水溶液化学发.ppt

首 页,末 页,下一页,上一页,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,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,*,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,*,水溶液化学发,本章学习要求,了解溶液的通性。,明确酸碱的近代概念;,酸碱的解离平衡和缓冲溶液的概念;,掌握有关pH的计算;,了解配离子的解离平衡及其移动；,掌握沉淀与溶解平衡、溶度积规则及其有关计算；,3.1,溶液的通性,3.2,酸碱解离平衡,3.3,难溶电解质的多相离子平衡,3.4,水的净化和废水处理（自学）,3.1,溶液的通性,溶液有两大类性质：,1,）,与溶液中溶质的本性有关,：溶液的颜色、密度、酸碱性和导电性等；,2,）,与溶液中溶质的质点数有关,，而与溶质的本身性质无关。如,:,溶液的蒸气压、凝固点、沸点和渗透压等。,难挥发,的,非电解质稀溶液,有一定的,共同性,和,规律性,。该类性质称为,稀溶液的通性,，或称为：,依数性,。,包括：,稀溶液蒸气压的下降,、,沸点上升,、,凝固点下降、,稀溶液的渗透压。,（与纯溶剂比较）,。,这些性质与一定量溶剂中所溶解的溶质的数量成正比，,又称,稀溶液定律。,溶液：V蒸发=V凝聚，达平衡状态，,查附录4，得：HF(Ka=3.,例如：1升溶液中含马的血红素，在298K时测得溶液的渗透压为102Pa，求：马的血红素的摩尔质量。,缓冲能力主要与以下因素有关：,mB=nB/wA,HAc(aq)=H+(aq)+Ac-(aq),解：设HAc溶液中H+的平衡浓度为x moldm-3,则,HCl(aq）H+(aq)+Cl-(aq),盐类水解反应,加少量水稀释，cHAc和c Ac 同时减小，而使H+的浓度仍保持基本不变。,溶液的凝固点降低值：Tfp=Tf,剂 Tf,液 (Tfp0),是错误的，H2S(aq)以一级电离为主，因此H2S溶液中c(H+)c(HS)。,较弱碱1 较弱酸2 较强碱2 较强酸1 K31(=10-10),若为mol.,p/Pa 611 562 402 260 165,相等，即渗透压约为780kPa，计算葡萄糖输液或生理盐水,若为mol.,组成的标度,溶剂,A+,溶质,B,1.,质量摩尔浓度,m,：,1kg,溶剂中所含溶质的物质的量，,SI,单位,molkg,-1,m,B,=,n,B,/,w,A,n,B,溶质,B,的物质的量，单位为,mol,。,w,A,溶剂的质量，单位为,kg,。,2.,摩尔分数,(,或物质的量分数,),以溶液中的总物质的量除,任何一物质的量，即为该物质的摩尔分数，是单位为一的量。,设有双组分溶液，溶剂,A,和溶质,B,的物质的量分别为,n,A,和,n,B,，则,注意：无论有若干种物质，摩尔分数之和总是等于,1,。,溶液浓度的表示方法：,1.,物质量的浓度,c,（摩尔浓度）：,(n,A,为溶质的物质的量,),2.,质量摩尔浓度,m,：,(n,A,为溶质的物质的量,):,例：水中溶有甲醇，求该溶液的,m,，,已知,:,甲醇的分子量为,32,。,解：,3.,摩尔分数：,非电解质溶液的通性,1.,蒸气压下降,在一定温度下，液体及其蒸气达到相平衡时，蒸气所具有的压力称为该温度下液体的,饱和蒸气压,，,简称,蒸气压,。,思考,：蒸气压与温度有什么关系？,答：不同溶剂蒸气压不同，相同溶剂温度升高，蒸气压,增大。例如：,p,(H,2,O,l,298K)=3167 Pa;,p,(H,2,O,l,溶液的蒸气压下降,在密闭容器中：,纯溶剂,：,V,蒸发,=V,凝聚,，达平衡状态，,产生,饱和蒸气压,，用,p,B,*,表示。,溶液,：,V,蒸发,=V,凝,聚,，,达平衡状态，,气相中溶剂分子相对纯溶剂蒸发产生的分子数,减少了，所以饱和蒸气压下降了。,即,p,液,p,B,*,溶液中溶剂的蒸气压下降,法国物理学家拉乌尔据实验得出以下定量关系：在一定温度下，难挥发的非电解质稀溶液的蒸气压下降,p,与溶质的摩尔分数成正比，而与溶质的本性无关。即：,p,=,p,A,x,B,其中,x,B,是溶质,B,在溶液中的摩尔分数，,p,A,是纯溶剂的蒸汽压。若溶液的质量摩尔浓度为,m,B,，则,式中，,k,为只与溶剂性质有关的常数。