大学化学第二版科学出版社第二章第二节2+2课时.ppt

1.水的离子积水的离子积H2O+H2OH+H3O+OH-或或 H2OH+OH-2.3.1 水的离子积和水的离子积和pH2.3 弱电解质的解离平衡弱电解质的解离平衡将质子从一个分子转移给另一个同类分子的将质子从一个分子转移给另一个同类分子的反应叫反应叫质子自递作用质子自递作用。1编辑ppt298.15K、纯水中：纯水中：水的离水的离子积常子积常数数一定温度时一定温度时,水溶液中水溶液中ceq(H+)/cceq(OH-)/c 为为一常数。一常数。Kw的意义：的意义：H2OH+OH-2编辑ppt2.溶液的酸碱性溶液的酸碱性(pH值值)pKW=-lg(KW)pH=-lgceq(H+)/cpOH=-lgceq(OH-)/c 稀溶液稀溶液、298.15K时时：ceq(H+)/cceq(OH-)/c=KW -lgceq(H+)/c lgceq(OH-)/c=-lgK pH+pOH=pKW pH+pOH=143编辑ppt 1.一元弱酸的解离平衡常数一元弱酸的解离平衡常数Ka HB H+B-越大，酸性越强。越大，酸性越强。顺序：顺序：HAcNH4+HS-HAc 1.7610-5NH4+5.610-10HS-1.010-14 如如:如如:HAc H+Ac-2.3.2 一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸、弱碱的解离平衡弱电解质弱电解质K=10-210-7，极弱电解质极弱电解质K 10-7.4编辑ppt设设HAc的初始浓度为的初始浓度为c0,平衡时平衡时一元弱酸一元弱酸溶液溶液pH值的计算：值的计算：初始浓度初始浓度 c0 0 0 HAc H+Ac-平衡时平衡时 c0-x x x 当当c/Ka500时，时，c0-x c0则：则：ceq(H+)=x Kac05编辑ppt【例例2-3】计计算算0.10moldm-3 HAc溶溶液液中中ceq(H+)、pH值和解离度值和解离度。已知。已知Ka=1.7410-5。解：解：pH=-lgceq(H+)/c=-lg1.3210-3/1.0=2.88ceq(H+)=1.3210-3(moldm-3)ceq(H+)Kac0答答:(:(略略)6编辑ppt2.一元弱碱的解离平衡常数一元弱碱的解离平衡常数B-+H2O HB +OH-越大越大,碱性越强碱性越强.如如:NH3+H2O NH4+OH-7编辑ppt一元弱碱一元弱碱溶液溶液pH值的计算值的计算:设设NH3的初始浓度为的初始浓度为c0,平衡时平衡时 NH3 +H2O NH4+OH-初始浓度初始浓度 c0 0 0 平衡时平衡时 c0-x x x 再求再求 pH=14-pOH当当c/Kb500时，时，c0-xc0则：则：ceq(OH-)=x Kbc08编辑ppt【例例2.62.6】计算计算0.20 molL-1NH3H2O溶液中溶液中OH-的浓度、的浓度、pH 值及解离度值及解离度()。（。（查表知查表知NH3H2O的的Kb=1.77101.7710-5-5）pOH=-lgceq(OH-)/c=-lg1.8810-3/1.0=2.73 pH=14 pOH=14 2.73=11.27解解:0.20 5001.7710-5 c0/Kb .ceq(OH-)Kbc0 ceq(OH-)1.7710-50.20=1.8810-3(moldm-3)=ceq(OH-)/c0=1.88 10-3/0.2=0.94 答答:(:(略略).).9编辑ppt HB H+B-B-+H2O HB+OH-298.15K时时(25 C时时):Kw=10-14.共轭酸碱对的解离平衡常数的关系共轭酸碱对的解离平衡常数的关系 在一定温度下的稀溶液中在一定温度下的稀溶液中:p +p =1410编辑ppt【例例2-7】已知已知298.15K时时,NH3的碱解离常数为的碱解离常数为 Kb=1.7710-5，试求，试求NH4+的酸解离常数的酸解离常数Ka。