工科基础化学第三章.ppt

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第三章第三章水溶液中的离子平衡水溶液中的离子平衡第一节第一节可溶弱电解质的单相离子平衡可溶弱电解质的单相离子平衡3.1.2水的水的解解离平衡和溶液的离平衡和溶液的pH3.1.4缓冲溶液缓冲溶液3.1.3弱酸、弱碱的解离平衡弱酸、弱碱的解离平衡3.1.1酸碱理论概述酸碱理论概述3.1.1酸碱理论概述酸碱理论概述3.1.1.3酸碱电子理论的基本概念酸碱电子理论的基本概念3.1.1.2酸和碱的相对强弱酸和碱的相对强弱3.1.1.1阿累尼乌斯电离理论和阿累尼乌斯电离理论和酸酸碱质子理论碱质子理论3.1.1.1阿累尼乌斯电离理阿累尼乌斯电离理论和酸碱质子理论论和酸碱质子理论一、一、阿累尼乌斯电离理论阿累尼乌斯电离理论11、定义：

认为，电解质在水溶液中能够电离，、定义：

认为，电解质在水溶液中能够电离，电离时产生的阳离子全部是电离时产生的阳离子全部是H+H+离子的化合物离子的化合物叫酸，电离时生成的阴离子全部是叫酸，电离时生成的阴离子全部是OHOH-离子的离子的化合物叫碱。

化合物叫碱。

22、这一理论的意义和优缺点、这一理论的意义和优缺点

（1）a

（1）a、在化学组成上揭示了酸碱的本质，解释了一、在化学组成上揭示了酸碱的本质，解释了一些实验事实。

些实验事实。

bb、找到了衡量酸、碱、强度的定量标准，因此、找到了衡量酸、碱、强度的定量标准，因此是人类对酸碱认识的一大飞跃。

是人类对酸碱认识的一大飞跃。

（22）此理论只限于在水溶液中，有很大局限性，无法）此理论只限于在水溶液中，有很大局限性，无法解释非水溶液中的酸碱性问题。

解释非水溶液中的酸碱性问题。

如：

液氨如：

液氨2NH2NH33（ll）NHNH44+NH+NH22-显碱性显碱性阿累尼乌斯电离理论无法解释阿累尼乌斯电离理论无法解释1、酸碱质子理论的基本概念酸碱质子理论的基本概念酸：

凡是能释放出质子（酸：

凡是能释放出质子（H+）的任何分子的任何分子或离子。

或离子。

（质子的（质子的给予给予体）体）碱：

凡是能与质子（碱：

凡是能与质子（H+）结合的分子或离结合的分子或离子。

子。

（质子的（质子的接受接受体）体）二、二、酸碱质子理论酸碱质子理论（11）质子理论中的酸碱即可以是分子，也可以是离子）质子理论中的酸碱即可以是分子，也可以是离子如：

酸：

如：

酸：

HH22SOSO44,HSO,HSO44-,NH,NH44+,HPO,HPO442-2-,HCO,HCO33-.碱：

碱：

ClCl-,NH,NH33,SO,SO442-2-,CO,CO332-2-,OH,OH-,HPO,HPO442-2-（22）有的离子即可以是酸，也可以是碱。

称为两性物质）有的离子即可以是酸，也可以是碱。

称为两性物质如：

如：

HSOHSO44-、HSHS-、HH22OO、HPOHPO442-2-、HH22POPO44-等等按按质质子子理理论论，酸酸与与碱碱并并不不是是孤孤立立的的，酸酸给给出出质质子子成成为为碱碱，碱碱接接受受质子成为酸。

质子成为酸。

如：

如：

HH22POPO44-HH+HPO4+HPO42-2-酸酸碱碱注意注意:

称其酸碱，一定要有对应关系。

称其酸碱，一定要有对应关系。

在共轭酸碱对中，酸越强，共轭碱越弱，反之亦然在共轭酸碱对中，酸越强，共轭碱越弱，反之亦然（33）质子理论中没有盐的概念）质子理论中没有盐的概念在电离理论中酸碱反应是生成了盐和水，而质子论的酸在电离理论中酸碱反应是生成了盐和水，而质子论的酸碱反应是质子传递过程，由两种酸、碱通过质子传递生成了另碱反应是质子传递过程，由两种酸、碱通过质子传递生成了另外两种新酸、新碱。