,蒸气压下降的应用,测定溶质分子的相对摩尔质量,设质量为,W,B,的溶质溶于质量为,W,A,的溶剂中，则有：,干燥剂工作原理,CaCl,2,、,NaOH,、,P,2,O,5,等易潮解的固态物质，常用作干燥剂。因其易吸收空气中的水分在其表面形成溶液，该溶液蒸气压较空气中水蒸气的分压小，使空气中的水蒸气不断凝结进入溶液而达到消除空气中水蒸气的目的。,例：,20,，,p,*,H2O,，将蔗糖,C,12,H,22,O,11,溶于,100g,水中，求：溶液蒸气压。,溶质若为葡萄糖、甘油、萘等，只要,m=0.5,均能使溶液比水的蒸气压下降了 ；,若溶质为,NaCl,、,CaCl,2,等（电解质）及,N,2,、,O,2,等（挥发性气体不符合这一规律。,解：,P=P,剂,-P,液,沸点,：一种液体的蒸气压等于外界压力时的温度（,沸腾,）。,（用,T,b,表示）。,在外压为（,1atm,）时的沸点称为,正常沸点,，,水的正常沸点为,100,。,溶液的沸点,：溶液上方的蒸气压等于外界压力时的温度。,溶液中若有难挥发的溶质存在，它的蒸气压,总是会小于溶剂的蒸气压（,p,液,T,剂,）。,这一现象称为：,溶液的沸点升高，用,T,b,表示，,T,bp,=T,b,液,-T,b,剂,。,2.,溶液的沸点上升,难挥发物质的溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点，二者之差为：,T,bp,=,T,b,液,T,b,剂,=k,bp,m,p,T,溶剂,溶液,101.325kPa,T,bp,T,b,p,0,例：,将,蔗糖,溶于,100g,水,中，,溶液的沸点,是多少？,解,;,已知水的,若为,mol,.,kg,-1,的,糖、蛋白质、甘油或乙二醇,的水溶液时，,T,b,均为,100.256,。,若将蔗糖溶于,100g,苯,中，溶液的沸点：已知苯,K,b,T,b,=K,b,m=2.530.500=1.265(),T,b,=80.2+1.265=81.465(),T,b,=K,b,p,T,溶剂,溶液,溶剂的液,-,固平衡线,T,f,T,fp,图,3.2,凝固点下降示意图,3.,溶液的凝固点下降,凝固点（用,T,f,表示）是物质的液相蒸气压和固相蒸气压,p,固,相等时的温度，,即,:,p,液,=p,固,。例：冰在不同温度下也有蒸气压，与水相似。,t/0 -1 -5 -10 -15,p/Pa 611 562 402 260 165,当,T,下降，则,p,下降,在,0,时纯水蒸气压正好为,611Pa,，,两条曲线交汇。即,:,液相蒸气压,=,固相蒸气压，,所以,0,为纯水的凝固点。,在稀溶液中加入溶质后，因为少量的溶质是溶于水中而不溶于冰中的，所以只影响溶液的蒸气压，而对固相冰的蒸气压没有影响。因此，溶液蒸气压就低于冰的蒸气压。在更低的温度下，固液两者的蒸气压才会相等，这一现象称为：,溶液的凝固点下降,。,溶液的凝固点降低值,：,T,fp,=T,f,剂,T,f,液,(T,fp,0),（,T,f,剂,纯溶剂的凝固点，,T,f,液,溶液的凝固点）,稀溶液的,凝固点下降,(,T,fp,),与溶液,质量摩尔浓度,(m),成正比，而,与溶质的种类,无关,稀溶液的,依数性。,T,fp,=T,f,剂,T,f,液,=,K,fp,m,K,fp,：,为溶剂的摩尔凝固点降低常数,，单位：,Kkgmol,-1,不同溶剂,K,fp,的不同，水、苯,由,拉乌尔定律,推导出,：,比较：,T,bp,=T,b,液,T,b,剂,=k,bp,m,稀溶液的沸点升高,(,T,bp,),与溶液质量摩尔浓度,(,m,),成正比，而,与溶质的种类,无关,稀溶液的,依数性,。,例：蔗糖溶于,100g,水中，求该溶液的凝固点？,解：已知,可见，溶液的凝固点低于纯水的凝固点。,应用示例：,1,、冬天往汽车水箱里加入一些甘油和乙醇可防止结冰。,2,、实验室里常用冰盐的混合物作致冷剂，使环境温度降低。若冰水混合物足够大量，可使体系温度降到,-22,左右。,3,、用冰点下降实验，可以测定蛋白质等一些物质的分子量。,例：溶解甘油于,200g,水中，测得凝固点为,-0.279,，,已知：水的,K,fp,，求甘油的分子量。,解：,沸点和凝固点测定的应用,测定分子的相对分子质量,以凝固点下降应用较多。