NH4+和和NH3是共轭酸碱对是共轭酸碱对.解解:=5.6510-10 1.7710-5 NH4+H+NH3 (Ka )Kw 10-14根据根据答答:(:(略略)11编辑ppt 【例例2-8】已知已知HAc的酸解离常数的酸解离常数Ka=1.7510-5,计算计算0.10moldm-3 NaAc溶液的溶液的pH值。值。解解:Ac-+H2O HAc+OH-(Kb)=5.7110-10 1.7510-5Kw 10-14 c0/Kb=0.10/(5.7110-10)500 ceq(OH-)Kb c0 =5.7110-10 0.1 =7.5610-6moldm-3 pOH=-lgceq(OH-)/c=-lg 7.5610-6/1.0=5.12pH=14 pOH=14 5.12=8.88 答答:(:(略略).).根据根据KaKb=Kw12编辑ppt任何多元弱电解质中：任何多元弱电解质中：离解特点离解特点:(1)部分解离；部分解离；(2)分步解离分步解离;(3)当当 103 以第一步解离为主以第一步解离为主.如：如：2.3.3 多元弱电解质的分级解离多元弱电解质的分级解离多元弱酸、多元弱碱在水中是多元弱酸、多元弱碱在水中是分级分级解离的。解离的。H2S H+HS-HS-H+S2-=ceq(H+)/cceq(HS-)/c=9.110-8ceq(H2S)/c=ceq(H+)/cceq(S2-)/cceq(HS-)/c=1.110-12=4.3010-7=5.6110-11 H2CO3 HCO3-+H+;HCO3-CO32-+H+.13编辑ppt 【例【例2-9】求室温下求室温下0.1moldm-3H2S饱和水溶液中饱和水溶液中H+、HS-、S2-的浓度的浓度.(=9.110-8;=1.110-12)c0/500 0.1-x0.1.x=ceq(H+)=ceq(HS-)=9.5410-5 mol.L-1解解:1.由于由于 所以以第一步解离为主所以以第一步解离为主.设设ceq(H+)=x.H2S HS-+H+(Ka1=9.110-8)初始浓度初始浓度mol.L-1 0.1 0 0 平衡浓度平衡浓度mol.L-1 0.1-x x x =9.110-8ceq(H+)/cceq(HS-)/cceq(H2S)/c0.1-xx214编辑ppt 2.设设ceq(S2-)=y HS-S2-+H+(Ka2=1.110-12)起始浓度起始浓度moldm-3 9.5410-5 0 9.5410-5 平衡浓度平衡浓度moldm-3 9.5410-5-y y 9.5410-5+y 或者利用多重平衡规则或者利用多重平衡规则:H2S S2-+2H+(P47)9.5410-5-y9.5410-5+y9.5410-5可调节酸度可调节酸度,控制控制溶液中溶液中S2-浓度浓度=1.110-12ceq(H+)/cceq(S2-)/cceq(HS-)/c9.5410-5-yy(9.5410-5+y)yKa2=ceq(S2-)=1.110-12moldm-3 答答:(:(略略)Ka=Ka1Ka2=ceq(H+)/c2ceq(S2-)/cceq(H2S)/c 任何单一的二元弱酸中任何单一的二元弱酸中的二价负离子浓度均等的二价负离子浓度均等于其二级解离常数于其二级解离常数.ceq(H+)Ka1c015编辑ppt 弱酸和弱碱的解离平衡是有条件的、暂时的动态弱酸和弱碱的解离平衡是有条件的、暂时的动态平衡。平衡。当温度、浓度等当温度、浓度等条件改变条件改变时时,解离平衡也会解离平衡也会发发生移动生移动.1.同离子效应同离子效应2.3.4 同离子效应和缓冲溶液同离子效应和缓冲溶液当弱酸或弱碱在溶液中达到解离平衡后当弱酸或弱碱在溶液中达到解离平衡后,如果加入如果加入含有含有相同离子的强电解质相同离子的强电解质时时,原来的平衡就遭到破坏原来的平衡就遭到破坏,平衡将平衡将向着解离的相反方向移动向着解离的相反方向移动,这种现象称为这种现象称为同离子效应。