高二化學(xué)酸堿平衡

高二化學(xué)課件酸堿平衡第一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日（一）酸堿的定義電離理論電子理論質(zhì)子理論酸——能電離出H+的物質(zhì)堿——電離出OH-的物質(zhì)酸——凡能接受電子的物質(zhì)堿——凡能給出電子的物質(zhì)酸——凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)堿——凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)一、酸堿質(zhì)子理論第二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日例：以下哪些物種是酸堿質(zhì)子理論的酸，哪些是堿，哪些具有酸堿兩性？請(qǐng)分別寫(xiě)出它們的共軛堿和酸。

SO42-,S2-,H2PO4-,NH3,HSO4-,[Al(H2O)5OH]2+,CO32-,NH4+,H2S,H2O,OH-,H3O+,HS-,HPO42-第三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日酸堿質(zhì)子理論酸——溶液中凡能給出質(zhì)子的物質(zhì)堿——溶液中凡能接受質(zhì)子的物質(zhì)例子特點(diǎn)：1）具有共軛性

2）具有相對(duì)性

3）具有廣泛性A－+H+HA如：HCO3－既為酸，也為堿（兩性）如：H2O中性分子，既可為酸，也可為堿如：繼續(xù)第四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日舉例返回共軛酸共軛堿+H+

conjugateacid

conjugatebaseproton第五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日（二）質(zhì)子酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)酸堿半反應(yīng):酸給出質(zhì)子或堿接受質(zhì)子的反應(yīng)

醋酸在水中的離解：半反應(yīng)1HAc（酸1）Ac-（堿1）+H+半反應(yīng)2H++H2O（堿2）

H3O+（酸2）HAc（酸1）+H2O（堿2）

H3O+（酸2）

+Ac-（堿1）

氨在水中的離解：半反應(yīng)1NH3（堿1）+H+

NH4+（酸1）

半反應(yīng)2H2O（酸2）OH-（堿2）+H+

NH3（堿1）+H2O（酸2）

OH-（堿2）

+NH4+（酸1）

共軛酸堿對(duì)共軛酸堿對(duì)第六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)——質(zhì)子的轉(zhuǎn)移（或得失）酸的離解：堿的離解：水的自遞：中和反應(yīng)：H+H+H+H+H+H+H+半徑小，電荷密度高，不能單獨(dú)存在或只能瞬間存在水的質(zhì)子自遞常數(shù)KW=c（H+）c（OH-）=10-14（25℃）即pKW=14（25℃）第七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日小結(jié)!!!

酸堿半反應(yīng)不可能單獨(dú)發(fā)生酸堿反應(yīng)是兩對(duì)共軛酸堿對(duì)共同作用的結(jié)果酸堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是質(zhì)子的轉(zhuǎn)移

質(zhì)子的轉(zhuǎn)移是通過(guò)溶劑合質(zhì)子來(lái)實(shí)現(xiàn)的第八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日（三）水溶液的酸堿反應(yīng)及其平衡常數(shù)1．水溶液中質(zhì)子自遞反應(yīng)*非水溶液中

H2O+H2OH3O++OH–

SH+SHSH2++S-

溶劑合質(zhì)子溶劑陰離子水的離子積第九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日酸的離解：堿的離解：AciddissociationBasedissociation水的自遞：對(duì)共軛酸堿對(duì)HA—A-2、酸堿解離平衡及酸堿的強(qiáng)度第十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日討論：Ka↑，給質(zhì)子能力↑強(qiáng)，酸的強(qiáng)度↑

Kb↑，得質(zhì)子能力↑強(qiáng)，堿的強(qiáng)度↑

共軛酸堿對(duì)HA和A-有如下關(guān)系第十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日多元酸堿的解離反應(yīng)pKb1+pKa3=14.00pKb2+pKa2=14.00pKb3+pKa1=14.00H3PO4

H2PO4-HPO42-PO43-Kb2Kb1Kb3Ka1Ka2Ka3Kbi=KwKa(n-i+1)第十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日例1：計(jì)算HS-的pKb值。已知pKa1=7.02pKb2=pKw

