水溶液中的化學反應和水體保護

1、第五章 水溶液中的化學反應和水體保護*15、1 弱酸弱堿溶液5、2 沉淀溶解反應和配位反應5、3 相平衡和非水溶液中的化學反應5、4 水質與水體保護5、4 水質與水體保護*25、1 弱酸弱堿溶液及其應用一、酸堿理論二、酸堿的解離常數三、同離子效應和緩沖溶液四、PH 的測定*3一、酸堿理論：1. 酸和堿的概念解離時所生成的正離子全部都是H+的化合物叫做酸；解離時所生成的負離子全部都是OH-的化合物叫做堿。 例：HCl、HNO3、HAc、HF 都是酸。 NaOH、KOH、Ca(OH)2 都是堿。優(yōu)點：直觀、易懂。缺點：有局限性。例HCl 在苯中不電離，但它是酸。 長期把 NH3H2O 寫成 NH4

2、OH 。電離理論：*4酸堿質子理論（質子傳遞理論） 凡能給出質子的物質（分子或離子）都是酸； 凡能接受質子的物質（分子或離子）都是堿。酸是質子的給予體，堿是質子的受予體。 例： HCl (aq) Cl- (aq) + H+ (aq) HAc (aq) Ac- (aq) + H+ (aq) NH4+ (aq) NH3 (aq) + H+ (aq) H2PO4- (aq) HPO42- (aq) + H+ (aq) HCO3- (aq) CO32- (aq) + H+ (aq) 酸 堿 + H+ *5對質子理論的幾點討論： 酸堿成共軛關系。酸 = 堿 + 質子， 強酸對應弱堿，弱酸對應強堿。 酸堿

3、可以是分子，也可以是離子或離子團。 質子理論把電離、中和、水解都歸結為酸堿反應。 電離： HAc + H2O = H3O+ + Ac-中和： HAc + NH3 = NH4+ + Ac- 水解：Ac- + H2O = HAc + OH- HS-、H2O、H2PO4- 、HPO42-、HCO3-是兩性物質。*6外加題根據酸堿質子理論 , CO32-是 _ , 其共軛_是_; H2PO4-是 _, 它的共軛酸是 _ , 共軛堿是 _ ,堿酸HCO3-兩性物質H3PO4HPO42-*7二、酸堿的解離常數： 除少數強酸強堿外，大多數酸和堿溶液中存在著解離平衡，其平衡常數 K 叫做解離常數。Ka _ 酸

4、的解離常數；Kb _ 堿的解離常數 NH3(aq) + H2O(l) = + f G(298) - 26.57 - 237.18 - 79.37 - 157.29G(298) = 27.09 kJ/mol解離常數：*8 HAc(aq) + H2O(l) = H3O+ (aq) + Ac- (aq) （1） 一元弱酸 pH 的關計算: (以HAc為例)可簡寫為*9 HAc(aq) + H2O(l) = H3O+ (aq) + Ac- (aq) 始: C0 0 0平衡: C0 X X X當 K KSP 有沉淀析出。= KSP 飽和溶液。 H0(298) /S0 (298) =P146：5*81外加

5、例題:根據反應 Zn + CdSO4( 0.50mol/L) = ZnSO4( 1.0mol/L) + Cd寫出原電池符號。 (2) 計算原電池的電動勢。(3) 計算電池反應的G 。 (4) 計算反應的平衡常數。查表: 正極 負極 解(1)() ZnZnSO4 ( 1.0mol/L)CdSO4( 0.50mol/L)Cd (+) (2)*82(3)G = nFE = 2 96485 0.3513 10-3 = 67.8 kJ/mol(4)K0 =1.5 1012*83P175 4. 在pH5時，比較0.01 mol.L-l的KMnO4， 100kPa的Cl2和0.01mol.L-1的K2Cr2

6、O7的氧 化性強弱. 假定反應時C(Mn2+)C(Cr3+)C(Cl)1.0 mol.L-l。 分析：電極電勢數值越大，其氧化態(tài)的氧化性越強。*84*85*86Cl2 2e2Cl*87E1E3E2結論E2E1E3由此可見，在當前條件下： Cl2氧化性最強， Cr2O72最弱。*88P175：66. 將銀棒插入AgNO3溶液中，將鉑片插入含有FeSO4和 Fe2（SO4）3 的溶液中，并用鹽橋連接，組成原電 池： 分別寫出電池的符號表示式，兩極反應式和總反應式，并計算出它們的電動勢。*89查表可以知道： Ag+/Ag作正極； Fe3+/ Fe2+作負極。其原電池結構為：電池符號：() PtFe3

7、+， Fe2+ （1.0 mol/L ）Ag+（1.0 mol/L ）Ag（+） Fe3+， Fe2+Ag+PtAg電流計2e2e*90半電極反應：總反應： Fe2+ + Ag+ Fe3+ + Ag負極： Fe2+ e Fe3+正極： Ag+ + e Ag*91 Fe3+/ Fe2+作正極； Ag+/Ag作負極。*92其原電池結構為：電池符號：() Ag Ag+ （0.01 mol/L ）Fe3+，Fe2+ （1.0 mol/L ）Pt （+） Ag+Fe2+，Fe3+AgPt電流計2e2e*93半電極反應：總反應： Fe3+ + Ag Fe2+ + Ag+正極：Fe3+ + e Fe2+ 負

8、極：Ag e Ag+*946（1）計算含有0.100 mol.dm-3 HAc 與0.100 mol.dm-3 NaAc 的緩沖溶液中H+的濃度， pH值和HAc 的 Ka= 1.7610-5（2）若往100 cm3上述緩沖溶液中加入1.00 cm31.00 mol.dm-3HCl溶液后，則溶液的pH值變?yōu)槎嗌?？pH = lgc(H+) = 4.75解 ：（1）*95（2） 緩沖溶液中HCl的濃度： HAc(aq) + H2O(l) = H3O+ (aq) + Ac- (aq) 平衡: 0.100 + 0.0100 0.100 0.0100 = 0.110 = 0.090pH改變0.09*96

9、7（1）在0.20 mol/L的氨水溶液中，溶入NH4Cl晶體。 使NH4+ 濃度達到0.20 mol/L，求其pH值。 （2）若往1000 cm3此溶液中加入10 cm30.10mol.L-1 NaOH溶液，計算溶液的pH值。查表知：NH3.H2O的 PKb=4.75PKa=144.759.25*97 加入NaOH后的緩沖溶液中 *984. 廢水中含Cr3+的濃度為0.01 molL-1，加NaOH溶液 使其生成Cr(OH)3沉淀，計算開始生成沉淀時，溶液 的最低OH濃度應為多少(以molL-1表示)? 若Cr3+濃度小于4mgL-1可以排放，此時溶液的pH值 最小應為多少? 開始生成沉淀：根據：Ksp CCr3+ (COH)3 0.01 (COH)3 6.31031 COH 3.981010（mol.L1）Ksp 6.31031 MCr3+51.996 *99 若Cr3+濃度小于4mgL-1可以排放，此時溶液的pH值最小應為：CCr3+410351.996 7.6910-5 （mol.L1）根據：Ksp CCr3+ (COH)3 7.6910-5 (COH)3 6.31031 COH 2.0109（mol.L1）pOH = 8.70 pH = 5.30*1009. 試通過計算，說明: (1) 在100 mL濃度為0.15