因为,k,fp,k,bp,，,T,fp,T,bp,，,所以实验误差较小，且凝固时有结晶析出，易于观察。,当溶质的相对摩尔质量,M,B,很大时，由于,T,f,太小，准确性差，因此只适用于,M,B,较小的情况。,防冻剂工作原理,冬天为防止汽车水箱结冰，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固点，避免因结冰，体积膨胀而使水箱破裂。,4.,溶液的渗透压,两边用,半透膜,隔开：只允许溶剂分子通过，溶质分子不能通过。（细胞壁、肠衣、植物的表皮等均为半透膜）。,由于进入糖水中的水分子比进入纯水的多，结果使糖水一边液面升高，这种过程叫,渗透,。（通过半透膜自动扩散的过程）,渗透压示意图,由于液面升高，产生了水柱的静压。当液面升到一定高度后，静液压就能阻止液面继续升高，这时水柱高对应的静压叫,渗透压,。此时水分子从两边穿过的数目完全相等，即达到了,渗透平衡。,渗透压,阻止渗透进行所施加的最小外压,用,表示。在数值上，,-,渗透压、,V-,体积、,R-,摩尔气体常数,-1,.k,-1,、,T-,热力学温度（,+273,）、,c-,物质的量的浓度，,在一定的温度下，稀溶液的,渗透压,与,溶液的浓度,成正比，而,与溶质的种类没有关系,。（,依数性,）。,渗透方向：,低,植物：,动物：,体内血浆与细胞液是,等渗液,，,=780kPa,，当输入液的渗透压小于血浆（即小于细胞液），则水向细胞膜内渗透，产生,溶血,。反之，当输入液的渗透压大于血浆，细胞内水份向外渗透，产生,胞浆分离,。（如：海鱼在淡水中死亡）。,例：配制静脉输液时，应使该溶液与人体血液平均的渗透压,相等，即渗透压约为,780kPa,，计算葡萄糖输液或生理盐水,输液的浓度。,葡萄糖,摩尔质量,180g,mol,-1,输液的百分比浓度：,解：,又如：氯化钠摩尔质量,因完全电离，微粒数增加,1,倍。每种微粒,Na,+,与,Cl,-,的,平均摩尔质量,mol,-1,输液的百分比浓度,:,以上讨论的,蒸气压下降,、,沸点升高,、,凝固点下降,和,渗透压,都是稀溶液的性质，都只与溶质的数量有关，而与究竟是什么溶质无关。即,稀溶液的依数性,。,渗透压测定的应用,测定分子的相对分子质量,渗透压有较大数值，容易测定，因此可以准确测定化合物的相对摩尔质量。,例如：,1,升溶液中含马的血红素，在,298K,时测得溶液的渗透压为,10,2,Pa,，求：,马的血红素的摩尔质量,。,解：,c,=,RT=,1.8210,2,Pa/,（,8.314Pa.m,3,.mol,-1,.K,-1,298K,）,-3,210,-5-3,。,c=n/V=m/(M.V),M,=m/(V.c)=5.0 g,/1dm,3,7.3210,-5-3,=,6.810,4-1,R=8.314 J.mol,-1,.K,-1,=8.314Pa.m,3,.mol,-1,.K,-1,浓溶液或电解质溶液也于非电解质一样具有溶液蒸气压下降，沸点上升和凝固点下降，以及溶液渗透压的性质。但是不符和稀溶液定律所表达的依数性与溶液浓度的定量关系式。,这是因为浓溶液中溶质的微粒数较多，溶质微粒间的相互作用及溶质微粒与溶剂分子间的相互作用复杂，使稀溶液定律的定量关系产生偏差。而在电解质溶液中，由于电解质的解离，使得稀溶液定律的定量关系也不适用。,思考,：相同浓度的电解质溶液的蒸气压与非电解质比如何变化？,答：其蒸气压下降，沸点上升和凝固点下降，以及溶液渗透压的数值变化均,比同浓度的非电解质大,。,附例,将质量摩尔浓度均为,0.10 molkg,-1,的,BaCl,2,HCl,HAc,蔗糖水溶液的粒子数、蒸气压、沸点、凝固点和渗透压按从大到小次序排序,:,解,：按从大到小次序排序如下：,粒子数,BaCl,2,HCl HAc,蔗糖,蒸气压 蔗糖,HAc HCl BaCl,2,沸点,BaCl,2,HCl HAc,蔗糖,凝固点 蔗糖,HAc HCl BaCl,2,渗透压,BaCl,2,HCl HAc,蔗糖,3.1.2,电解质溶液的通性,从部分电解质的,0.1molkg,-1,溶液的凝固点下降数值与理论值的比较可以得到电解质溶液的偏差,i,值,电解质 实测,T,f,/K,计算,T,f,/K,i=,T,f,/,T,f,K,2,SO,4,CH,3,COOH0.1880.186 1.01,可以看出，产生的偏差有以下规律：,A,2,B(AB,2,),强电解质,AB,强电解质,AB,弱电解质,非电解质,阿仑尼乌斯根据电解质溶液不服从稀溶液定律的现象，提出了电离理论。