同离子效应。例如例如:NH3+H2O OH-+NH4 若加入若加入NH4盐盐,平衡会平衡会向逆方向向逆方向移动移动,解离度解离度.16编辑ppt【例例2-10】在在0.400molL-1氨水溶液中，加入等体积氨水溶液中，加入等体积0.400molL-1 NH4Cl溶液，求混合溶液中溶液，求混合溶液中OH-浓度、浓度、pH值和值和NH3H2O的解离度。的解离度。(Kb=1.7710-5)p48解：解：等体积等体积等体积等体积混合混合混合混合:c(NH3)=c(NH4+)=0.400/2=0.200 molL-1 设设ceq(OH-)=x NH3 +H2O NH4+OH-初始浓度初始浓度mol.L-1 0.2 0.2 0平衡浓度平衡浓度mol.L-1 0.2-x 0.2+x x =1.7710-50.2-x(0.2+x)x 0.2/Kb 500,且有同离子效应的影响且有同离子效应的影响.0.2-x 0.2+x 0.2.同离子效应溶液同离子效应溶液pH计算计算:17编辑ppt【例例2-10】在在0.400molL-1氨水溶液中，加入等体积氨水溶液中，加入等体积0.400molL-1 NH4Cl溶液，求混合溶液中溶液，求混合溶液中OH-浓度、浓度、pH值和值和NH3H2O的解离度。的解离度。(Kb=1.7710-5)x=ceq(OH-)=Kb 1.7710-5(续上页续上页)NH3 +H2O NH4+OH-初始浓度初始浓度mol.L-1 0.2 0.2 0平衡浓度平衡浓度mol.L-1 0.2-x 0.2+x x pOH=-lgceq(OH-)/c=-lg 1.7710-5/1.0=4.75pH=14 pOH=14 4.75=9.25=x/c0=1.7710-5/0.200=8.9510-5=0.009%答答:(:(略略).).18编辑ppt解解:(1)设设c(H+)=Xmol.L-1 HAc Ac-+H+(Ka=1.7510-5)起始浓度起始浓度mol.L-1 0.1 0 0 平衡浓度平衡浓度mol.L-1 0.1-X X X 【例【例2-11】计算计算0.1 moldm-3HAc溶液的溶液的pH和和HAc的的 解离度解离度();若向上述溶液中加入固体若向上述溶液中加入固体NaAc使其浓度为使其浓度为0.1moldm-3,计算混合溶液的计算混合溶液的pH和和HAc的解离度。的解离度。c0/Ka500 0.1-X0.1pH=-lgceq(H+)/c=2.88.ceq(H+)Ka c0=1.3210-3(moldm-3)19编辑ppt减小减小【例【例2-11】计算计算0.1 moldm-3HAc溶液的溶液的pH和和HAc的的 解离度解离度();若向上述溶液中加入固体若向上述溶液中加入固体NaAc使其浓度为使其浓度为0.1moldm-3,计算混合溶液的计算混合溶液的pH和和HAc的解离度。的解离度。(2)NaAc是强电解质：是强电解质：NaAc =Na+Ac-c(Ac-)=0.1mol.L-1 设设ceq(H+)=Ymol.L-1 HAc Ac-+H+起始浓度起始浓度mol.L-1 0.1 0.1 0 平衡浓度平衡浓度mol.L-1 0.1-Y 0.1+Y Y 0.1/Ka 500 0.1-Y0.1+Y0.1 Y=ceq(H+)=Ka=1.7510-5 moldm-3;pH-lgceq(H+)/c=4.75 =1.7510-5/0.1=0.02%答答:(略略).(Ka=1.7510-5)Ka=1.7510-5ceq(H+)/cceq(Ac-)/cceq(HAc)/c 0.1-Y(0.1+Y)Y20编辑ppt(1)+少量少量0.1 moldm-3HCl(a)0.1moldm-3 HCl+混合指示剂混合指示剂(b)0.1 moldm-3NaOH+混合指示剂混合指示剂(2)+少量少量0.1 moldm-3NaOH(3)+少量水少量水HAc NaAc溶液溶液+混合指示剂混合指示剂?2.