第六章 酸碱平衡与酸碱滴定法I.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,*,Template copyright 2005,*,1,第六章,酸碱平衡与酸,碱滴定法,制作：,理学院化学系,2,第一节 酸碱质子理论,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）,Br,nsted,-Lowry,酸碱质子理论（1923）,Lewis,酸碱电子理论（1923）,Pearson,软硬酸碱理论（1963）,3,Arrhenius,酸碱电离理论：,酸：,凡是在水溶液中电离产生的阳离,子都是,H,+,的物质；,碱：,电离产生的阴离子都是,OH,-,的物质。,局限：,把酸和碱仅,限于水溶液,不能适应对,许多非水溶液,中酸碱反应的,解释。,4,一、酸碱质子理论,酸碱的定义：,酸：,凡是能给出质子的物质,（,质子给予体,）,碱：,凡是能接受质子的物质,（,质子接受体,）,酸 碱 +质子,HCl Cl,-,+H,+,HAc,Ac,-,+H,+,H,2,O OH,-,+H,+,H,3,PO,4,H,2,PO,-,4,+H,+,H,2,PO,-,4,HPO,4,2-,+H,+,Al(H,2,O),6,3+,Al(H,2,O),5,OH,2+,+H,+,例：,酸碱半反应,分子酸,两性物质,离子酸,5,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.,6,酸碱反应的实质：,两个酸碱半反应（也称共轭酸碱对）间的质子传递过程,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),HCl,酸,(1),H,2,O,碱,(2),酸碱中和反应,酸的电离反应,酸,(2),碱,(1),7,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,8,二、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,+,）,9,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,=14,pH 7，,碱性,10,pH,计测定,pH,值,三、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):,11,多元弱酸：,12,例1：,已知298,K,时,H,2,S,水溶液的 =1.310,-7,=7.110,-15,，,求：,S,2-,的 和 。,解：,同理可得：,13,第二节 酸度对弱酸（碱）溶液中,各型体分布的影响,一、酸度对一元弱酸（碱）水溶液中各型体分布的影响,设一元弱酸,HA,的分析浓度为,c,解离后溶液中的型体为,HA,A,-,14,pH,越,大,，,(,HA),越,小,pH,越,小,，,(,A,-,),越,小,什么时候,(HA)(A,-,)？,HA,的型体分布图,15,NH,3,分布系数计算公式：,16,二、酸度对多元弱酸（碱）水溶液中各种型体分布的影响,以,H,2,A,为例：,17,pH,pK,a1,，H,2,A,为主,pK,a1,pH,pK,a2,HA,-,为主,pH,pK,a2,，A,2-,为主,18,三元弱酸（,H,3,A）,19,20,第三节 