无机化学酸碱-酸碱反应重点精华总结.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,5,章,酸、碱和,酸碱反应,了解酸碱概念的变迁；,本章教学要求,2.理解布朗斯特酸碱理论的意义和要点；,3.了解路易斯酸碱定义及相关概念。,5.1,布朗斯特酸碱,The Br,f,nsted-Lowry acid-base,model,5.2,路易斯酸碱,The Lewis acid-base model,发展历程：,酸碱的早期定义：,酸：,有酸味，能使蓝色石蕊变红,碱：,有涩味，使红色石蕊变蓝,Arrhenius,酸碱电离理论（1887）,Brnsted,-Lowry,酸碱质子理论（1923）,Lewis,酸碱电子理论（1923）,Pearson,软硬酸碱理论（1963）,酸指在水中电离出的阳离子全部为H,+,的化合物。,碱指在水中电离出的阴离子全部为OH,-,的化合物。,H,2,SO,4,=HSO,4,+H,+,NaOH=Na,+,+OH,-,中和反应的实质 H,+,+OH,-,=H,2,O,Svante August Arrhenius,瑞典化学家,5.1.1,定义,酸,:凡是能,给出,质子(H,+,)的分子或离子,如:HCl,NH,4,+,H,2,PO,4,（质子的给予体）,碱,:凡是能,接受,质子(H,+,)的分子或离子,如:NH,3,HPO,4,2,CO,3,2,（质子的接受体）,酸碱反应指质子由给予体向接受体的转移过程,由于该定义不涉及发生质子转移的环境，故而在气相和任何溶剂中均通用。,HCl(g)+NH,3,(g)NH,4,Cl(g),气相中,溶剂中,HF(aq)+NH,3,(aq)+F,(aq),H,2,O(l)+NH,3,(aq)OH,(aq)+,H,2,S(aq)+H,2,O,(l)H,3,O,+,(aq)+HS,-,(aq),水是两性,5.1.2,共轭酸碱对,(1)半反应(,Half reaction,)的概念,它的一个半反应是作为酸的H,2,O分子给出质子生成它的,共轭碱(,Conjugate base,)OH,:,H,2,O H,+,+OH,另一个半反应是作为碱的NH,3,分子接受质子生成它的,共轭酸(,Conjugate acid,):,NH,3,+,H,+,NH,4,+,共轭酸碱对,两性物质,酸碱半反应,分子酸,离子酸,共轭酸碱对：,酸,给出质子后余下的那部分就,是它的,共轭碱,碱,接受质子后就成为它的,共轭酸,注意：,质子理论中,无盐的概念,，电离理论中的盐，在质子理论中都是离子酸或离子碱，如 NH,4,Cl 中的 是离子酸，Cl,是离子碱.,例：HAc的共轭碱是Ac,，,Ac,的共轭酸HAc，,HAc和Ac,为共轭酸碱对。,任何布朗斯特酸碱反应都涉及两个共轭酸碱对。,一种物质是酸是碱,取决于它参与的反应；既可为酸又可为碱的物质叫,两性物质(,Amphoteric substance,),。,(2)酸碱概念的相对性,醋酸为碱,：,醋酸为酸,：,CH,3,COOH+H,2,SO,4,CH,3,COOH,2,+HSO,4,CH,3,COOH+H,2,O,H,3,O,+CH,3,COO,H,2,SO,4,为碱：,H,2,SO,4,为酸：,H,2,SO,4,+HClO,4,H,3,SO,4,+ClO,4,H,2,SO,4,+HNO,3,H,2,NO,3,+HSO,4,（硝化反应）,酸碱的,酸和碱的强度是指酸给出质,强度：,子的能力和碱接受质子的能,力的强弱。,有酸才有碱，有碱才有酸,酸中有碱，碱可变酸,（酸碱相互依存和转化）,对质子论的评价,质子论,扩大了酸碱反应范围,，既适用于水溶,液，也适用于非水溶液和无溶剂体系，是解,离理论的发展。,质子论,局限性是只限于质子酸,。,解,离,论,质,子,论,酸碱质子理论,两个共轭酸碱对之间的质子传递,(3)酸碱反应的实质,共轭酸碱对的半反应不能单独存在，完整的反应应写成：,酸(1)碱(2)酸(2)碱(1),(4)酸碱的强度：,容易给出质子的酸是,强酸,，反之为,弱酸,。,酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。,例如：,酸性：,HCl,HAc,；,碱性：,Cl,-,Ac,-,。,反应总是由,相对较强的酸和碱,向生成,相对较弱的酸和碱,的方向进行。,例如：,反应,对,同一种酸,在,不同的溶剂中,由于溶剂接受质子能力不同而,显示出不同的酸性,。