缓冲溶液缓冲溶液21编辑ppt注意注意:缓冲能力是有限的缓冲能力是有限的,只能缓冲少量的酸碱只能缓冲少量的酸碱。能能够够抵抵抗抗外外加加少少量量酸酸、碱碱和和水水的的稀稀释释,而而本本身身pH值不发生显著变化的作用称为缓冲作用。值不发生显著变化的作用称为缓冲作用。缓缓 冲冲作作 用用缓缓 冲冲溶溶 液液具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。组成特点：组成特点：酸式盐酸式盐+次级盐次级盐NaHCO3-Na2CO3 NaH2PO4-Na2HPO4 弱酸弱酸+弱酸盐弱酸盐 HAc-NaAc H2CO3-NaHCO3 弱碱弱碱+弱碱盐弱碱盐 NH3NH4Cl 组成组成抗酸成分抗酸成分 +抗碱成分抗碱成分缓冲对（系）缓冲对（系）22编辑ppt加入酸加入酸HCl:Cl-Ac-H+Na+作用作用机制机制在在HAc-NaAc缓冲溶液中缓冲溶液中:HAc H+Ac-;NaAc=Na+Ac-抗酸组分抗酸组分 Ac-与与H+结合，生成结合，生成HAc，溶液中，溶液中H+的的浓度无显著变化。浓度无显著变化。Ac-抗酸组份抗酸组份.23编辑pptOH-加入碱加入碱KOH:K+在在 HAc-NaAc缓冲溶液中缓冲溶液中:HAc H+Ac-;NaAc=Na+Ac-Cl-Ac-H+Na+OH-与与H+结合，生成结合，生成 H2O,溶液中溶液中H+的浓的浓度无显著变化。度无显著变化。HAc抗碱组份。抗碱组份。抗碱组分抗碱组分由于缓冲溶液中存在着由于缓冲溶液中存在着抗酸组分抗酸组分和和抗碱组分抗碱组分，因，因此能够抵抗外来少量的强酸或强碱或水的稀释。使溶此能够抵抗外来少量的强酸或强碱或水的稀释。使溶液中的液中的H+浓度无明显变化。浓度无明显变化。24编辑ppt缓冲溶液缓冲溶液pH计算公式计算公式:1.弱酸弱酸-弱酸盐弱酸盐缓冲体系缓冲体系(如如HAc-NaAc)共轭酸共轭酸 H+共轭碱共轭碱 (Ka)缓冲溶液中缓冲溶液中的初始浓度的初始浓度ceq(H+)/cceq(共轭碱共轭碱)/cceq(共轭酸共轭酸)/c Ka=ceq(H+)/cc(共轭碱共轭碱)c(共轭酸共轭酸)ceq(H+)/c=c(共轭碱共轭碱)Kac(共轭酸共轭酸)pH=pKa-lg c(共轭碱共轭碱)c(共轭酸共轭酸)2.弱碱弱碱-弱碱盐弱碱盐缓冲体系缓冲体系(如如NH3-NH4Cl)c(共轭碱共轭碱)c(共轭酸共轭酸)HAc H+Ac-pOH=pKb-lg对于对于NH3-NH4Cl体系体系:c(NH3)c(NH4+)pOH=pKb-lg对于对于HAc-NaAc体系体系:c(HAc)c(Ac-)pH=pKa-lg 1.弱酸弱酸-弱酸盐弱酸盐缓冲体系缓冲体系(如如HAc-NaAc)25编辑ppt =-lg(1.7510-5)-lg =4.75解解:(1)【例【例2-12】含有含有0.1 moldm-3HAc和和0.1 moldm-3NaAc的的缓冲溶液的缓冲溶液的pH值是多少值是多少?若往若往100cm3上述缓冲溶液中加上述缓冲溶液中加入入10 cm3含有含有0.01 moldm-3的的HCl溶液、溶液、10 cm3含有含有0.01 moldm-3的的NaOH溶液溶液,计算各自的计算各自的pH值值.(Ka=1.7510-5)c(共轭碱共轭碱)c(共轭酸共轭酸)HAc-NaAc为为弱酸弱酸-弱酸盐缓冲体系弱酸盐缓冲体系 pH=pKa-lg =-lg(Ka)-lgc(HAc)c(Ac-)0.10.1c(HAc)=0.1 moldm-3c(Ac-)=0.1moldm-326编辑ppt(2)加加HCl 溶液后生成溶液后生成HAc:HCl=H+Cl-;H+Ac-HAc c(HAc)=0.1100/110+0.0110/110=0.092mol.L-1 c(Ac-)=0.1100/110-0.0110/110=0.09mol.L-1 pH=pKa-lg =-lg(Ka)-lg =4.74c(HAc)c(Ac-)0.0920.09【例【例2-12】含有含有0.1 moldm-3HAc和和0.1 moldm-3NaAc的的缓冲溶液的缓冲溶液的pH值是多少值是多少?