酸堿平衡以及其值計算

1、關(guān)于酸堿平衡及其值計算第一張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 強電解質(zhì) 理論上100%電離 強電解質(zhì)在水溶液中完全電離 HCl = H+ (aq) + Cl- (aq)電解質(zhì)溶液但實際上： 對于正負(fù)離子都是一價的電解質(zhì)，如HNO3，KCl等，其電離度在90%左右； 正負(fù)離子為二價的電解質(zhì)溶液的電離度較一價的小； 同時:電解質(zhì)溶液越濃，電離度越小。第二張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月弱電解質(zhì)的解離平衡解離平衡：當(dāng)體系中未解離的分子濃度和解離出的離子濃度都維持一定的數(shù)值時，體系所處的狀態(tài)。 解離平衡是一種動態(tài)平衡解離常數(shù)酸的解離常數(shù)堿的解離常數(shù)第三張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于20

2、22年6月 酸堿的強弱取決于酸給出質(zhì)子或堿接受質(zhì)子的能力。用解離常數(shù) Ka 和 Kb 可以定量地說明酸堿的強弱程度。 HAc + H2O H3O+ + Ac HAc 的共軛堿的解離常數(shù) Kb 為： Ac+ H2O HAc + OH Kb KaKb = c(H+)c(OH) = Kw = 10-14 （25） Ka 第四張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 HAc + H2O H3O+ + Ac- NH4+ + H2O H3O+ + NH3 HS- + H2O H3O+ + S2-比較下列弱酸弱堿的強弱越大，酸的強度越大,由可知酸的強弱順序為：HAcNH4+HS-。第五張，PPT共四十七頁

3、，創(chuàng)作于2022年6月 Ac- + H2O OH- + HAc NH3 + H2O OH- + NH4+ 稱為堿的解離常數(shù)。 越大，堿的強度越大。一種酸的酸性越強，其 值越大，則其相應(yīng)的共軛堿的堿性越弱，其 值越小。 第六張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月多元弱酸、弱堿在水溶液中是逐級解離的:H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4-H2PO4- + H2O H3O+ + HPO42- HPO42- + H2O H3O+ + PO43-三種酸的強度為：H3PO4 H2PO4- HPO42- 第七張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 可見，在共軛酸堿對中，若酸的酸性越強，則

4、其共軛堿的堿性就越弱；若堿的堿性越強，則其共軛酸的酸性就越弱。酸堿指同一反應(yīng)，編碼順序不一樣Ka1Ka2 Ka3Kb1Kb2 Kb3總結(jié)第八張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月解離常數(shù)的意義：衡量弱電解質(zhì)解離趨勢的大小。判斷同類型的弱酸或弱堿的相對程度 相同溫度下， Ka越大表示酸性越強。 （Ka隨T升高而增大）第九張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 弱電解質(zhì)的電離1、解離平衡常數(shù)和解離度 AB A+ + B- 解離平衡常數(shù) KAB= 解離度%：平衡時弱電解質(zhì)的電離百分率 % = (已解離的分子數(shù)/原分子數(shù)) 100% = (已電離的濃度/初始濃度 ) 100%解離平衡常數(shù)與電離

5、度的關(guān)系？第十張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月稀釋定律表明隨著溶液濃度的降低，解離度增大稀釋定律: HAc H+ + Ac初始濃度 c 0 0平衡濃度 c c c c Ka = (c)2/c (1 ) 當(dāng) 即 500, 近似地： 0.1-x = 0.1 x2/0.1 = Ka1 x = H+ = HS- =1.1 10-4 molL1 由二級平衡: HS- H+ + S2- 平衡濃度: 1.1 10-4 1.1 10-4 y Ka2 = H+S2-/HS- = 7.1 10-15 y = Ka2 = S2- = 7.1 10-15 酸根離子濃度近似等于二級電離常數(shù)K1/K2102可做

6、一元弱酸處理第十九張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)論:多元弱酸中,若K1K2K3,通常K1/K2102,求H+ 時, 可做一元弱酸處理。 二元弱酸中,酸根離子濃度近似等于二級電離常數(shù),與酸原始濃度關(guān)系不大。第二十張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月兩性物質(zhì)的溶液在溶液中，既能給出質(zhì)子，又能接受質(zhì)子。酸式鹽、弱酸弱堿鹽和氨基酸等都是兩性物質(zhì)。結(jié)論：兩性物質(zhì)溶液的PH值與溶液自身的濃度大小無關(guān)。第二十一張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 鹽類的水解： 鹽的離子與溶液中水電離出的H+離子或OH_離子作用產(chǎn)生弱電解質(zhì)的反應(yīng)，稱為鹽的水解。一、一元弱酸或弱堿的水解1、一元弱酸強