外两种新酸、新碱。

如：

如：

NHNH33+HClNH+HClNH4+4+Cl+Cl-碱碱1酸酸2酸酸1碱碱22、质子理论的优缺点：

、质子理论的优缺点：

（11）优点：

质子理论定义酸碱不受溶液限制，可以）优点：

质子理论定义酸碱不受溶液限制，可以是水溶液，也可以是非水溶液，克服了电离理论的是水溶液，也可以是非水溶液，克服了电离理论的缺点。

而且质子理论还可将电离理论中的电离作用、缺点。

而且质子理论还可将电离理论中的电离作用、中和作用、水解作用等各类离子反应归纳为质子传中和作用、水解作用等各类离子反应归纳为质子传递式酸碱反应，加深了人们对酸碱的认识。

递式酸碱反应，加深了人们对酸碱的认识。

（22）局限性：

质子理论只限于质子的放出和接受，必局限性：

质子理论只限于质子的放出和接受，必须含须含HH+,不能解释不含氢的一类化合物，如不能解释不含氢的一类化合物，如“SOSO22,SO,SO33,BF,BF33”等。

等。

区分效应：

用一个溶剂能把酸或碱的相区分效应：

用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来，称为溶剂的对强弱区分开来，称为溶剂的“区分效应区分效应”。

例如：

例如：

H2O可以区分可以区分HAc，HCN酸性的强弱酸性的强弱。

拉平效应：

溶剂将酸或碱的强度拉平的作拉平效应：

溶剂将酸或碱的强度拉平的作用，称为溶剂的用，称为溶剂的“拉平效应拉平效应”。

酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子的能力的强弱。

接受质子的能力的强弱。

3.1.1.2酸和碱的相对强弱酸和碱的相对强弱HClHAcHCN水对强酸起不到区分作用，水能够同等程水对强酸起不到区分作用，水能够同等程度地将度地将HClO4，HCl，HNO3等强酸的质子全部等强酸的质子全部夺取过来夺取过来。

选取比水的碱性弱的碱，如冰醋酸为溶剂选取比水的碱性弱的碱，如冰醋酸为溶剂对水中的强酸可体现出区分效应。

例如上述强对水中的强酸可体现出区分效应。

例如上述强酸在冰醋酸中酸在冰醋酸中不完全解离不完全解离，酸性强度依次为：

，酸性强度依次为：

HIHClO4HClH2SO4HNO3Lewis酸：

凡是可以接受电子对的分子、酸：

凡是可以接受电子对的分子、离子或原子，如离子或原子，如Fe3+,Fe,Ag+,BF3等。

等。

Lewis碱：

凡是给出电子对的离子或分子，碱：

凡是给出电子对的离子或分子，如如：

X,:

NH3,:

CO,H2O:

等。

等。

Lewis酸与酸与Lewis碱之间碱之间以配位键结合生成酸以配位键结合生成酸碱加合物。

碱加合物。

3.1.1.3酸碱电子理论酸碱电子理论BF3+FCu2+4NH3优缺点优缺点优优点点：

由由于于电电子子理理论论中中酸酸碱碱反反应应生生成成了了酸酸碱碱配配合合物物，因因此此有有配配位位键键存存在在的的化化合合物物即即是是酸酸碱碱配配合合物物，所所以以一一切切盐盐类类，金金属属氧氧化化物物及及其其它它大大多多数数无无机机化化合合物、有机化合物都是酸碱配合物，应用非常广泛。

物、有机化合物都是酸碱配合物，应用非常广泛。

缺缺点点：

由由于于包包括括范范围围过过于于广广泛泛，从从而而不不易易掌掌握握酸酸碱碱的的本本质质特特征征，而而且且没没有有一一个个衡衡量量酸酸碱碱强强弱弱的的标标准准，不能定量计算。

不能定量计算。

小结：

小结：

三三个个理理论论不不要要做做比比较较，包包含含各各个个理理论论解解决决的范围不同。

的范围不同。

水水溶溶液液中中用用电电离离理理论论较较方方便便，在在非非水水溶溶剂剂中中成成气气态态反反应应中中，质质子子理理论论应应用用较较广广，而电子理论主要应用于配位化学上。

而电子理论主要应用于配位化学上。

3.1.2水的水的解解离平衡和离平衡和溶液的溶液的pH二、二、溶液的溶液的pH一、一、水的解离平衡水的解离平衡一、一、水的解离平衡水的解离平衡H2O（l）+H2O（l）H3O+（aq）+OH（aq）或或H2O（l）H+（aq）+OH（aq）25纯水：