,1903,年他获得了诺贝尔化学奖。电离理论认为电解质分子在水溶液中解离成离子，使得溶液中的微粒数增大，故它们的蒸汽压、沸点、熔点的改变和渗透压数值都比非电解质大。,解离度,溶液中已解离的电解质的分子数(浓度)与电解质总分子数（浓度）之比。,浓度c,-1,HCl的（表观）解离度为93%，其,表观浓度，,即,有效浓度,小于,-1-1-1,KCl解离度 76%。,浓度越大，解离度越小,。,1.,电解质,在水溶液中,完全电离,；,2.,但异性离子之间互相吸引，形成“,离子氛,”，离子受到牵制，,不能完全独立行动,。这就是强电解质溶液的,i,值不等于正整数以及实验测得的解离度小于,100%,的原因。这种由实验测得的解离度叫,表观解离度,，不能代表强电解质的真实的解离度。由实验测得的浓度值也不是真实的浓度，叫：,有效浓度，,又叫,活度,，用,符号,a,表示。,需要用正、负离子的,活度因子,来校正,真实浓度,c,和,活度,a,之间的关系。,“离子氛”,的,观点,若往系统中加入少量强碱，则OH-与H+结合生成弱电解质H2O，使HAc解离平衡右移，HAc的浓度稍减少，而使H+的浓度仍保持基本不变。,（1）计算解离平衡常数K：,摩尔分数(或物质的量分数)以溶液中的总物质的量除,渗透压阻止渗透进行所施加的最小外压,用表示。,Ka,2 Kb,1=Kw。,需配制pH约等于9的缓冲溶液，可选择,100 moldm-3HAc溶液中加入一定量固体NaAc，使NaAc的浓度等于0.,而在电解质溶液中，由于电解质的解离，使得稀溶液定律的定量关系也不适用。,沸点 BaCl2 HCl HAc 蔗糖,溶液的凝固点降低值：Tfp=Tf,剂 Tf,液 (Tfp0),冬天为防止汽车水箱结冰，可加入甘油、乙二醇等以降低水的凝固点，避免因结冰，体积膨胀而使水箱破裂。,H2CO3 H+HCO3-,活度,(Activity,a,),活度,即被校正过的溶液的有效浓度。符号,a,。,a,=,c,称为,活度因子,，,量纲,1,，且,0,1,溶液越稀，,值越接近于,1,；,当溶液无限稀时，,=,1,a,=,c,（,a,单位：,-1,）,注意：在本教材中的计算题，均采用,c,代替,a,，即：视作,100%,解离,。,例：,浓度,c,为,-1,NaCl测出的活度,a,-1,c,越大，,越小；反之，,c,越小，,越大（,1,）,3.2,酸碱解离平衡,根据解离度的大小，将电解质分为强电解质和弱电解质两类。强电解质在水中全部解离，而弱电解质在水溶液中只有部分解离，大部分仍以分子形式存在。弱电解质在水溶液中存在解离平衡。,酸碱的概念,酸碱理论主要有以下几种：,1、酸碱电离理论（阿仑尼乌斯理论）,在水溶液中解离时所生成的,正离子全部是,H,+,的化合物是,酸,；所生成的,负离子全部是,OH,的化合物是,碱,。,酸碱中和反应的实质是：,H,+,+OH=H,2,O,。,酸碱电离理论的缺陷：,把酸、碱的定义局限于以水为溶剂的系统。,无法解释,NH,3,、,Na,2,CO,3,均不含,OH,，也具有碱性的事实。,2,、酸碱质子理论,定义：,凡能给出质子,(,H,+,),的物质,(,分子或离子,),是酸；,凡能接受质子,(,H,+,),的物质,(,分子或离子,),是碱,。,酸,：,HCl,、,HAc,、,H,2,S,、,HS,-,、,H,2,CO,3,、,HCO,3,-,、,H,3,PO,4,、,H,2,PO,4,-,、,HPO,4,2-,、,NH,4,+,、,NH,3,、,H,3,O,+,、,H,2,O,、,Fe(H,2,O),6,3+,、,Fe(OH)(H,2,O),5,2+,等,碱,：,Cl,-,、,Ac,-,、,HS,-,、,S,2-,、,HCO,3,-,、,CO,3,2-,、,H,2,PO,4,-,、,HPO,4,2-,、,PO,4,3-,、,NH,3,、,NH,2,-,、,H,2,O,、,OH,-,、,Fe(OH)(H,2,O),5,2+,、,Fe(OH),2,(H,2,O),4,+,等,称为：,分子酸、离子酸,(,或盐,),；分子碱、离子碱,(,或盐,),。