第6章电解质溶液.pptx

第六章第六章 电解质溶液电解质溶液 6-5 6-5 缓冲缓冲溶液溶液第第6 6章章 电解质溶液与离子平衡电解质溶液与离子平衡6-1 6-1 强电解质溶液理论强电解质溶液理论6-2 6-2 酸碱质子理论酸碱质子理论6-3 6-3 水溶液中的质子转移平衡水溶液中的质子转移平衡6-4 6-4 质子转移平衡有关计算及平衡的移动质子转移平衡有关计算及平衡的移动 理论上，一般认为：理论上，一般认为：u强电解质：强电解质：解离度解离度=100%=100%的电解质的电解质u弱电解质：解离度弱电解质：解离度100%100%的电解质的电解质解离度（电离度）解离度（电离度）=已经电离的电解质的量已经电离的电解质的量电解质的总量电解质的总量强电解质和弱电解质的概念强电解质和弱电解质的概念100%6.1 6.1 强电解质溶液理论强电解质溶液理论 几种强电解质的表观解离度几种强电解质的表观解离度(0.10molL-1,298K)电解质电解质 KClHClHNO3H2SO4NaOHBa(OH)2ZnSO4 (%)86929261918140 6.1.1离子相互作用理论离子相互作用理论1.1.强电解质在水中完全解离强电解质在水中完全解离2.2.阴、阳阴、阳“离子氛离子氛(ion atmosphere)(ion atmosphere)”互相牵制，互相牵制，离子运动不完全自由离子运动不完全自由-+-阴离子阴离子“氛氛”+-阳离子阳离子“氛氛”ALL RIGHTS RESERVED 离子氛的存在使得自由离子浓度下降离子氛的存在使得自由离子浓度下降 解离度解离度 100%称为表观解离度称为表观解离度几种强电解质的表观解离度几种强电解质的表观解离度(0.10molL-1,298K)电解质电解质 KClHClHNO3H2SO4NaOHBa(OH)2ZnSO4 (%)86929261918140 总结：强电解质的总结：强电解质的“解离度解离度”100%的原的原因和弱电解质不同。因和弱电解质不同。前者是由于溶液中阴阳离子相互的吸引力使前者是由于溶液中阴阳离子相互的吸引力使得离子迁移速度减慢而引起的未完全电离的得离子迁移速度减慢而引起的未完全电离的假象；所以称为假象；所以称为表观解离度。表观解离度。后者则真实地反映了弱电解质在水中部分电后者则真实地反映了弱电解质在水中部分电离的情况。离的情况。6.1 6.1 强电解质溶液理论强电解质溶液理论 1.1.活度（活度（）：离子的有效浓离子的有效浓度度2.2.活度系数活度系数 1500 H+=1.3310-3(molL-1)【例例】计计算算0.10molL-1NH4Cl溶溶液液的的pH值值。已已知知NH3的的Kb=1.7710-5。解：解：NHNH4 4ClCl在在水水溶溶液液中中完完全全解解离离为为NHNH4 4+和和ClCl-，浓浓度度均均为为0.10mol0.10molL L-1-1。ClCl-为为极极弱弱的的碱碱,故故对对溶溶液液酸酸碱碱性性影响极小影响极小,通常可以忽略不计。而通常可以忽略不计。而NHNH4 4+是弱酸。是弱酸。/Ka=500 H+=7.5210-6(molL-1)pH=-lg7.5210-6=5.12NH4+的 同离子效应和盐效应同离子效应和盐效应1.同离子效应同离子效应在弱电解质溶液中加入含有相同离子的强电解质，将使在弱电解质溶液中加入含有相同离子的强电解质，将使弱电解质离解度下降的现象，称为同离子效应。弱电解质离解度下降的现象，称为同离子效应。pHOH-0.10molL-1NH3H2O+酚酞酚酞 红红 少量少量NH4Cl(s)颜色变浅颜色变浅如：如：如：如：HAc-NaAcHAcH+Ac-NaAcNa+Ac-Ac-平衡向左移动，平衡向左移动，。解释：解释：平衡移动原理平衡移动原理 设设HAc和和NaAc的起始浓度分别为的起始浓度分别为cHAc、cNaAc平衡时平衡时H+=molL-1HAcH+Ac-NaAcNa+Ac-则平衡时则平衡时 Ac-=(cNaAc+)HAc=(cHAc)【例例】计计算算0.10molL-1HAc溶溶液液的的H+和和解解离离度度。如如果果在在1L该该溶溶液液中中加加入入0.10molNaAc，则则溶溶液液中中H+和和HAc的的解解离度各为多少离度各为多少?已知已知HAc的的Ka=1.7610-5。解：解：盐效应盐效应 在弱电解质溶液中加入不含相同离子的强电解在弱电解质溶液中加入不含相同离子的强电解质，将使弱电解质的离解度略有增大的现象。质，将使弱电解质的离解度略有增大的现象。如如：0.10molL-1HAc =1.33%+0.10molL-1NaCl =1.82%解释：解释：用活度的概念用活度的概念 注意注意：在发生同离子效应的同时在发生同离子效应的同时,也存在着盐效应。