酸碱水溶液中酸度的计算,一、质子条件式（,PBE）,溶液中,得失质子,的数目,相等,依据：,先选零水准,大量存在,参与质子转移的物质,书写质子条件式,等式左边,得质子后产物,等式右边,失质子后产物,有关浓度项前乘上得失质子数,根据质子得失相等原则列出质子条件式,步骤,21,例：,HAc,水溶液,零水准,HAc,Ac,-,H,2,O,H,3,O,+,(H,+,),H,+,H,+,OH,-,H,+,H,2,C,2,O,4,水溶液,零水准,H,2,C,2,O,4,H,2,O,H,3,O,+,(H,+,),H,+,2,H,+,OH,-,H,+,HC,2,O,4,-,C,2,O,4,2-,H,+,22,共轭体系零水准只要写出一个：,HAc,(,c,1,),NaAc,(,c,2,),选择,HAc,和,H,2,O,为零水准：,零水准,HAc,H,2,O,H,+,OH,-,Ac,-,H,+,H,3,O,+,(H,+,),H,+,选择,Ac,-,和,H,2,O,为零水准：,零水准,Ac,-,H,2,O,OH,-,H,+,H,3,O,+,(H,+,),H,+,HAc,H,+,23,二、酸碱水溶液中酸度的计算,强酸（碱）水溶液：,强酸：,HA,分析浓度：,c,质子条件式：,c,(H,+,)=,c,(OH,-,)+,c,当,c,10,-6,molL,-1,或,c,2,(H,+,)20,：,强碱：,BOH,分析浓度：,c,质子条件式：,c,(OH,-,)=,c,+,c,(H,+,),24,一元弱酸（碱）水溶液：,弱酸：,HA,分析浓度：,c,质子条件式：,c,(H,+,)=,c,(OH,-,)+,c,(A,-,),转换成,c,(H,+,),和零水准物质(,HA),的平衡浓度,25,转换成一元弱酸的分析浓度:,近似处理:,忽略水的解离,c,(HA)=,c c,(A,-,),c c,(H,+,),26,忽略水的解离，,c,(HA)=,c,c,(A,-,),c,一元弱碱溶液：,27,例,3,:,计算分析浓度,c,=0.20 molL,-1,一氯乙酸(,CH,2,ClCOOH),水溶液的,pH，,已知一氯乙酸的 =1.410,-3,。,解：,=0.20,molL,-1,1.410,-3,=2.8010,-4,用,近似式,进行计算：,c(H,+,)=0.016 molL,-1,pH=1.79,28,例,4,:,计算分析浓度,c,=0.040molL,-1,的一氯乙酸钠,(,CH,2,ClCOONa),水溶液的,pH。,解：,=5.310,-7,molL,-1,pOH,=6.28 pH=14-6.28=7.72,29,多元弱酸（碱）水溶液,忽略第二级解离，按一元弱酸处理,例,5,：计算分析浓度为0.10,molL,-1,H,2,S,水溶液的,pH。,30,解：,按最简式进行计算：,=1.110,-4,molL,-1,pH=3.96,31,两性物质水溶液,酸式盐：,NaHCO,3,，Na,2,HPO,4,，NaH,2,PO,4,，NaHC,2,O,4,弱酸弱碱盐：,NH,4,Ac,两性物质：,NaHA,分析浓度：,c,质子条件式：,c,(H,+,)+,c,(H,2,A)=,c,(A,2-,)+,c,(OH,-,),转换成,c,(H,+,),和零水准物质(,HA,-,),的平衡浓度,32,c,(,HA,-,),c,Na,2,HB,型的水溶液,H,+,浓度的相应近似式为:,34,解：,=1.010,-7,molL,-1,pH=7.00,35,第四节 影响酸碱平衡的因素,一、稀释作用,解离度,：,=,n,已解离的电解质,n,总,起始浓度,c,0 0,平衡时解离了,x,平衡浓度,c-x x x,c-c c c,36,弱酸：,5%1,-,1,稀释定律,运用稀释定律时，必须是,单独的一元弱酸（碱）,体系，因,为只有此情况下平衡浓度,c,=,c,(H,3,+,O)=,c,(A,-,)。,一元弱酸（碱）经稀释后，虽然解离度,增大,，但是溶液,中的,c,(H,+,),或,c,(OH,-,),不是升高了，而是,降低,了，这是因为稀,释时,增大的倍数总是小于溶液稀释的倍数。,37,HAc,2,d,甲基橙,少许,NaAc,固体,二、同离子效应,在弱酸或弱碱溶液中，加,入含有,相同离子,的电解质，解离度,减小。,起始浓度,c,0 0,平衡浓度,c,-H,+,H,+,H,+,红色,加入,NaAc,:Ac,-,增大,平衡左移：,H,+,减小，,减小，酸度减小,橙色,38,例7:,计算：(1)0.10,molL,-1,HAc,溶液的,c,(H,+,),和解离度,；,(2),如果在上述溶液中加入,NaAc,，,使其浓度也为,0.10,molL,-1,，,则溶液的,c,(H,+,),和解离度,又为多少？