－pKa1=14.00－7.02=6.98解：HS-

+H20H2S+OH-第十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)例2：已知H3PO4水溶液的Ka1θ=7.6×10－3，Ka2θ=6.3×10－8，計(jì)算PO43-的Kb3θ和Kb2θ。pKb3=pKw

－pKa1=14.00－2.12=11.88pKb2=pKw

－pKa2=14.00－7.20=6.80解：第十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日1.分析濃度與平衡濃度分析濃度(Analyticalconcentration)：一定體積溶液中含某種物質(zhì)的量，包括已離解和未離解兩部分,也稱(chēng)總濃度。平衡濃度（Equilibriumconcentration）：溶解到平衡時(shí)溶液中存在的各組分的物質(zhì)的量濃度。2.酸（堿）的濃度與酸度（堿度）酸的濃度指單位體積溶液中所含某種酸的物質(zhì)的量（mol），包括未解離的和已解離的酸的濃度。酸度是指溶液中H+的濃度或活度，常用pH表示。二、 酸堿平衡體系中各組分濃度的計(jì)算第十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日各型體的的平衡濃度在總濃度中占有的分?jǐn)?shù)叫做那個(gè)型體的分布系數(shù)(distribution

coefficient，符號(hào)為δ)，顯然系統(tǒng)中各型體分配系數(shù)之和應(yīng)為1：δ(HAc)+δ(Ac-)=13.分布系數(shù)δ（Distributioncoefficient)（1）一元酸溶液如HAc：HAc，Ac-第十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日δHA＋δA-＝1分布分?jǐn)?shù)的一些特征δ

僅是pH和pKa的函數(shù)，與酸的分析濃度c無(wú)關(guān)對(duì)于給定弱酸，

δ

僅與pH有關(guān)[H+]=[H+]

+Ka

δHA[H+]

+Ka

Ka

=δA-

第十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日例3計(jì)算pH=5.0時(shí),HAc和Ac-的分布分?jǐn)?shù)解:第十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日（2）二元酸溶液如草酸：H2C2O4，第十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日（3）多元酸溶液例如磷酸：第二十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日例4計(jì)算pH＝4.5時(shí)，0.10mol·L-1草酸溶液中C2O42濃度。Ka1=5.9×10-2，Ka2=6.4×10-5解:第二十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日例5計(jì)算pH=5.0時(shí)0.1mol·L-1草酸溶液中C2O42-的濃度。已知草酸的Ka1=5.60×10-2，Ka2=5.42×10-5。

解：返回第二十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日化學(xué)平衡中，每一給定的分析濃度等于各存在型體平衡濃度之和溶液呈電中性，荷正電的質(zhì)點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于荷負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)數(shù)酸堿反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)酸失去的質(zhì)子數(shù)等于堿得到的質(zhì)子數(shù)物料平衡式（質(zhì)量平衡式）MBE電荷平衡式

CBE質(zhì)子平衡式（質(zhì)子條件式）PBE（一）三大守恒三、水溶液中酸堿平衡的處理方法第二十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日MBE練習(xí)例6：cmol/mL的HAC的物料平衡式

c=c(HAC)+c(AC-)例：cmol/mL的H3PO4的物料平衡式

c=c(H3PO4)+c(H2PO4-)+c(HPO42-)+c(PO43-)例：cmol/mL的Na2HPO4的物料平衡式

c(Na+)=2c

c=c(H3PO4)+c(H2PO4-)+c(HPO42-)+c(PO43-)例：cmol/mL的NaHCO3的物料平衡式

c(Na+)=c

c=c(H2CO3)+c(HCO3-)+c(CO32-)第二十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日CBE練習(xí)例：cmol/mL的HAC的電荷平衡式