二者结果也存在着盐效应。二者结果正好相反，但同离子效应远远超过盐效应。所以正好相反，但同离子效应远远超过盐效应。所以通常情况下通常情况下,可以忽略盐效应。在一般计算中可以忽略盐效应。在一般计算中,也可不予考虑也可不予考虑。一元弱碱溶液一元弱碱溶液 【例例】计算计算0.10molL-1NaAc溶液的溶液的pHpH值。已知值。已知HAc的的Ka=1.7610-5。解：解：c/Kb500 多元弱酸溶液多元弱酸溶液能释放出多个质子的酸称为能释放出多个质子的酸称为多元弱酸多元弱酸 如：如：=8.9110-8=1.1210-12 任何多元弱酸中：离解特点：部分解离（共性）；离解特点：部分解离（共性）；分步解离，以第一步为主（个性）。分步解离，以第一步为主（个性）。【例例】计算计算0.10molL-1H2S溶液中的溶液中的H+、HS-及及S2-。已知。已知Ka1=8.9110-8，Ka2=1.1210-12。解：设H+=molL-1，并忽略第二步解离平衡浓度/molL-1 0.10-一元弱酸的近似公式：H+HS-=9.4410-5（molL-1）HS-H+S2-平衡浓度平衡浓度/molL-1 y设设S2-=ymolL-1 S2-Ka2=1.110-12(molL-1）结论：结论：二元弱酸二元弱酸 H2AA2-Ka2 多元弱碱溶液多元弱碱溶液能够接受多个质子的碱称为能够接受多个质子的碱称为多元碱多元碱,例如例如COCO3 32-2-、S S2-2-、POPO4 43-3-等等.如：如：=Kw=Kw/=1.0010-14/(4.310-11)=1.7910-4=Kw/=1.0010-14/(5.610-7)=2.3310-8以第一步质子转移平衡为主以第一步质子转移平衡为主 【例例】计算计算0.100molL-1Na2CO3溶液的溶液的pH值值解解：pOH=3lg4.22=2.37pH=14.002.37=11.63 【例例】计计算算H+为为0.3molL-1的的环环境境下下，H2CO3饱饱和和溶溶液液中中CO32-的浓度为多少？已知的浓度为多少？已知H2CO3的浓度为的浓度为0.040molL-1解：解：6-5 6-5 缓冲溶液缓冲溶液6.6.5.5 5.5 缓冲溶液在医学上的意义缓冲溶液在医学上的意义6.6.5.1 5.1 缓冲溶液的基本概念缓冲溶液的基本概念6.6.5.2 5.2 缓冲溶液缓冲溶液pHpH值的计算值的计算6.6.5.3 5.3 缓冲容量缓冲容量6.6.5.4 5.4 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制 6.5.1 6.5.1 缓冲溶液的基本概念缓冲溶液的基本概念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值值不不发发生生显显著著变变化化的的作作用用称称为为缓缓冲冲作作用用,具具有有缓缓冲冲作作用用的的溶溶液液称称为为缓冲溶液。缓冲溶液。6.5.1.1缓冲作用缓冲作用1.0L 1.0L 纯水或溶液纯水或溶液原原pHpH加入加入0.10mol HCl0.10mol HClpH pH pHpH加入加入0.10mol NaOH0.10mol NaOHpH pH pHpHH H2 2O O7 72 52 512 512 50.1mol0.1molL L-1-1 NaClNaCl7 72 52 512 512 51.0L 0.1mol1.0L 0.1molL L-1-1HAc-NaAcHAc-NaAc4.754.754.67 0.084.67 0.084.83 0.084.83 0.08 6.5.1.2 6.5.1.2 缓冲溶液的组成缓冲溶液的组成组成特点：组成特点：酸式盐酸式盐 +次级盐次级盐 NaHCO3Na2CO3NaH2PO4Na2HPO4 弱酸弱酸 +弱酸盐弱酸盐 HAcNaAc H2CO3NaHCO3 弱碱弱碱 +弱碱盐弱碱盐 NH3NH4Cl 均含共轭酸碱对均含共轭酸碱对抗酸成分抗酸成分+抗碱成分抗碱成分缓冲对（系）缓冲对（系）在含有在含有HAc的的NaAc的溶液中存在下列解离过程的溶液中存在下列解离过程:HAcH+Ac-NaAcNa+Ac-NaAc完全解离，由于同离子效应，降低了完全解离，由于同离子效应，降低了HAc的解离度，的解离度，这时这时HAc和和Ac-都较大，而且存在着都较大，而且存在着HAc解离平衡。解离平衡。当加入少量当加入少量H+时，时，H+离子和溶液中的离子和溶液中的Ac-结合生成结合生成HAc，使解离平衡向左移动，达到新平衡时使解离平衡向左移动，达到新平衡时H+离子浓度不会显著增加；离子浓度不会显著增加；如果在上述溶液中加入少量的碱，增加的如果在上述溶液中加入少量的碱，增加的OH-与溶液中的与溶液中的H+离子结合为水，这时离子结合为水，这时HAc的解离平衡向右移动，以补充的解离平衡向右移动，以补充H+离离子的减少。