酸碱平衡中有关浓度的计算.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,第二节 酸碱平衡中有关浓度的计算,一、几个基本概念,1、溶液的,pH,值,通常规定:,pH=-,H,+,pOH,=-OH,-,常温：,H,+,OH,-,=,K,w,=1.010,-14,pH+,pOH,=,pK,w,=14,1,2、分析浓度：,1升溶液中所含某种物质的物质量。,即物质的总浓度。用,c,表示，单位,molL,-1,3、平衡浓度：,平衡状态时，溶液中溶质存在的各,种型体的浓度。用 表示，单位,molL,-1,溶质各型体平衡浓度之和必等于其分析浓度,。,例：,HAc,水溶液中,HAc,H,+,+Ac,-,c,HAc,=,HAc,+Ac,-,2,4、酸的浓度：,酸的分析浓度。,酸度,：,溶液中,H,+,的浓度，常用,pH,表示。,5、碱的浓度：,碱的分析浓度。,碱度：溶液中,OH,-,的浓度，常用,pOH,表示。,3,二、酸碱溶液中各型体的分布,分布系数：,溶液中某酸碱组分的平衡浓度占总浓,度的分数.,符号,（,delta,）,表示。,引入分布系数的意义：,1 计算溶液中各组分的平衡浓度；,2.了解酸度对溶液中酸或碱的各种存在形式的分布的影响规律，对掌握反应条件具有指导意义。,分布曲线：,分布系数,与,pH,间,的关系曲线。,4,例,：,醋酸（,HAc,）,溶液，分析浓度为,c,溶液中存在两种形式：,HAc,、Ac,-,，,HAc、Ac,-,分别代表,HAc,和,Ac,-,的平衡浓度，,HAc,为,HAc,的分布分数，,Ac,-,为,Ac,-,的分布分数，则：,1 一元酸溶液,c=,HAc,+Ac,-,HAc,Ac,-,+H,+,5,结论：分布分数与总浓度无关；随着,pH,变化而变化,优势区,两种型体各占1/2；,主要以,HAc,形式存在，为,HAc,的优势区；,主要以,Ac,-,形式存在，为,Ac,-,的优势区。,分布曲线：,6,2、多元酸,在草酸溶液中,存在,：,三种形式，,则：,以草酸溶液为例。,设其总浓度为,c,mol/L，,C,=,分别表示,的分布分数，,思考：一元弱碱溶液各型体的分布系数。（以,NH,3,为例),7,2,8,同理可以求得：,9,草酸解离常数,酸度 优势区,10,二元弱酸各种型体的平衡浓度的计算式,11,例1；,计算,pH=5.0,时，0.10,mol/L,草酸溶液中的 浓度。,12,如：磷酸,*三元酸,13,1.物料平衡方程(简称物料平衡),MBE,在一化学平衡体系中,某一给定物质的总浓度,等于各有关型体平衡浓度之和。,HAc,+Ac,-,=,c,H,3,PO,4,+H,2,PO,4,-,+PO,4,3-,=,c,H,3,PO,4,HAc,Na,2,SO,3,SO,3,2-,+HSO,3,-,+H,2,SO,3,=,c,Na,+,=2,c,三 酸碱平衡体系的处理方法,14,电中性原则单位体积溶液中阳离子所带,正,电荷的量应等于阴离子所带,负,电荷的量。,c,mol/L,NaCN,溶液，存在下列反应,电荷平衡,H,+,+Na,+,=OH,-,+CN,-,或 ,H,+,+,c,=OH,-,+CN,-,2.电荷平衡方程(电荷平衡,CBE),CN,-,H,2,O HCN,OH,15,2.电荷平衡方程(电荷平衡,CBE,),c,mol/L CaCl,2,溶液，存在下列反应,H,+,+Ca,2+,=OH,-,+,Cl,-,Ca,2+,前面的系数,Ca,2+,有两个正电荷，设其浓度为1,mol/L，,而其结合的负电荷的浓度应为2,mol/L，,因此,Ca,2+,必须乘以2。才能保持正负电荷浓度的平衡关系。,2,16,酸碱反应中质子的平衡关系式称为质子条件。,解释：酸碱反应的本质是质子的转移。当反应达到平衡时，,酸失去的质子数与碱得到的质子数必然相等,。这种数量关系的数学表达式称为质子条件式(或质子等衡式)，简写为,PBE。,3.,质子平衡方程,（质子条件,PBE,）,（,Proton balance equation,简写,PBE）,用途：质子条件是处理酸碱平衡的基本关系，依据质子条件可以得到,H,+,与其他组分(酸碱组分)的关系式，从而导出,H,+,的计算式。,17,4.如何书写质子条件,两种方法：,一是通过物料平衡和电荷平衡结合写出；二是直接书写。,、,由物料平衡和电荷平衡结合写出,质子条件,例1、,c mol/L NaAc,溶液的质子条件,MBE：,Na,+,=c,Ac,-,+,HAc,=c,CBE：,Na,+,+H,+,=OH,-,+Ac,-,Na,+,=Ac,-,+,HAc,有：,Ac,-,+,HAc,+H,+,=OH,-,+Ac,-,整理：,PBE:,HAc,+H,+,=OH,-,18,如何知道写出的方程是质子条件？