c(H+)=c(AC-)+c(OH-)例：cmol/mL的H3PO4的電荷平衡式

c(H+)=c(H2PO4-)+2c(HPO42-)+3c(PO43-)+c(OH-)例：cmol/mL的Na2HPO4的電荷平衡式c(Na+)+c(H+)=c(H2PO4-)+2c(HPO42-)+3c(PO43-)+c(OH-)例：cmol/mL的NaCN的電荷平衡式

c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(OH-)第二十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日關(guān)于PBE1．零水準(zhǔn)法（質(zhì)子參考水準(zhǔn)）零水準(zhǔn)物質(zhì)的選擇

a．溶液中大量存在的

b．參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)子條件式書(shū)寫(xiě)方法

等式左邊——得質(zhì)子后產(chǎn)物等式右邊——失質(zhì)子后產(chǎn)物

根據(jù)質(zhì)子得失相等原則列出質(zhì)子條件式第二十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日續(xù)PBE例7：cmol/mL的NH4H2PO4的質(zhì)子條件式

零水準(zhǔn)——NH4+，H2PO4-，H2O

c(H3PO4)+c(H+)=c(NH3)+c(HPO42-)+2c(PO43-)+c(OH-)例8：cmol/ml的Na2HPO4的質(zhì)子條件式

零水準(zhǔn)——HPO42-，H2O

c(H2PO4-)+2c(H3PO4)+c(H+)=c(PO43-)+c(OH-)第二十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日續(xù)PBE2．依據(jù)物料平衡和電荷平衡寫(xiě)質(zhì)子條件式例9：cmol/mL的NaCN的質(zhì)子條件式

物料平衡式：c(Na+)=c

c=c(HCN)+c(CN

-)（1）電荷平衡式：c(Na+)+c(H+)=c(CN-)+c(OH-)（2）將（1）式帶入（2）式質(zhì)子條件式c(H+)+c(HCN)=c(OH-)第二十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日

例寫(xiě)出NaNH4HPO4溶液的PBE。

得質(zhì)子基準(zhǔn)態(tài)失質(zhì)子PBE：

[H+]+[HS-]+2[H2S]=[OH-]Na2S第二十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日（二）酸堿溶液pH值的計(jì)算強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液pH值的計(jì)算弱酸弱堿溶液pH值的計(jì)算第三十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日強(qiáng)酸按一般慣例將強(qiáng)酸定義為解離常數(shù)大于10的酸。強(qiáng)堿的定義與強(qiáng)酸類(lèi)似。1、強(qiáng)酸（堿）溶液第三十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日強(qiáng)酸溶液的pH值可從提供質(zhì)子的兩個(gè)來(lái)源考慮：酸的解離和水的解離。H2O

+HA+第三十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日（1）若ca>10-6mol·L-1時(shí)，可忽略水的解離。因水所提供的[H+]必定小于10-8mol/l,即（2）若10-8mol·L-1<ca

<10-6mol·L-1時(shí)，兩項(xiàng)不可忽略，需解一元二次方程。（3）若ca<10-8mol·L-1時(shí)，pH≈7，這時(shí)H+主要來(lái)自水解離。[OH-]=CB+[H+]CB強(qiáng)堿的濃度

第三十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日例10.計(jì)算下列溶液的pH值：(1)0.025mol/lHCl(2)7.0×10-4mol/lNaOH(3)1.0×10-7mol/lNaOH(4)10-12mol/lHNO3解：(1)HCl為強(qiáng)酸，且cA=c(HCl)>10-6mol/l,所以

[H+]=0.025mol/lpH=(2)NaOH為強(qiáng)堿，且cA=c(NaOH)>10-6mol/l，所以

[OH-]=7.0×10-4mol/lpOH=3.15pH=14.00-3.15=10.85(3)因10-8mol/l<cB<10-6mol/l,需用精確式

[OH-]2–1.0×10-7[OH-]–10-14=0[OH-]=

mol/l=1.62×10-7mol/l pOH=6.79pH=7.21(4)由酸提供的H+

可忽略不記，故pH=7。

返回第三十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日2.一元弱酸（堿）水溶液：弱酸：HA分析濃度：c①質(zhì)子條件式：

c(H+)=c(OH-)+c(A-)②轉(zhuǎn)換成c(H+)和零水準(zhǔn)物質(zhì)(HA)的平衡濃度第三十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日③轉(zhuǎn)換成一元弱酸的分析濃度:④近似處理:忽略水的解離c(HA)=c–c(A-)≈c–c(H+)第三十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日忽略酸的解離，c(HA)=c–c(A-)≈c一元弱堿溶液：第三十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日Kaca>20Kw，ca/Ka<400水的解離忽略，酸的解離對(duì)其分析濃度的影響不能忽略(2)ca/Ka