7、堿鹽的水解 NaAc Na+ + Ac- （完全電離） + H2O OH- + H+ HAc 第二十二張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月離子方程式為Ac + H2O HAc + OH上述水解反應(yīng)是溶液中水、弱酸電離平衡的總反應(yīng) 即弱酸強堿鹽的水解實際上是陰離子發(fā)生水解，使溶液呈堿性。kwkHAc第二十三張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鹽溶液PH值的計算 Ac_ + H2O HAc + OH_平衡時 cs-x x x x2 Kw Kh = = 一般當(dāng)cs /Kh 500 cs-x Ka 即cs-x cs 結(jié)論：一定溫度下，Ka越小（生成的酸越弱), 鹽的濃度cs越大，溶液的堿性

8、越強。第二十四張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2、一元強酸弱堿鹽的水解 NH4Cl NH4+ + Cl- （完全電離） NH4+ + H2O H+ + NH3 H2O Kh 當(dāng)cs /Kh 5, 同理有 cH+ = (Kw /Kb) cs 第二十五張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 3、一元弱酸弱堿鹽的水解 NH4Ac NH4+ + Ac-（完全電離） NH4+ + OH NH3H2O 1/Kb Ac + H+ HAc 1/Ka+) H2O H+ + OH KWNH4+ +Ac-+H2O NH3H2O +HAc Kh Kh=KW/(Ka Kb)第二十六張，PPT共四十七頁，創(chuàng)

9、作于2022年6月 弱酸弱堿鹽水解趨勢很大。同理我們推導(dǎo)下式可近似計算H+的濃度： cH+ = Kw Ka /Kb鹽類的溶液的酸堿性有下列三種情況： 1）Ka Kb 時，呈酸性； 2）Ka Kb 時，呈堿性； 3）Ka Kb 時，呈中性。結(jié)論：弱酸弱堿鹽水解，僅取決于所生成弱酸和弱堿的相對強弱，而與鹽溶液的濃度無關(guān)。第二十七張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鹽類的水解 小結(jié)難溶不水解，有弱才水解，無弱不水解；誰弱誰水解，越弱越水解，都弱都水解；誰強顯誰性，同強顯中性，弱弱具體定；越弱越水解，越熱越水解，越稀越水解第二十八張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例1、將2.45 g固體

10、NaCN配成500 ml水溶液，計算溶液的pH值？(已知M NaCN =49 HCN的Ka 4.9 10-10)解：NaCN的濃度2.45/49 0.5 = 0.1mol L-1 CN- + H2O HCN + OH-平： 0.1 - x x x Kh=Kw/Ka =2.010-5 =x2/ (0.1 - x ) cs/ Ka500 0.1 - x 0.1 x = OH- = 1.4 10-3 mol /ml pOH = 2.85, pH = 11.15 第二十九張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月我們將在弱電解質(zhì)中加入含有相同離子的易溶的強電解質(zhì)，使弱電解質(zhì)電離度降低的現(xiàn)象稱為同離子效

11、應(yīng) 4、同離子效應(yīng)與鹽效應(yīng) 在平衡 HAc H+ + Ac- 中 加入 NaAc Na + + Ac- NaAc是強電解質(zhì)，在溶液中完全電離，使溶液中Ac-的量大大增加，使平衡向左移動，降低HAc的電離度。第三十張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鹽效應(yīng) 在弱電解質(zhì)溶液中，加入不含有共同離子的強電解質(zhì)溶液，使其電離度稍有增加的現(xiàn)象。 “鹽效應(yīng)” “同離子效應(yīng)”如：把NaCl(s)加入到HAc溶液中 第三十一張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 50mLHAcNaAc c(HAc)=c(NaAc)=0.10molL-1 pH = 4.74 緩沖溶液：具有能保持本身pH值相對穩(wěn)定性能的

12、溶液(也就是不因加入少量強酸或強堿而顯著改變pH值的溶液)。加入1滴(0.05ml) 1molL-1 HCl加入1滴(0.05ml) 1molL-1 NaOH實驗 50ml純水pH = 7 pH = 3 pH = 11 pH = 4.73 pH = 4.75第三十二張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月緩沖溶液按其緩沖范圍一般分為兩大類： 弱酸及其共軛堿HAc-NaAc 、弱堿及其共軛酸NH3-NH4Cl 、 多元弱酸的酸式鹽及次級鹽（NaH2PO4Na2HPO4）組成。 一般緩沖范圍：2pH12 強酸或強堿緩沖溶液強酸或強堿組成。 如：HCl、HNO3、NaOH、KOH 等。 一般緩沖范

13、圍：pH12第三十三張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)論：少量外來酸堿的加入不會影響溶液的pH值，但緩沖溶液的緩沖能力有一定限度。緩沖原理： HAc H+ + Ac- NaAc Na+ + Ac-加入酸，如HCl，H+與Ac-結(jié)合，生成HAc平衡左移， H+變化不大。 Ac- 發(fā)揮了抗酸的作用。加入堿，如NaOH， H+與OH-結(jié)合，生成H2O，平衡右移， H+也變化不大。 HAc 發(fā)揮了抗堿的作用。 緩沖溶液為什么能控制溶液PH值基本不變？ 以HAcNaAc為例：第三十四張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 例：向1L 0.1molL-1HAc -NaAc混合液中分別滴加0.

