HPO42- D、 HClCl-第四十九張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月4已知HCOOH在298K時,Ka=1.7710-4，求其共軛堿的Kb是多少？ (習(xí)題8）解：Kb=Kw/Ka=10-14/(1.7710-4)= 5.6510-

17、115.計算下列溶液的pH值 （習(xí)題10）（1）0.20molL-1NH3水與0.20molL-1HCl等體積混合后的溶液。（2）0.20molL-1NaOH與0.20molL-1HAc等體積混合后的溶液。 解：(1)混合后，全部生成濃度為0.1molL-1的NH4Cl: Ka(NH4+)= Kw/ Kb=10-14/(1.7910-5)=5.5910-10c/Ka500 H+= = (molL-1) pH=5.13 (2)混合后，全部生成濃度為0.1molL-1的NaAc第五十張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6在氨水中加入下列物質(zhì),對氨水的解離度、解離常數(shù)、溶液的pH值有何影響？

18、（習(xí)題14）（）NH4Cl（）NaCl（）H2O （）NaOH 解：對解離常數(shù)均無影響 (1) NH4Cl pH (2)NaCl pH (3)H2O pH (4)NaOH pH 第五十一張，PPT共五十四頁，創(chuàng)作于2022年6月7. 在0.10molL-1NH3溶液中,加入NH4Cl晶體,使其溶解后濃度為0.20molL-1,求加入NH4Cl前后,NH3水中的OH-及解離度。 （習(xí)題11）解：加入NH4Cl前 OH-= = (molL-1) =OH-/ c=(1.3410-3/0.1) 100%=1.34% 加入NH4Cl后,有 設(shè)平衡時溶液中OH-為x molL-1，則 NH3H2O NH4+ + O