若往若往100cm3上述缓冲溶液中加上述缓冲溶液中加入入10 cm3含有含有0.01 moldm-3的的HCl溶液、溶液、10 cm3含有含有0.01 moldm-3的的NaOH溶液溶液,计算各自的计算各自的pH值值.(Ka=1.7510-5)27编辑ppt(3)加加NaOH溶液后生成溶液后生成H2O:NaOH+HAc NaAc+H2O c(HAc)=0.1100/110-0.0110/110=0.09 mol.L-1 c(Ac-)=0.1100/110+0.0110/110=0.092mol.L-1 pH=pKa-lg =-lg(Ka)-lg =4.76c(HAc)c(Ac-)0.090.092【例【例2-12】含有含有0.1 moldm-3HAc和和0.1 moldm-3NaAc的的缓冲溶液的缓冲溶液的pH值是多少值是多少?若往若往100cm3上述缓冲溶液中加上述缓冲溶液中加入入10 cm3含有含有0.01 moldm-3的的HCl溶液、溶液、10 cm3含有含有0.01 moldm-3的的NaOH溶液溶液,计算各自的计算各自的pH值值.(Ka=1.7510-5)28编辑ppt影响缓冲能力大小的因素影响缓冲能力大小的因素1.c总总:当缓冲比当缓冲比c(B)/c(HB)一定时一定时,c总总越大越大,缓冲能力越强缓冲能力越强.2.缓冲比缓冲比:当当c总总一定时一定时,缓冲比缓冲比等于等于 1 时时,缓冲能力最强缓冲能力最强,此时此时 pH(缓缓)=pKa.3.缓冲范围缓冲范围:缓冲比为缓冲比为 0.1 10时时,缓冲溶液具有较好的缓冲效果缓冲溶液具有较好的缓冲效果.此时此时 pH(缓缓)=pKa1,称做缓冲溶液的称做缓冲溶液的缓冲范围缓冲范围.例如例如HAc-NaAc体系体系:c(HAc)c(Ac-)pH=pKa-lg29编辑ppt缓冲溶液的选择原则：缓冲溶液的选择原则：pH(pH(被控溶液被控溶液被控溶液被控溶液)pK)pKa a(缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液缓冲溶液)30编辑ppt在在同同一一温温度度下下,对对于于同同一一缓缓冲冲对对组组成成的的缓缓冲冲溶溶液液的的,Ka值值是是相相同同的的,缓缓冲冲溶溶液液的的pH值值大大小小只只取取决决于于缓缓冲冲比比,改改变变缓缓冲冲比比,即即可可配配制制具具有有不不同同pH值的缓冲溶液值的缓冲溶液.例如例如HAc-NaAc体系体系:c(HAc)c(Ac-)pH=pKa-lg缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制(原理和计算原理和计算):31编辑ppt【例例2-13】欲配制欲配制pH=9.20,NH3H2O浓度为浓度为1.0moldm-3 的缓冲溶液的缓冲溶液500cm3,试计算所需浓氨水的体积和固体试计算所需浓氨水的体积和固体 NH4Cl的质量的质量.(已知浓氨水的浓度为已知浓氨水的浓度为15moldm-3,Kb=1.7710-5,M(NH4Cl)=53.5gmol-1)解解:NH3H2O-NH4Cl缓冲溶液为弱碱缓冲溶液为弱碱-弱碱盐缓冲体系弱碱盐缓冲体系 将将pOH=14-pH=4.8 代入代入,解得解得:c(NH4+)=1.12moldm-3 所需固体所需固体NH4Cl的质量为的质量为:m=nM=(cV)M=1.1250010-353.5=29.96g 所需浓氨水的体积为所需浓氨水的体积为:V1=(c2V2)/c1=(1.0500)/15=33.3cm3 