,已知:(,HAc,)=1.7610,-5,。,解：,(1)未加入,NaAc,时，是单一的,HAc,体系,=1.3%,c,(H,+,)=0.10molL,-1,1.3%=,1.310,-3,molL,-1,(2)加入,NaAc,后：,c,(H,+,),c,(A,-,),设：此时,c,(H,+,),为,x,molL,-1,39,初始浓度：0.01 0 0.10,平衡浓度：0.10-,x,x,0.10+,x,同离子效应,c,(,HAc,)=(0.01,x,)molL,-1,0.10,molL,-1,c,(Ac)=(0.10+,x,)molL,-1,0.10 molL,-1,x,=,c,(H,+,)=,1.7610,-5,molL,-1,=,1.7610,-4,40,三、异离子效应（盐效应）,在弱酸或弱碱溶液中加入含有,不相同离子,的电解质，使弱酸,或弱碱的,解离度,增大,的现象，称为异离子效应（盐效应）。,例：,1,L 0.10 molL,-1,HAc,溶液：,=,1.3%,加入0.10,mol,NaCl,后：,=,1.8%,在发生同离子效应同时，总伴随着异离子效应,但同离子效应往往比异离子效应大得多,一般情况下主要考虑同离子效应,注意：,41,第五节 缓冲溶液,加少量酸或碱或稍加稀释，溶,液的,pH,不易发生变化,缓冲溶液：,42,一、缓冲溶液的组成和作用原理,由弱酸（碱）及其共轭碱（酸）组成,例：,HAc,-Ac,-,，,NH,3,-NH,4,+,，,H,2,CO,3,-HCO,-,3,，,H,2,PO,-,4,-HPO,4,2-,较高浓度的强酸或强碱溶液,两性物质水溶液,例：,NaH,2,PO,4,，,Na,2,HPO,4,组成：,43,pH,加入0.010,mol,HCl,加入0.010,mol,NaOH,pH,pH,pH,pH,纯,H,2,O,7.00,2.00,5.00,12.00,5.00,NaCl,水溶液,7.00,2.00,5.00,12.00,5.00,HAc,-,NaAc,混合水溶液,4.74,4.65,0.09,4.83,0.09,表,6-1,少量强酸、强碱对不同溶液,pH,值的影响（忽略体积变化的影响）,44,作用原理：,NaAc,Na,+,+Ac,-,加强酸：,Ac,-,起抗酸作用，称为抗酸成分,加强碱：,HAc,起抗碱作用，称为抗碱成分,稀释：,一方面降低了溶液的,H,+,浓度，另一方面解离度增加，同离子效应减弱，使平衡向增大,H,+,浓度的方向移动，溶液的,pH,值基本不变。,45,二、缓冲溶液,pH,的计算,以,HAc,-,NaAc,缓冲溶液为例：,开始：,c,酸,c,碱,平衡：,c,酸,-,x,x,c,碱,+,x,同离子效应：,c,(,HAc,)=,c,(,弱酸)-,c,(H,+,),c,(,弱酸),c,(Ac,-,)=,c,(,共轭碱)+,c,(H,+,),c,(,共轭碱),46,或：,或：,47,例,8,:,在20,mL,0.20 molL,-1,氨水中，加入20,mL,0.10 molL,-1,HCl,，,求此混合液的,pH,值。,已知：（,NH,3,）=1.7610,-5,解：,HCl,与,NH,3,反应生成,NH,4,+,NH,4,+,和剩余的,NH,3,组成缓冲溶液,pH=9.25,48,三、缓冲容量和缓冲范围,缓冲容量,1,L,缓冲溶液,pH,值改变1个单,位时，所需加入一元强酸或一元强,碱物质的量。