,例如：,HAc在水中表现为弱酸，而在液氨中表现为强酸。,(4)酸碱反应的类型,酸和碱的解离反应,HCl,酸,(1),H,2,O,碱,(2),酸,(2),碱,(1),酸和碱的中和反应,H,+,H,+,H,+,盐的水解,H,+,H,+,H,+,非水溶液中的酸碱反应，例如NH,4,Cl的生成,H,+,液氨中的酸碱中和反应：,H,+,1、根据酸碱质子理论,写出下列分子或离子的共轭酸的化学式:,SO,4,2-,、S,2-,、H,2,PO,4,-,、HSO,4,-,、NH,3,2、写出下列各分子或离子的共轭碱的化学式：,NH,4,+,、H,2,S、H,2,SO,4,、H,2,PO,4,-,、HSO,4,-,HSO,4,-,、HS,-,、H,3,PO,4,、H,2,SO,4,、NH,4,+,NH,3,、HS,-,、HSO,4,-,、HPO,4,2-,、SO,4,2-,3据布朗斯特酸碱理论，下列各组酸碱对中，属于共轭酸碱对的是 （）,AH,2,CO,3,-CO,3,2-,BH,3,O,+,-OH,-,CHPO,4,2-,-PO,4,3-,DH,2,Ac,+,-Ac,-,4根据布朗斯特酸碱理论，下列各组酸碱对中，不属于共轭酸碱对的是 （）,AHAc-Ac,-,BNH,3,-NH,2,-,CHNO,3,-NO,3,-,DH,2,SO,4,-SO,4,2-,5.,按酸碱质子理论考虑，在水溶液中既可作酸亦可作碱的物质是,(),A,、,Cl,-,B,、,NH,4,+,C,、,HCO,3,-,D,、,H,3,O,+,3.C 4.D 5.C,6.NH,4,+,的共轭碱是_，Fe(OH)(H,2,O),5,2+,的共轭酸是_。,6.NH,3,，Fe(H,2,O),6,3+,7.根据布朗斯特酸碱理论，H,2,PO,4,-,是,的共轭酸，是,的共轭碱。,7.HPO,4,2-,、H,3,PO,4,1.水的质子自递反应和溶液的酸碱性,水合氢离子,水的质子自递反应,（H,3,O,+,常简写为H,+,）,5.1.3,布朗斯特平衡,对反应,K,W,c,(H,3,O,+,)/moldm,-3,c,(OH,)/moldm,3,H,2,O(l)+H,2,O(l)OH,-,(aq)+H,3,O,+,(aq),(,酸,)(,碱,)(,共轭碱,)(,共轭酸,),K,w,叫作水的,质子自递常数(,Autoprotolysis constant,),是由于质子转移发生在两个相同分子之间.该常数又叫,水的离子积(,Ion product of water,相应的对数表达式为,酸性溶液中,H,+,OH,碱,性溶液中,H,+,OH,中,性溶液中,H,+,=OH,K,w,值与温度,T,的关系,水的解离为吸热反应,不能把,c,(H,3,O,+,)=1.0,10,7,molL,1,认为是溶液中性的不变标志,T,/K,273,0.13,10,14,283,0.36,10,14,291,0.74,10,14,295,1.00,10,14,298,1.27,10,14,313,3.80,10,14,333,12.6,10,14,K,w,溶液的酸碱性,酸的浓度：,酸性物质的物质的量浓度,c,(或称分析浓度)；,酸的强度：,酸给出H,+,能力的大小；,酸度：,溶液中H,+,的浓度，严格地说是,指H,+,的活度。,溶液酸碱度的表示法,pH=-lg,c,(H,+,)pOH=-lg,c,(OH,-,),pH+pOH=p,K,w,常温下：pH 7，碱性,布朗斯特酸碱反应可写为如下通式:,显然,布朗斯特酸碱反应是碱B与碱B争夺质子的反应,碱的强弱影响着酸的强度。,HB+B B+HB,2.共轭酸碱对的 和 关系,如果碱B为H,2,O，则布朗斯特酸HB的平衡表达式为：,HB(aq)+H,2,O(l)B,-,(aq)+H,3,O,+,(aq),该反应的标准平衡常数,K,a,叫,酸性常数,(,Acidity constant,),也叫,酸的电离常数,(,Acid ionization constant,):,同理可得到碱,B,的碱性常数,K,b,表达式。,pH计测定pH值,共轭酸碱对的 和 关系,(1)NH,4,+,+H,2,O NH,3,+H,3,+,O,(2)NH,3,+H,2,O NH,4,+,+OH,-,(1)+(2):,多元弱酸：,-13,-14,3.某些常见酸在水中的电离常数（298K）,(1),值越大，酸性越强。,值大于1的酸叫,强酸(,Strong acid,),，值小于1的酸叫,弱酸(,Weak acid,)。