14、1mL 1molL-1HCl或NaOH溶液，pH改變多少？ 解： 0.1molL-1HAc -NaAc溶液的pH值： 不滴加任何溶液時 HAc H+ + Ac- 0.1 0.1 c HAc cH+ = Ka c Ac- pH = pKa = 4.75=1.7610-5第三十五張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 滴加0.1mL 1molL-1HCl后： HAc H+ + Ac- 0.1+110-4 0.1-110-4 ( 0.1+110-4)/1.0001 cH+ = Ka 0.1-110-4 /1.0001 pH = pKa = 4.75第三十六張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6

15、月結(jié)論：加入少量酸堿pH值不發(fā)生改變 (3) 滴加0.1mL 1molL-1NaOH后： HAc H+ + Ac- 0.1-110-4 0.1+110-4 0.1-110-4 )/1.0001 cH+ = Ka 0.1+110-4 )/1.0001 pH = pKa = 4.7第三十七張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月與同離子效應(yīng)的計算類似緩沖溶液pH值的計算假設(shè)緩沖溶液由一元弱酸HA和相應(yīng)的鹽MA組成一元弱酸及其鹽組成的緩沖溶液一元弱堿及其鹽組成的緩沖溶液1. 緩沖溶液本身的PH值主要取決于弱酸或弱堿的解離常數(shù)K;2. 緩沖溶液控制溶液的PH值主要體現(xiàn)在lg值。3. 緩沖能力主要與其

16、中弱酸或弱堿及其鹽的濃度有關(guān)。第三十八張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 一元弱酸及其鹽組成的緩沖溶液2. 一元弱堿及其鹽組成的緩沖溶液第三十九張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月緩沖能力緩沖容量的大小取決于緩沖體系 共軛酸堿對的濃度及其濃度比值。 當(dāng)緩沖組分濃度的比值為1:1時，緩沖容量最大。 當(dāng)濃度比為1:1時，總濃度越大，緩沖能力越大。 常用的緩沖溶液各組分的濃度一般在0.11.0 mol.L-1之間， 共軛酸堿對比值在1/1010之間。緩沖容量（ ）：使1L或1ml緩沖溶液的pH值改變一個單位所需加入一元強酸或一元強堿的物質(zhì)的量（mol或m mol），稱為該緩沖溶液的

17、緩沖容量。 表征緩沖溶液抵御外來強酸強堿的能力第四十張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月實驗和計算表明，當(dāng)緩沖比在110和101之間時，即溶液的pH值在pKa-1和pKa+1之時， 溶液具有較大的緩沖能力。 各種緩沖溶液只能在一定的范圍內(nèi)發(fā)揮緩沖作用。 pH=pKa1稱為緩沖溶液的緩沖范圍。第四十一張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月常見緩沖溶液的pH范圍緩沖溶液 pKa (pKb) pH值范圍HAc-NaAc 4.75 3.6-5.6NH3.H2O-NH4Cl 4.76 (pKb) 8.3-10.3NaHCO3-Na2CO3 10.33 9.2-11.0KH2PO4-K2HPO4

18、 7.20 5.9-8.0H3BO3-Na2B4O7 9.20 7.2-9.2 控制 pH=pKa 1 或pOH=pKb 1第四十二張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月緩沖溶液的選擇與配制:1、選擇緩沖溶液的原則： 所需控制的PH值應(yīng)在緩沖范圍之內(nèi)。如果緩沖溶液是由弱酸及其共軛堿組成的，則PKa應(yīng)盡量與所需控制的PH值一致。即找出與溶液所需控制的pH值相近的pK值的弱酸或弱堿； 選擇的緩沖液不與反應(yīng)物或生成物發(fā)生反應(yīng)。 緩沖溶液有足夠的緩沖容量。通常緩沖組分的濃度在0.011molL-1第四十三張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 配制 pH = 7 的緩沖溶液時, 選擇最合適的緩沖對是-( )( Ka HAc= 1.810-5 , Kb NH3= 1.810-5 ; H3PO4 : Ka1 = 7.5210-3 , Ka2= 6.2310-8 , Ka3= 4.410-13 ; H2CO3 : Ka1 = 4.3010-7 , Ka2= 5.6110-11) (A) HAc-NaAc (B) NH3-NH4Cl (C) NaH2PO4-Na2HPO4 (D) NaHCO3-Na2CO3 C PH=7.2064.749.6210.25第四十四張，PPT共四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2、緩沖溶液的配制1）在一定量的弱酸或弱堿中加入固體鹽