,缓冲容量,的影响因素,总浓度：,c,(,总)=,c,(,弱酸)+,c,(,共轭碱),或=,c,(,弱碱)+,c,(,共轭酸),缓冲比一定时,c,(,总),，,缓冲比：,总浓度相等时,缓冲比越接近1,49,缓冲容量与总浓度的关系,缓冲液,c,总,/,mol L,-1,c,Ac,-,/mol L,-1,c,HAc,/mol L,-1,缓冲比,/mol L,-1,pH,-1,I,0.20,0.10,0.10,1,0.44,II,0.040,0.020,0.020,1,0.023,缓冲容量与缓冲比的关系,缓冲液,c,Ac,-,/mol L,-1,c,HAc,/mol L,-1,缓冲比,c,总,/,mol L,-1,/mol L,-1,pH,-1,I,0.005,0.095,1:19,0.10,0.011,II,0.010,0.090,1:9,0.10,0.021,III,0.050,0.050,1:1,0.10,0.058,IV,0.090,0.010,9:1,0.10,0.021,V,0.095,0.005,19:1,0.10,0.011,50,缓冲范围,1:10,c,(,酸):,c,(,碱)10:1,缓冲范围为：,四、缓冲溶液的配制,步骤：,选择合适的缓冲体系,缓冲溶液的,pH,值尽可能接近弱酸的,配制合适的总浓度,一般总浓度控制在0.11,molL,-1,之间,计算出所需弱酸（碱）和共轭碱（酸）的量,51,例,9,:,欲配制,pH=7.00,的缓冲溶液，应选用,HCOOH-,HCOONa,、,Hac,-,NaAc,、NaH,2,PO,4,-Na,2,HPO,4,和,NH,3,-NH,4,Cl,中的哪一,缓冲对最合适？,解：,所选缓冲对的 应尽量靠近7.00,已知：,(,HCOOH)=3.75,(,HAc,)=4.75,(H,3,PO,4,)=7.20,(NH,4,+,)=9.25,选择,NaH,2,PO,4,Na2HPO,4,为缓冲对最合适。,52,例,10：,配制1.0,L，pH=9.80，,c,(NH,3,)=0.10 molL,-1,的缓冲,溶液。需6.0,molL,-1,NH,3,H,2,O,多少毫升和多少克固体,(,NH,4,),2,SO,4,？,已知(,NH,4,),2,SO,4,摩尔质量为132,gmol,-1,。,解：,n,(NH,4,+,)=0.028 mol,M,(NH,4,),2,SO,4,=0.028,molL,-1,132 gmol,-1,/2=,1.8 g,V,(NH,3,)=1.0 L =,0.017 L,即：称取1.8,g,固体(,NH,4,),2,SO,4,溶于少量水中，加入0.017,L 6.0 molL,-1,NH,3,H,2,O，,然后加水稀释至1,L，,摇匀即可。,53,例,11：,现有0.20,mol,L,-1,的,HAc,和,NaAc,溶液。若配制 1000,ml,pH=5.0,的缓冲溶液，问如何配制(,=4.75)？,n,(,HAc,)/,n,(,NaAc,)=0.56,设需0.20,mol.L,-1,HAc,为,x,ml,n,(,HAc,)=0.20,x,n,(,NaAc,)=0.20 (1000-,x,),即,x,/(1000-,x,)=0.56,x,=359 ml，,所以,NaAc,需 641,ml。,解：,54,五、缓冲溶液在生物科学中的意义,人体液(37)正常,pH,为7.35-7.45。每人每天耗,O,2,600L,产生,CO,2,酸量约合2,L,浓,HCl,除呼出,CO,2,及肾排酸外,归功于血液的缓,冲作用。,血液中的缓冲对：,血红蛋白,:,HHb,-,KHb,血浆蛋白,:,HPr,-,NaPr,氧络血红蛋白,:,HHbO,2,-KHbO,2,磷酸盐,:,H,2,PO,4,-,-HPO,4,2-,碳酸盐,:,H,2,CO,3,-HCO,3,-,c,(CO,2,),溶解,=0.0012,molL,1,c,(HCO,-,3,)=,0.024,molL,1,pH=7.40,55,人体血液中的缓冲比虽然超过1/1010/1的缓冲范围，但是仍能很好地维持血液的,pH,值（7.357.45），其原因是血液为敞开体系，抗酸、抗碱成分的消耗与补充，可由肺、肾的生理功能得到及时的调节，其关系式表示如下：,肺,CO,2,+H,2,O,肾,