c(共轭碱共轭碱)c(共轭酸共轭酸)pOH=pKb-lg =-lg(Kb)-lg c(NH3H2O)c(NH4+)答答(略略).).32编辑ppt【试一试试一试】向盛有向盛有30cm30.1moldm-3的氨水中的氨水中,分别加入下列体积分别加入下列体积 的的0.1moldm-3HCl溶液溶液,试计算试计算:(1)加入加入10cm3HCl后后,混合溶液的混合溶液的pH;(n(HCl)n(NH3H2O)(2)加入加入30cm3HCl后后,混合溶液的混合溶液的pH;(n(HCl)=n(NH3H2O)(3)加入加入50cm3HCl后后,混合溶液的混合溶液的pH.(n(HCl)n(NH3H2O)解解:(1)氨水与盐酸反应生成氨水与盐酸反应生成NH4Cl:NH3 H2O HCl =NH4 Cl+H2O 反应后物质的量反应后物质的量mol 0.002 0 0.001 反应反应后后浓度浓度:c(NH3 H2O)=0.002/0.04=0.05moldm-3 c(NH3H2O)c(NH4+)pOH=pKb-lg =-lg(Kb)-lg =4.45 pH=14-pOH=14-4.45=9.55(Kb=1.7710-5)0.0500.025 c(NH4+)=0.001/0.04=0.025moldm-3 反应前物质的量反应前物质的量mol 0.10.03 0.10.01 033编辑ppt解解:(2)氨水与盐酸反应生成氨水与盐酸反应生成NH4Cl:NH3 H2O HCl =NH4 Cl+H2O 反应后物质的量反应后物质的量mol 0 0 0.003反应后浓度反应后浓度:c(NH4+)=0.003/0.06=0.05moldm-3 反应前物质的量反应前物质的量mol 0.10.03 0.10.03 0 NH4+H+NH3 (Ka=Kw/Kb=5.6510-10 )0.05/Ka =0.05/(5.6510-10)500 ceq(H+)Ka c0 =5.3210-6moldm-3 pH=-lgceq(H+)/c=5.27【试一试试一试】向盛有向盛有30cm30.1moldm-3的氨水中的氨水中,分别加入下列体积分别加入下列体积 的的0.1moldm-3HCl溶液溶液,试计算试计算:(1)加入加入10cm3HCl后后,混合溶液的混合溶液的pH;(n(HCl)n(NH3H2O)(2)加入加入30cm3HCl后后,混合溶液的混合溶液的pH;(n(HCl)=n(NH3H2O)(3)加入加入50cm3HCl后后,混合溶液的混合溶液的pH.(n(HCl)n(NH3H2O)(Kb=1.7710-5)34编辑ppt解解:(3)氨水与盐酸反应生成氨水与盐酸反应生成NH4Cl:NH3 H2O HCl =NH4 Cl +H2O 反应后物质的量反应后物质的量mol 0 0.002 0.003 反应后浓度反应后浓度:c(HCl)=0.002/0.08=0.025moldm-3 反应前物质的量反应前物质的量mol 0.10.03 0.10.05 0 pH=-lgceq(H+)/c=1.60 HCl=H+Cl-c(H+)ceq(H+)=0.025moldm-3 答答:(:(略略).).【试一试试一试】向盛有向盛有30cm30.1moldm-3的氨水中的氨水中,分别加入下列体积分别加入下列体积 的的0.1moldm-3HCl溶液溶液,试计算试计算:(1)加入加入10cm3HCl后后,混合溶液的混合溶液的pH;(n(HCl)n(NH3H2O)(2)加入加入30cm3HCl后后,混合溶液的混合溶液的pH;(n(HCl)=n(NH3H2O)(3)加入加入50cm3HCl后后,混合溶液的混合溶液的pH.(n(HCl)n(NH3H2O)(Kb=1.7710-5)且且NH4+解离常数较小解离常数较小,解离出的解离出的H+可忽略可忽略.35编辑ppt作业作业:P59:3题题,5题题.36编辑ppt