,、原始物质不包括在内,、不参加质子传递的物质不介入,例2、,c,mol/L Na,2,CO,3,溶液,MBE :Na,+,=2c,H,2,CO,3,+HCO,3,-,+CO,3,2-,=c,CBE:Na,+,+H,+,=OH,-,+HCO,3,-,+2 CO,3,2-,整理：,PBE:,2H,2,CO,3,+HCO,3,-,+H,+,=OH,-,19,依据：质子转移个数相等得失质子数相等的原则,。,要点：,(1)、选取质子参考水准物质（选择零水准）：通常是溶液中大量存在并参与质子转移的物质。一般是,原始的酸、碱组分和溶剂水分子。,(2)、与零水准比较，,找出得失质子的组分,。,(3)、根据得失质子数相等，列出等式。,、由溶液中得失质子关系,直接写出,质子条件,20,例3、,NaAc,aq,零水准：,Ac,-,、H,2,O,得质子产物：,HAc、H,3,O,+,失质子产物：,OH,-,HAc,+H,3,O,+,=OH,-,或者：,H,+,=OH,-,-,HAc,简化:,HAc,+H,+,=OH,-,21,简单的书写方式：,得质子产物 零水准 失质子产物,+,H,+,+,H,+,-H,+,HAc,H,3,O,+,OH,-,HAc,+H,3,O,+,=OH,-,得质子在左边,失质子在右边,注意：,Na,+,能否作为零水准？,Na,+,是大量存在的原始物质，但是不参与质子转移，,不能选作零水准！,PBE:,22,例4：,Na,2,CO,3,ag,Na,2,CO,3,2 Na,+,+CO,3,2-,CO,3,2-,+H,2,O HCO,3,-,+OH,-,HCO,3,-,+H,2,O H,2,CO,3,+OH,-,H,2,O H,+,+OH,-,得质子产物 零水准 失质子产物,+,H,+,+2,H,+,+,H,+,-H,+,HCO,3,-,H,2,CO,3,H,+,OH,-,H,+,+HCO,3,-,+H,2,CO,3,=OH,-,PBE:,CO,3,2-,注意系数：该产物是有零水准得或失,n,个质子所得，则该产物浓度前系数为,n,（,乘以,n,）。,2,23,Na,2,HPO,4,2 Na,+,+HPO,4,2-,H,2,O,HPO,4,2-,+H,+,+2H,+,-H,+,-H,+,+H,+,H,+,H,2,PO,4,-,H,3,PO,4,得质子产物 零水准 失质子产物,PBE：,H,+,+H,2,PO,4,-,+H,3,PO,4,=OH,-,+PO,4,3-,OH,-,PO,4,3-,2,例5、写出,Na,2,HPO,4,质子条件,24,例6、写出,NH,4,H,2,PO,4,ag,质子条件,（练习）,NH,4,H,2,PO,4,NH,4,+,+H,2,PO,4,-,得质子产物 零水准 失质子产物,PBE:H,+,+H,3,PO,4,=OH,-,+NH,3,+HPO,4,2-,+PO,4,3-,+H,+,+H,+,H,2,O,H,2,PO,4,-,NH,4,+,-H,+,-H,+,-2H,+,-H,+,OH,-,NH,3,HPO,4,2-,PO,4,3-,H,+,H,3,PO,4,2,25,例7、写出,HAc+H,3,BO,3,ag,的质子条件,H,2,O,HAc,H,3,BO,3,-H,+,-H,+,-H,+,+H,+,PBE :H,+,=OH,-,+Ac,-,+H,2,BO,3,-,Ac,-,H,2,BO,3,-,H,+,OH,-,H,3,BO,3,为一元弱酸,26,PBE,H,+,=OH,-,+,c,a,例9,c,b,mol/L,NaOH,ag,PBE,H,+,+,c,b,=OH,-,例10,c,a,mol/L,HCl,+,HAc,ag,PBE,H,+,=OH,-,+Ac,-,+,c,a,例11,c,b,mol/L,NaOH+NaAc,ag,例8、,c,a,mol/L,HCl,ag,PBE,H,+,+,c,b,+,HAc,=OH,-,27,例12,c,mol/L H,2,SO,4,aq,H,2,O,H,2,SO,4,HSO,4,-,-H,+,-H,+,-H,+,+H,+,c,SO,4,2-,PBE:H,+,=OH,-,+,c,+SO,4,2-,采用物料平衡和电荷平衡书写更容理解,c,=HSO,4,-,+SO,4,2-,H,+,=OH,-,+HSO,4,-,+2SO,4,2-,H,+,=OH,-,+,c,+SO,4,2-,物料平衡,电荷平衡,两式相加得质子条件,相当于一个强酸和一个一元弱酸的混合液,H,+,OH,-,28,1.强酸溶液、强碱溶液的,pH,的计算,(1)强酸溶液,一般认为强酸完全解离，酸的浓度即为,H,+,。