>400:Kaca<20Kw酸極弱，且濃度極小，水的解離是溶液中H+的重要來(lái)源不能忽略，但由于酸極弱，因此酸解離對(duì)分析濃度的影響忽略(3)Kaca>

20Kw,ca/Ka

>400:水的解離忽略，酸的解離對(duì)其分析濃度的影響忽略[H+]＝Ka[HA]+Kw精確表達(dá)式：[H+]＝Ka(ca-[H+])[H+]＝Kaca+Kw(最簡(jiǎn)式)[H+]＝Kaca第三十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日例11計(jì)算0.20mol·L-1Cl2CHCOOH的pH.(pKa=1.26)如不考慮酸的離解(用最簡(jiǎn)式:pH=0.98),則Er=29%解:

Kac=10-1.26×0.20=10-1.96>>20Kwc/Ka

=0.20/10-1.26=100.56

＜500故近似式:解一元二次方程:[H+]=10-1.09則pH=1.09[H+]＝Ka(ca-[H+])第三十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日處理方式與一元弱酸類(lèi)似用Kb代替Ka，[OH-]代替[H+]一元弱酸的公式可直接用于一元弱堿的計(jì)算直接求出：[OH-],再求[H+]

pH=14-pOH第四十頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日質(zhì)子條件式:[OH-]=[H+]+[HB]

代入平衡關(guān)系式[B-]Kb[OH-][OH-][OH-]Kw=+精確表達(dá)式:[OH-]

=Kb[B-]

+

Kw(1)Kbc>20Kw:(2)c/Kb

>400:(3)Kbc>20Kw,c/Kb

>400:[OH-]=Kb(cb-[OH-])[OH-]=Kbcb+Kw[H+]=KaKwcb[OH-]=Kbcb最簡(jiǎn)式:第四十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日例12：計(jì)算下列溶液的pH.(1)0.05mol/LHCl(2)0.01mol/LHCN(Ka=6.2×10-10)(3)0.10mol/LNH4+(Kb=1.77×10-5)解（1）[H+]=c0=0.05mol/LpH=-lg[H+]=-lg0.05=1.30(2)c/Ka=0.01/6.2×10-10=1.6×107>>400pH=-lg[H+]=5.60(3)Ka=Kw/1.77×10-5=5.65×10-10且c/Ka>>400pH=-lg[H+]=5.12第四十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日例13：298K時(shí)，HAc的電離常數(shù)為1.76×10-5。計(jì)算0.10mol·L-1HAc溶液的H+離子濃度和解離度。電離前濃度/mol·L-10.1000電離后濃度/mol·L-10.10-[H+][H+][Ac-]=[H+]Ka=——

[H+]2[HAc][H+]=Ka×(0.10-[H+])因?yàn)镵a很小,0.10-[H+]≈0.10

[H+]=1.76×10-5×0.10=1.33×10-3mol·L-1α=——×100%=————=×100%=1.33%[H+]CHAc1.33×10-30.1解：

HAcH++Ac-

第四十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日例14：計(jì)算0.10mol/LKCN溶液(Ka=4.93×10-10)溶液的pH.解

Kb=Kw/4.93×10-10=2.01×10-5且c/Kb>>400

pOH=-lg[OH-]=2.85，pH=11.15第四十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，2022年，8月28日c0 0.200 0 05108.1-×=327.11)109.1lg(14pOH14pH-=×--=-=3109.1%95.0200.0)OH(--×=×=c例15：