,两性物质,：,HS,-,、,HCO,3,-,、,H,2,PO,4,-,，,HPO,4,2-,、,NH,3,、,H,2,O,、,Fe(OH)(H,2,O),5,2+,等,酸碱质子理论,如在水溶液中,HCl(aq,）,H,+,(aq)+Cl,-,(aq),HAc(aq)H,+,(aq)+Ac(aq),NH,4,+,(aq)H,+,(aq)+NH,3,(aq),HCO,3,-,(aq)H,+,(aq)+CO,3,2-,(aq),Al(H,2,O),6,3+,H,+,(aq)+Al(H,2,O),5,(OH,-,),2+,共轭酸,H,+,(aq),+,共轭碱,酸、碱可以是分子，也可以是离子。酸给出质子后可以再结合质子，因此：,酸给出质子后就变为碱,：,酸,质子,+,碱 (,共轭酸碱对,),(,质子给予体）（H,+,）,(,质子接受体）,酸碱反应的实质,：,两个共轭酸碱对之间的质子转移反应,。,共轭酸碱对,：HAc,Ac,-,NH,4,+,NH,3,酸(1)碱(1)碱(3)酸(3),H,2,O,H,3,O,+,碱(2)酸(2),总反应为：,弱酸解离反应,HAc+H,2,O H,3,O,+,+Ac,-,酸(1)碱(2)酸(2)碱(1),弱碱解离反应,NH,3,+H,2,O OH,-,+NH,4,+,碱(3)酸(2)碱(2)酸(3),盐类水解反应,NaAc水解(Na,+,不与H,2,O反应,不破坏水的酸碱平衡)：,酸,(1),碱,(2),酸,(2),碱,(1),H,+,NH,4,Cl,水解,(Cl,-,不与,H,2,O,反应,不破坏水的酸碱平衡,),：,酸,(1),碱,(2),酸,(2),碱,(1),H,+,Ac,+H,2,O OH,+HAc,+H,2,O H,3,O,+,+NH,3,HCl +NH,3,=NH,4,+,+Cl,-,HAc+OH,-,=Ac,-,+H,2,O,酸碱质子理论认为：以上反应均为,酸碱反应,。,反应方向：,由,较强,的酸与,较强,的碱,作用，向着生成,较弱,的酸和,较弱,的碱的方向进行，称：,完全反应,。如：中和反应，用“,=”,表示。,由,较弱,的酸与,较弱,的碱作用，向着生成,较强,的酸和,较强,的碱的方向进行，称：,可逆反应。,用“”表示。,中和反应,H,+,H,+,酸碱质子理论扩大了酸碱的范围，它比电离理论更广泛，其酸碱的定义,只以,H,+,为判据,，与溶剂无关，可以解释,NH,3,、,Na,2,CO,3,以及,NH,4,Cl,等的酸碱性。,两性物质,:H,2,O,HCO,3,(,所有酸式根,),无盐的概念,:NH,4,Cl (,酸碱复合物,),酸碱质子理论是概念的一场革新：,3,、酸碱电子理论,凡能,接受电子对,的物质是,酸,，凡能,给出电子对,的物质是,碱,也称为路易斯酸碱理论。,H+,OH=H,2,O,酸+碱=酸碱加合物,(,1)H,3,BO,3,H,+,+H,2,BO,3,(错误),H,3,BO,3,+H,2,O B(OH),4,+H,+,（,硼酸是路易斯酸）,Cu,2+,+4NH,3,Cu(NH,3,),4,2+,深蓝色,酸 碱 加合物,酸碱电子理论摆脱了酸必须含有,H,的限制，包括的范围更广。,3.2.,2,酸和碱解离平衡,（1）计算解离平衡常数,K,：,除少数强酸、强碱外，大多数酸和碱溶液都存在解离平衡，其平衡常数称为,解离常数,K,a,或,K,b,，其值可由热力学数据求算，,也可由实验测定出平衡浓度，直接带代入,K,式等方法求出。,（2）一元弱酸和一元弱碱的解离平衡,HAc,HF(,一元,分子,酸,),醋酸,HAc,:,HAc(aq),+H,2,O(l),=H,+,(aq)+Ac(aq),可以简写为：,HAc(aq)=H,+,(aq)+Ac(aq),HF+H,2,O F,-,+H,3,O,+,查附录4，得：,HF(,K,a,=,3.5310,-4,),和,HAc(,K,a,=,1.7610,-5,),。,知：,HF,的酸性比,HAc,强。,同类型,的弱酸,(,或弱碱,),的相对强弱可由解离常数值的大小得出,。,K,a,1很强酸,;10,-2,10,-3,中强酸,;10,-3,10,-7,弱酸；10,-7,mol,L,-1,，,pH7,（1）纯水：,c(H,+,)=c(OH,-,)=1.010,-7,mol,L,-1,(3)碱性溶液中,c(,OH,-,),10,-7,mol,L,-1,，,pH7,；,pOH380 0.10,x,0.1,pH=lg,c,(H,+,)=lg(1.3310,-3,)=3,0.12=2.88,例题,例,计算,0.100 moldm,-3,NH,4,Cl,溶液中,H,+,浓度及其,pH,值,。