,10,-1.0,mol/,LHClaq,H,+,=10,-1.0,mol/L pH=1.0,10,-2.0,mol/,LHClaq,H,+,=10,-2.0,mol/L pH=2.0,10,-5.0,mol/,LHClaq,H,+,=10,-5.0,mol/L pH=5.0,10,-8.0,mol/,LHClaq,H,+,=10,-8.0,mol/L,pH=8.0,pH=8.0,的结果显然是不对的,因为纯水的,pH=7.0，,对于酸溶液即使浓度再稀也不会出现,pH=7.0。,问题出现在什么地方呢？,四 酸碱溶液,pH,值的计算,29,以,c,a,mol/L,HCl,推导精确式来分析原因。,HCl,H,+,+,Cl,-,H,2,O H,+,+OH,-,PBE：H,+,=OH,-,+,c,a,溶液中的,H,+,来源来自两部分,强酸的解离,c,a,水的解离,OH,-,当溶液浓度很大,c,a,OH,-,时，,H,+,c,a,，,忽略水解；,当溶液浓度很低时，水解产生的,H,+,不能忽略。,30,推导 ,H,+,=OH,-,+,c,a,H,+,=,+,c,a,判据：,c,a,1.010,-6,mol/L,时，用精确式；,c,a,1.010,-6,mol/L,时，用最简式,H,+,=,c,a,(2)强碱溶液,pH,如何计算？自己思考,并推导.,31,例1：3.010,-7,mol/L,HCl,溶液的,pH,pH,-,lgH,+,=6.48 7.0,合理,而不会出现,pH=8.0,的现象了,32,2.一元弱酸、弱碱溶液,pH,值的计算,以一元弱酸,HA,溶液为例，总浓度为,c,HA,，,PBE,为：,H,+,A,-,+OH,-,利用平衡常数式，将各项变成,H,+,的函数：,精确式,利用分布系数,HA,，,将,HA,c,HA,代入上式得到一元三次方程：,33,近似处理,简化,1,：近似式,K,a,HA,20,K,w,时，,K,w,可忽略，即,水的离解,可以忽略；,HA,c,A,-,c,H,+,近似式,34,则 ,H,+,2,=,K,a,c,最简式,简化,2,：最简式,HA,c,A,-,c,H,+,c,35,简化3：仅忽略酸的解离的近似式,对于极稀或极弱的酸，水的解离不能忽略,但由于极稀或极弱的酸，其离解度很小,可认为酸的离解对,HA,影响忽略不计。,近似式,判据：,36,例2：计算0.10,mol/L,HAc,溶液的,pH,值。,(,K,a,=1.8,10,-5,),故采用最简式计算,故：,pH=2.87,注意：,分清体系是酸还是碱,正确计算,K,a,和,K,b;,判据与公式的使用,要匹配。,37,例3：计算0.10,mol/L NaAc,溶液的,pH,值。,故采用最简式计算,故：,pOH,=5.12,则：,pH=8.88,注意：,分清体系是酸还是碱,正确计算,K,a,和,K,b,判据与公式的使用要匹配。,38,3.多元酸、多元碱溶液,pH,值的计算,以二元弱酸,H,2,A,为例，设总浓度为,c,(H,2,A)，,PBE:H,+,=HA,-,+2A,2-,+OH,-,39,进一步简化成：,仅考虑二元酸的第一级离解，这实际上把二元酸作为一元酸处理。,最简式,40,判据：,41,例4,求0.10,mol/L,草酸溶液的,pH,值。,pH=1.28,解：草酸的,K,a,1,5.810,-2,；,K,a,2,6.410,-5,。,42,4.混合酸溶液,pH,值计算,以,HA+HB,弱酸体系为例,PBE:H,+,=OH,-,+A,-,+B,-,、两弱酸溶液的混合溶液,43,当两弱酸较弱时，可近似处理,44,例,5,计算0.10,mol/L HF,和,0.20 mol/L,HAc,混合溶液的,pH,值。,解:,、弱酸和强酸的混合（自学）,45,5.两性物质溶液,pH,值的计算,两性物质在溶液中既起酸的作用，能给出质子；又起碱的作用，能接受质子。如多元酸的酸式盐,NaHCO,3,，KH,2,PO,4,，Na,2,HPO,4,，NaHC,2,O,4,，,弱酸弱减盐,NH,4,Ac,等。,酸式盐,以,NaHA,为例：,cmol,/L,质子条件式为：,H,+,+H,2,A A,2-,+OH,-,精确式,46,47,例,6,计算0.10,mol/L NaHCO,3,溶液的,pH,值。,48,计算浓度为,0.010,mol/L,的,Na,2,HPO,4,溶液的,pH,值。,已知：,解：将给定条件代入酸式盐溶液酸度计算公式得：,（选做）例,7,49,(2)弱酸弱减盐如,NH,4,Ac,PBE:H,+,+,HAc,=OH,-,+NH,3,50,(2)弱酸弱碱盐如,NH,4,Ac,51,例7：计算浓度为,0.10,mol/L,的,NH,4,CN,溶液的,pH,值。,解：,已知：,52,