近似:
C碱-[OH-]≈C碱,C盐+[OH-]≈C盐
则:
Kb=C盐[OH-]/C碱
得汉德森公式:
[OH-]=KbC碱/C盐
类似HA-MA体系的汉德森公式:
[H+]=KaC酸/C盐
计算实例:
见书322页例9-7、9-8。
9-4-4多元酸
1.定义:
多元酸(酸碱电离理论):
在水溶液中电离出一个以上的质子(H+)的酸。
(或多元酸:
含有一个以上可以电离的H+,如H2SO4、H3PO4、H2S、H2CO3、H2SO3)。
2.多元弱酸的电离平衡
(1)电离特点:
A.多元酸在水溶液中分步(级)电离。
298K时H2S的电离:
H2S+H2O=H3O++HS-Ka1=5.7×10-8
HS-+H2O=H3O++S2-Ka2=1.2×10-15
事实:
Ka1>>Ka2。
B.电解质多级电离的规律:
电解质多级电离的电离常数是逐级显著地减小的。
原因:
1、从负离子(HS-)中电离出带正离子(H+)要比从中性分子中电离出正离子(H+)困难;
2、第一级电离出的H+离子对第二级电离有很大的抑制作用(同离子效应)。
(2)多元弱酸的计算:
a、计算[H+]:
H2S=H++HS-
C-[H+][H+]+[S2-][HS-]-[S2-]
HS-=H++S2-
[HS-]-[S2-][H+]+[S2-][S2-]
因为:
Ka1>>Ka2,[S2-]很小。
近似:
[H+]+[S2-]≈[H+]≈[HS-]-[S2-]≈[HS-]
即:
[H+]计算只考虑第一级电离。
当C/Ka1≥500时:
b、计算[S2-]:
第二级电离:
HS-=H++S2-
[HS-][H+][S2-]
Ka2=[H+][S2-]/[HS-]
因为:
[HS-]=[H+]
得:
[S2-]=Ka2
纯多元弱酸第二级电离生成的酸根,其浓度近似等于第二级电离常数。
例9-9P324
c、酸度对多元弱酸电离的影响
合并第一、二级电离:
H2S=2H++S2-
得:
Ka=[H+]2[S2-]/[H2S]
显然:
Ka=Ka1Ka2
通过控制溶液的酸度,可以控制[S2-]:
例见书324页例9-10
3.多元酸(酸碱质子理论)还包括高价金属阳离子。
高价金属阳离子在水中的存在形式:
M(H2O)mn+。
高价金属阳离子与水的反应(水解):
[Al(H2O)6]3++H2O=[Al(H2O)5(OH)]2++H3+OKa1
[Al(OH)(H2O)5]2++H2O=[Al(H2O)4(OH)]++H3+OKa2
[Al(OH)2(H2O)4]2++H2O=[Al(H2O)4(OH)]++H3+OKa3
9-4-5多元碱
多元弱酸根与水的反应(水解)。
CO32-+H2O=HCO3-+OH-
[HCO3-][OH-][H+]Kw
Kb1=—————————=——
[CO32-][H+]Ka2
HCO3-+H2O=H2CO3+OH-
[H2CO3][OH-][H+]Kw
Kb2=————————=——
[HCO3-][H+]Ka1
2.以第一级电离为主(∵Kb1>>Kb2).且[OH-]主要来源于第一步电离。
3.多元弱碱的计算:
例求0.10mol·L-1的Na2CO3溶液的[OH-],已知H2CO3的Ka1=4.2×10-7,Ka2=5.6×10-11
[例9-11]:
P.326
9-4-6酸碱两性物质的电离
质子理论中既可以作为酸,又可以作为碱的物质。
如HCO3-、HS-、H2PO4-、HPO42-等。
HCO3-+H2O=H2CO3+OH-
[H2CO3][OH-]Kw
Kb2=——————=——
[HCO3-]Ka1
Kb2=2.3×10-8
HCO3-=H++CO32-
[HCO3-][H+]
Ka2=——————
[CO32-]
Ka2=5.61×10-11
从Ka和Kb的数值的相对大小判断溶液的酸碱性。
若Ka>Kb则溶液显酸性,反之显碱性。
9-5缓冲溶液
1.实验事实:
向纯水(pH=7.0)中加入少量酸或碱,pH值会发生显著变化
向HAc-NaAc混合液中加入少量酸或碱,溶液的pH值几乎不变。
2.缓冲溶液:
是一种能抵抗少量强酸、强碱和水的稀释而保持体系的pH值基本不变的溶液
3.缓冲原理:
HAc=H++Ac-
NaAc=Na++Ac-
加入酸,如HCl,H+与Ac-结合,生成HAc,[H+]变化不大,溶液的pH值变化不大。
加入碱,如NaOH,HAc与OH-与结合,生成Ac-,[H+]变化不大,溶液PH值变化也不大。
结论:
少量外来酸碱的加入不会影响溶液的pH值,缓冲溶液的缓冲能力有一定限度。
4.缓冲溶液[H+]的计算
弱酸—弱酸强碱盐
[H+]=Ka(C酸/C盐)pH=pKa-lg(C酸/C盐)
弱碱—强酸弱碱盐的缓冲体系:
[OH-]=Kb(C碱/C盐)pOH=pKb-lgC碱/C盐)
5.结论:
缓冲溶液的pH取决于两个因素,即Ka(Kb)及C酸/C盐(C碱/C盐)
适当地稀释缓冲溶液时,由于酸和盐同等程度地减少,pH值基本保持不变。
稀释过度,当弱酸电离度和盐的水解作用发生明显变化时,pH值才发生明显的变化。
6.选择缓冲溶液的步骤:
首先找出与溶液所需控制的pH值相近的pK值的弱酸或弱碱
一般(C酸/C盐)在0.1~10范围内具有缓冲能力,故pH=pKa±1
选择的缓冲液不与反应物或生成物发生反应,配制药用缓冲溶液时还应考虑溶液的毒性。
7.缓冲溶液的应用
许多化学反应要在一定pH范围内进行;人体血液必须维持pH在7.4左右。
9-6酸碱指示剂
酸碱指示剂通常是有机弱酸或有机弱碱。
酸碱指示剂作用原理
在溶液中:
HIn+H2O=In+H3O+
平衡时:
KHIn=[In][H3O+]/[HIn]
共轭酸碱对HIn-In的颜色不同。
酸度可以控制共轭酸碱对的相对浓度。
不同酸度指示剂有不同颜色。
实验证明:
当[In]/[HIn]在10-1/10之间时,
肉眼不能分辨HIn-In的颜色差异。
指示剂的变色域:
[In]/[HIn]在10-1/10之间时的pH范围。
pH=pKHIn±1
讨论:
a、[In]/[HIn]≤1/10时:
pH≤pKHIn-1
肉眼观测到共轭酸的颜色:
酸色。
b、[In]/[HIn]≥10时:
pH≥pKHIn+1
肉眼观测到共轭碱的颜色:
碱色。
c、[In]/[HIn]在10-1/10之间时:
pH=pKHIn±1
肉眼观测到共轭酸、碱混合色:
过渡色。
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