,解,：,NH,4,Cl(aq)=NH,4,+,(aq)+Cl,(aq),NH,4,+,(aq)+H,2,O(,l,),=,NH,3,(aq)+H,3,O,+,(aq),K,a,=5.6510,-10,pH,=,lg,c,(H,+,),=,lg,(7.5210,-6,)=5.12,(b),一元弱碱,BOH,B,+,+OH,-,起始浓度,c 0 0,平衡浓度,c-y y y,得,”,c(OH,-,),精确计算公式,”,：,BOH,当,c,/,K,b,380,时，(即：,y,5%,c,或,解离度,5%）,可作如下近似：c,-,y,c，或,得到：,称,“,c(OH,-,),近似计算公式,(,最简式,),”,“,稀释定律,”,求：,-1,NH,3,H,2,O,溶液的,c(OH,-,),和,c(H,+,),：,解：,NH,3,的解离平衡反应式：,NH,3,+H,2,O OH,-,+NH,4,+,平衡浓度,0.1-c(OH,-,),c(OH,-,),c(OH,-,),例如：计算,0.1M NaAc,溶液的,pH,值,解：,Ac,-,+H,2,O OH,-,+HAc,起始,0.1 0 0,平衡,c-x x x,pOH=6-lg7.5=5.18,(3),多元弱酸和多元弱碱,(a),多元弱酸的解离平衡,多元弱酸,的解离是分级进行的，每一级解离都有一个解离常数,以磷酸为例：,一级解离：,二级解离：,三级解离：,说明,K,a,3,K,a,2,K,a2,，,c(H,+,),应当主要来自于第一级解离。,H,2,CO,3,H,+,+HCO,3,-,起始,-1,0.04 0 0,平衡,0.04-x x x,可用,近似公式计算,求,c(CO,3,2-,),必须用第二步解离平衡,解：,HCO,3,-,H,+,+CO,3,2,起始,1.310,-4,1.310,-4,0,平衡,1.310,-4,-y 1.310,-4,+y y,第一步产生的,H,+,（同离子），抑制了第二步的解离,即,结论：,在,多元酸（,H,n,A,）水溶液中（没有相同离子存在时）,其,c(A,2-,)=K,a2,，,但是当有其他酸碱时,c(A,2-,),K,a2,求：在,H,2,CO,3,饱和溶液,中,加入,HCl,至,1.010,-3-1,，此溶液的,c(H,+,),和,c(CO,3,2-,)=,？,解：溶液的,c(H,+,)=1.010,-3-1,(,存在相同离子时）,利用多重平衡：,K=K,a1,K,a2,H,2,CO,3,2,H,+,+CO,3,2,（,b,）多元弱碱的解离平衡,以,Na,2,CO,3,为例：,第一步水解,:,第二步,水解：,HCO,3,-,+H,2,O H,2,CO,3,+OH,-,K,b1,K,b2,计算,c(OH,-,),可以,只考虑第一步水解：,例 计算,-1,Na,2,CO,3,溶液的,pH,值。,解：,K,b1,K,b2,，,OH,-,主要来自于第一步水解,起始,c 0 0,平衡,c-c(OH,-,)c(OH,-,)c(OH,-,),思考,1,：对于共轭酸碱的概念，若其共轭酸越强，则其共轭碱越弱。此结论正确吗？,答：,K,a,、,K,b,互成反比，体现了共轭酸碱之间的强度对立,统一的辨证关系。,思考,2,：设有一个二元酸，其一 级和二级解离常数分别为,K,a,1,和,K,a,2,，共轭碱的一 级和二级解离常数分别为,K,b,1,和,K,b,2,，它们之间有何关系？,答：已知,K,a,或,K,b,，可求共轭酸碱对中另一个碱或酸的,K,b,或,K,a,的值。在本题中，,K,a,1,K,b,2,=,K,w,；,K,a,2,K,b,1,=,K,w,。,共轭酸碱对的,K,b,与,K,a,关系：,判断反应的方向,（或反应限度）：,HCl +NH,3,=NH,4,+,+Cl,-,完全反应,较强酸,1,较强碱,2,较弱酸,2,较弱碱,1 K,1,1(=10,9,),HF +OH,-,=F,-,+H,2,O,完全反应,较强酸,1,较强碱,2,较弱酸,2,较弱碱,1 K,2,1(=10,9,),可逆反应,较弱碱,1,较弱酸,2,较强碱,2,较强酸,1 K,3,1(=10,-10,),Ac,+H,2,O OH,+HAc,3.2.3,缓冲溶液和,pH,的控制,(1),同离子效应和缓冲溶液,在,弱酸,的溶液中加入该酸的,共轭碱,（或在,弱碱,的溶液中加入该碱的,共轭酸,），使得弱酸或弱碱的解离度大大下降的现象，称为,“同离子效应”,。