纯水：

c（H+）=c（OH）=1.010-7molL-1cc）OH（）OH（3-+=ccKw水的离子积常数，简称水的离子积。

水的离子积常数，简称水的离子积。

Kw=1.010-14KwT，Kw100纯水：

纯水：

=10-12Kw二、二、溶液的溶液的pH酸性酸性HH+OHOH-;碱性碱性HH+OH1010-7-7HH+1010-7-7HH+=10=10-7-7溶液中溶液中氢离子离子浓度的度的负对数叫数叫pHpH值pH=-pH=-lgHlgH+p0H=-p0H=-lgOHlgOH-lgH+（-lgOH-）=-lg1.010-14pH+pOH=14pH值的测定值的测定:

（1）酸度计酸度计

（2）pH试纸试纸3.1.3弱酸、弱碱的解离平衡弱酸、弱碱的解离平衡二、二、多元弱酸的解离平衡多元弱酸的解离平衡一、一、一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸、弱碱的解离平衡1.一元弱酸的解离平衡一元弱酸的解离平衡一、一、一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸、弱碱的解离平衡HA（aq）+H2O（l）H3O+（aq）+A（aq）=（）HAKa越大，酸性越强。

Ka初始浓度初始浓度/molL-10.1000平衡浓度平衡浓度/molL-10.10xxxHAc（aq）+H2O（l）H3O+（aq）+Ac（aq）例：

计算例：

计算25时，时，0.10molL-1HAc溶液中的溶液中的H3O+,Ac,HAc,OH浓度及溶液的浓度及溶液的pH。

解：

解：

x10.0x2-=1.810-5当当c/Ka500时，误差可达时，误差可达5%以以下，可近似计算。

下，可近似计算。

0.10-X0.1010.0x21.810-5解离度解离度（a）c（H3O+）=c（Ac）=1.3103molL-1c（HAc）=（0.10-1.3103）molL-10.10molL-1c（OH）=7.71012molL-1=c（H3O+）c（OH）KW与与的关系：

的关系：

HA（aq）H+（aq）+A（aq）平衡浓度平衡浓度/molL-1cccc初始浓度初始浓度/molL-1c00Ka2.一元弱碱的解离平衡一元弱碱的解离平衡NHNH33HH22ONHONH44+OH+OH-例：

已知例：

已知25时，时，0.200molL-1氨水的解离度为氨水的解离度为0.95%，求，求c（OH）,pH和氨的解离常数。

和氨的解离常数。

越大,碱性越强。

Kb3109.1%95.0200.0）OH（-=cmolL-1molL-1c0/molL-10.200005108.1-=327.11）109.1lg（14pOH14pH-=-=-=解：

解：

ceq/molL-10.200（10.95%）0.2000.95%0.2000.95%由此可知：

由此可知：

KKaa、KKbb互成反比，如果酸越互成反比，如果酸越强强，它的，它的共共轭碱就越弱，反之，酸越弱，其共碱就越弱，反之，酸越弱，其共轭碱就越碱就越强强。

小小结：

（1）

（1）KKaa、KKbb同同样是一种化学平衡常数，它符合是一种化学平衡常数，它符合化学平衡的基本化学平衡的基本规律。

律。

（2）Ka

（2）Ka、KbKb值越大，越大，说明其酸（碱）明其酸（碱）强强度越大。

度越大。

（3）Ka（3）Ka、KbKb与与浓度无关，只随温度度无关，只随温度变化。

化。

3.Ka、Kb二者的关系二者的关系二、二、多元弱酸的解离平衡多元弱酸的解离平衡结论：

结论：

多元弱酸的解离是分步进行的，一般多元弱酸的解离是分步进行的，一般。

溶液中的。

溶液中的H+主要来主要来自于弱酸的第一步解离，计算自于弱酸的第一步解离，计算c（H+）或或pH时可时可只考虑第一步解离。

只考虑第一步解离。

对于二元弱酸对于二元弱酸，当，当时，时，c（酸根离子酸根离子），而与弱酸的初始浓度，而与弱酸的初始浓度无关。

无关。

共轭酸碱对的共轭酸碱对的KKaaKKbb=Kw3.1.4缓冲溶液缓冲溶液3.1.4.4缓冲范围和缓冲能力缓冲范围和缓冲能力3.1.4.3缓冲溶液缓冲溶液pH的计算的计算3.1.4.2缓冲溶液缓冲溶液3.1.4.1同离子效应同离子效应同离子效应同离子效应：

在弱电解质溶液中，加入与其：

在弱电