,(2),表中的 值跨越,24,个数量级，常使用更方便的常数 代替。,pH lgc(H,3,O,+,)/moldm,-3,pOH lgc(OH,-,)/moldm,-3,+H,2,O(l)+H,3,O,+,(aq),+H,2,O(l)+H,3,O,+,(aq),+H,2,O(l)+H,3,O,+,(aq),(3)对二元和三元酸而言，还有第二步和第三步质子转移反应的相应常数:,由此可见，,多元酸H,n,A最强的共轭碱A,n-,的离解常数,K,b1,对应着最弱的共轭酸 HA,(n-1)-,的,K,an,；,而最弱的碱H,n-1,A,-,的离解常数,K,bn,对应着最强的共轭酸H,n,A 的,K,a1,。,由于质子对负离子和极性共价分子负端极强的吸引力，因而在任何溶剂中都不可能以“裸质子”形式存在。水合高氯酸HClO,4,H,2,O晶体结构测定结果证实,其中的H,+,以H,3,O,+,形式存在。H,3,O,+,是NH,3,的等电子体。另一个被确定了结构的物种是固体水合物 HBr4H,2,O中的H,9,O,4,+,。普遍的看法是,水溶液中水合氢离子的形式随条件变化而不同。,HCN,HAc,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“区分效应”。,例如：H,2,O可以区分HAc，HCl酸性的强弱。,拉平效应,：溶剂将酸或碱的强度拉平的作用，称为溶剂的“拉平效应”。如，水中进行的任何实验都分不出HCl和HBr 哪一种酸性更强些。,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。,1.810,-5,5.810,-10,水对HClO,4,，HCl，HNO,3,等强酸起不到区分作用，水能够同等程度地将它们的质子全部夺取过来。,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,。例如上述强酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：,HIHClO,4,HClH,2,SO,4,HNO,3,同样，酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。,定义及相关概念,Definition and,the related concepts,5.2,路易斯酸碱,The lewis acid-base,定义及相关概念,布朗斯特酸碱概念的核心系于分子或离子间的质子转移，显然无法对不涉及质子转移、但却具有酸碱特征的反应做解释。这一不足在布朗斯特概念提出的同年由美国化学家路易斯提出的另一个更广的酸碱概念所弥补，但后者直到20世纪30年代才开始在化学界产生影响。,Lewis G N,美国物理化学家,路易斯酸(,Lewis acid,),是指能作为电子对接受体(,Electron pair acceptor,)的原子、分子或离子;,路易斯碱(,Lewis base,),则指能作为电子对给予体(,Electron pair donor,)的原子、分子或离子；,酸碱反应是电子对接受体与电子对给予体之间形成配位共价键的反应。,BF,3,+F,Cu,2+,+4 NH,3,这种酸碱论包括了除氧化还原反应以外的所有反应。,酸碱电子论的优缺点,优点,：电子论摆脱了体系必须具有某种离子或元素，也不受溶剂的限制，以电子对的给出和接受来说明酸碱的反应，较前面的酸碱理论更为全面和广泛。,缺点,：,酸碱的强度没有统一标准，缺乏像质子理论的定量计算；,包括的范围太广泛，不便于区分酸和碱中各式各样的差别。,作业题,5.1,按照给出的例题模式，指出下列可逆反应中的布朗斯特酸和碱：,例如：HClO,2,+H,2,O ClO,2,-,+H,3,O,+,酸(1)碱(2)碱(1)酸(2),(a)OCl,-,+H,2,O HOCl+OH,-,(b)NH,3,+H,2,PO,4,-,NH,4,+,+HPO,4,2,-,(c)HCl+H,2,PO,4,-,Cl,-,+H,3,PO,4,(d)HF+H,2,O,F,-,+H,3,O,+,(e)C,3,H,5,O,2,-,+HCl HC,3,H,5,O,2,+Cl,-,5.3,下列物质在与水反应中一个为酸、一个为碱、一个为两性物质，请写出方程式说明。,HNO,2,，PO,4,3,-,，HCO,3,-,