,如,HAc,的水溶液中，,加入一滴甲基橙，再加入少许,NaAc,固体，溶液由,橙红色,变为,橙黄色,，表明酸度降低了。,HAc(aq)=H,+,(aq)+Ac,-,(aq),由于,NaAc=Na,+,+Ac,，使,Ac,增多，,HAc,解离平衡向左移动，,HAc,的解离度降低,。,例题,例,在,0.100 moldm,-3,HAc,溶液中加入一定量固体,NaAc,，使,NaAc,的浓度等于,0.100 moldm,-3,，,求该溶液中,H,+,浓度，,pH,和,HAc,的解离度,。,解,：设已解离的,HAc,的浓度为,x,moldm,-3,HAc=H,+,+Ac,起始浓度,/moldm,-3,平衡浓度,/moldm,-3,0.1,x,x,0.1+,x,c,(H,+,)=,x,moldm,-3,=1.76 10,-5,moldm,-3,与例相比,同离子效应使,HAc,从,1.34%,降为,0.018%,c,(H,+,),从,1.34 10,-3,moldm,-3,减少到,1.76 10,-5,moldm,-3,(,降低,76,倍,),。,缓冲溶液,弱酸及其共轭碱（或弱碱及其共轭酸）所组成的溶液具有一个重要性质：该,溶液的,pH,在一定范围内不因,稀释,或外,加少量酸,或,加少量碱,而发生显著变化,。即：,对外加的酸和碱具有缓冲能力，这种溶液称作,缓冲溶液,。,以,HAc,和,NaAc,的混合溶液为例,:,NaAc=Na,+,+Ac,-,HAc(aq)=H,+,(aq)+Ac,-,(aq),系统中大量,HAc,、,Ac,存在，使,H,+,相对较少。,当溶液中加入少量强酸时,，,H,+,与,Ac,结合生成弱电解质,HAc,，,HAc,的浓度稍增加，,使,H,+,的浓度保持基本不变,。,若往系统中,加入少量强碱,，则,OH,-,与,H,+,结合生成弱电解质,H,2,O,，使,HAc,解离平衡右移，,HAc,的浓度稍减少，,而使,H,+,的浓度仍保持基本不变。,加少量水稀释,，,c,HAc,和,c,Ac,同时减小,，,而使,H,+,的浓度仍保持基本不变。,缓冲溶液的,pH,当加入,大量的,强酸或强碱，使溶液中的,Ac,或,HAc,耗尽，则溶液将,失去缓冲能力,。,组成缓冲溶液的一对共轭酸碱，如,HAcAc,又称为：,缓冲对,。可用通式表示缓冲对之间存在的平衡：,共轭酸,=,共轭碱,+H,+,由,酸,-,共轭碱,组成的酸性缓冲液：,（）,由,碱,-,共轭酸,组成的,碱,性缓冲液：,取负对数：,可见，缓冲液,pH,（或,pOH,）值取决于,共轭酸碱对,的,浓度比,。,若,C,酸,/C,共轭碱,（或,C,碱,/C,共轭酸,）,=,1,：,1,，此时,“缓冲能力”最大,。,（）,例题,附例,3.4,40.00 cm,3,1.000moldm,-3,HAc,与,3,1.000 moldm,-3,NaOH,混合，求混合液的,pH?,解,：,HAc+NaOH=NaAc+H,2,O,，由于,HAc,过量，反应平衡后生成的,Ac,，并剩余,0.02000mol HAc,，因此，为,缓冲溶液,，溶液总体积为,60cm,3,。于是,已知：,HAc,的,p,K,a,为,因此，,例题,解,：,3,缓冲溶液中加入,HCl,后总体积为,50.05 cm,3,，加入的,1.000 moldm,3,HCl,由于稀释，浓度变为：,由于加入的,H,+,的量相对于溶液中,Ac,的量而言很小，可认为加入的,H,+,完全与,Ac,结合成,HAc,分子。于是,c,(HAc)=(0.1000+0.001)mol dm,3,=0.101 mol dm,3,c,(Ac)=(0.1000 0.001)mol dm,3,=0.099 mol dm,3,附例,3.5,已知若在,50.00 cm,3,含有,0.1000 moldm,3,的,HAc,和,0.1000 moldm,3,NaAc,缓冲液,中，加入,0.050 cm,3,1.000 moldm,3,HCl,，求其,pH,。,说明,计算结果表明，,50 cm,3,HAc-NaAc,缓冲溶液中，若加入少量的强酸,3,1.0moldm,-3,的,HCl),，溶液的,pH,由降至，仅改变；但若在,50cm,3,纯水,(pH=7),中加入,3,1.0 moldm,-3,HCl,溶液，则由于,H,+,的浓度约为,0.001moldm,-3,，,pH,等于,3,。即,pH,改变了,4,个单位。,思考,：缓冲溶液的缓冲能力与哪些因素有关？,缓冲能力主要与以下因素有关：,缓冲溶液中共轭酸的,p,K,a,（或,p,K,b,）值,：缓冲溶液的,pH,值在其,p,K,a,值附近,时，缓冲能力最大。,缓冲对的浓度,：缓冲对的,浓度均较大,时，缓冲能力较大。,（一般在,1.0molL,-1,）。,缓冲对的浓度比,:,为,1:1,或相近,(0.110),时,缓冲能力较大。,(2),缓冲溶液的应用和选择,应选择共轭酸的,p,K,a,与要求的,pH,相近的缓冲对,缓冲溶液的,pH,主要取决于缓冲对的,K,a,或,K,b,缓冲对的浓度比应控制在和,10,范围之内,。,此时，缓冲溶液的,pH,和,p,K,a,之间有以下关系：,缓冲溶液的有效范围：,选择缓冲对：,pK,a,pH,的弱酸及其共轭碱；,或,pK,b,pOH,的弱碱及其共轭酸。,例如：,需配制,pH,约等于,3,的缓冲溶液,，可选择,H,3,PO,4,_,NaH,2,PO,4,配制,pK,a1,H3PO4,3,需配制,pH,约等于,5,的缓冲溶液,，可选择,HAc-NaAc,配制,pK,a,HAc,5,需配制,pH,约等于,7,的缓冲溶液,，可选择,NaH,2,PO,4,_,NaHPO,4,pK,a2,H3PO4,7,需配制,pH,约等于,9,的缓冲溶液,，可选择,NH,3,-NH,4,Cl,pK,b,NH3,5,；,pK,a,9,例,:,欲配制，含,c,HAc,moldm,-3,的,3,缓冲溶液，,需,2,O,多少克？需,moldm,-3,的,HAc,多少毫升？,解：,pH=pK,a,-logc(HAc)/c(NaAc),需,2,O,的质量,=0.351.0=48g,需,-3,的,HAc,的体积,1000/2.0=100,mL,。,配制方法：称取,48,克,2,O,固体，加入少量水溶解后，再加入,100mL 2.0mol,dm,-3,的,HAc,溶液，并用水稀释至,1000mL,，混合搅匀即可。,常用缓冲溶液,缓冲溶液,共轭酸碱对,p,K,a,缓冲范围,HCO,2,H/NaOH,HCO,2,H,-HCO,2,3.75,2.754.75,CH,3,CO,2,H/CH,3,CO,2,Na,HAc,-Ac,4.75,3.755.75,NaH,2,PO,4,/Na,2,HPO,4,H,2,PO,4,-HPO,4,2,7.21,6.218.21,NH,3,H,2,O/NH,4,Cl,NH,4,+,-NH,3,9.25,8.2510.25,NaHCO,3,/Na,2,CO,3,HCO,3,-CO,3,2,10.25,9.2511.25,Na,2,HPO,4,/NaOH,HPO,4,2,-PO,4,3,12.66,11.6613.66,常用缓冲溶液的缓冲范围,利用平衡常数计算,c(H,+,),值：,例如：在,0.2M NH,4,NO,3,溶液中分别加入（,1,）少量、,（,2,）等体积、（,3,）过量的,0.2MNaOH,求：溶液的,pH,值。,思路：,NaOH,和弱酸,NH,4,+,发生反应,(K=610,4,反应很完全,),，成,NH,3,和,NaNO,3,。而,NH,3,能与,H,2,O,发生解离反应,(K=1.710,-5,),产生,c(OH,-,),使溶液的,c(H,+,)c(OH,-,),。,“加入少量”为,NH,3,-NH,4,+,缓冲体系；,“加等体积”为,3,溶液；,“加过量”为,NH,3,-NaOH,体系：,c(OH,-,)=c(NaOH),附例：,1,.,比较同浓度,Na,2,S,NaAc,NaCN,Na,2,CO,3,溶液,pH,的大小。,(,已知有关的,K,a,K,b,),2.,定性比较,-3,下列溶液的,pH(,根据化学知识,),。,HAc,HAc+NaAc,H,3,PO,4,NaAc,Na,2,CO,3,NaOH,作业,7；,2，4，8；,11，12，1,5,；,谢谢观看,谢谢观看,