子的减少。缓冲能力是有限的，只是抵抗少量酸碱。缓冲能力是有限的，只是抵抗少量酸碱。6.5.1.3 6.5.1.3 缓冲溶液的作用机制缓冲溶液的作用机制 加少量加少量OH-:大量大量HAc+OH-Ac-+H2O HAc 略略 Ac-略略 H+略略HAcNaAc体系体系HAcH+Ac-NaAcNa+Ac-H+不大不大HAc及及Ac-较大较大加少量加少量H+:大量大量Ac-+H+HAc HAc略略 Ac-略略 H+略略加少量水加少量水:HAc/Ac-基本不变基本不变 6.5.2 6.5.2 缓冲溶液缓冲溶液 pH pH 值的计算值的计算6.5.2.1缓冲公式（亨缓冲公式（亨-哈公式哈公式)缓冲体系缓冲体系HBMB：HB+H2OH3O+B-近似处理：近似处理：近似处理：近似处理：例例6.5-1将将0.10molL-1的的NaH2PO4溶液溶液10.0ml和和0.20molL-1的的Na2HPO4溶液溶液1.0ml混合，计算混合，计算该混合液的该混合液的pH值。值。解：解：H2PO4-H+HPO42-例例6.5-2 6.5-2 将将 0.10 mol0.10 molL L-1-1 盐酸溶液盐酸溶液 100 ml 100 ml 与与 400 ml 0.10 mol400 ml 0.10 molL L-1-1 氨水溶液相混合，求混合后溶液的氨水溶液相混合，求混合后溶液的 pH pH 值（已知值（已知NHNH3 3 的的 K K b b=1.76=1.76 1010-5-5）。）。解：解：NH3+H+NH4+6.5.3 6.5.3 缓冲容量缓冲容量5.3.1缓冲容量缓冲容量n：1L缓冲溶液中加入强酸缓冲溶液中加入强酸或强碱的物质的量或强碱的物质的量(mol)pH:加入强酸或强碱后加入强酸或强碱后溶液溶液pH的变化值的变化值 不同缓冲比不同缓冲比(共轭碱共轭碱/共轭酸共轭酸）时的缓冲容量）时的缓冲容量(总总0.10 mol0.10 molL L-1):溶溶 液液1 12 23 34 45 5V VNaAcNaAc/V VHAcHAc1/9.1/9.1/31/31/11/13/13/19/19/1pHpH3.803.804.274.274.754.755.235.235.705.70加酸（或加碱）加酸（或加碱）后的后的pHpH值值3.633.634.204.204.804.805.375.375.875.87|pH|pH|0.170.170.070.070.050.050.070.070.170.17缓冲容量缓冲容量0.020.020.040.040.060.060.040.040.020.02 5.3.2影响缓冲容量的因素影响缓冲容量的因素1.缓冲比一定时，缓冲比一定时，c总总越大，缓冲能力越强。越大，缓冲能力越强。2.c总总一定时，缓冲比一定时，缓冲比=1，缓冲能力最强。，缓冲能力最强。3.缓冲范围：缓冲范围：pKa1pHpKa1 例例例例6.5-36.5-36.5-36.5-3 用用浓浓度度均均为为0.20molL-1的的HAc和和NaAc溶溶液液等等体体积积比比混混合合成成10ml缓缓冲冲液液，计计算算该该缓缓冲冲液液的的pH值值。若若在在该该溶溶液液中中加加入入0.10molL-1NaOH0.30ml，再再计计算算该该缓缓冲液的冲液的pH值值(HAc的的pKa=4.75)。解解:加入强碱后：加入强碱后：6.5.4 6.5.4 缓冲溶液的配制缓冲溶液的配制4.4.1缓冲溶液的配置缓冲溶液的配置原则及方法原则及方法 选择缓冲对选择缓冲对 pHpKa（或（或pOHpKb）同时同时考虑配伍禁忌，考虑配伍禁忌，无干扰反应发生。无干扰反应发生。控制缓冲对的总浓度，控制缓冲对的总浓度，c总总 =0.050.2molL-1缓冲容量缓冲容量=0.020.1molL-1pH-1 计算所需缓冲对物质的量。计算所需缓冲对物质的量。4.pH4.pH值校正。值校正。配制配制1.采用相同浓度的弱酸及其共轭碱溶液按采用相同浓度的弱酸及其共轭碱溶液按一定的体积比混合。一定的体积比混合。例例例例6.5-56.5-56.5-56.5-5 配制配制pH=5.00的缓冲溶液的缓冲溶液100ml,应选择哪应选择哪 种缓冲对？如何配制？种缓冲对？如何配制？解：解：选用选用0.10molL-1HAc-0.10molL-1NaAc设需设需HAcml，则，则NaAc为（为（100-）mlVHAc=36(ml)VNaAc=100-64(ml)常用缓冲溶液常用缓冲溶液pH标准缓冲溶液标准pH饱和酒石酸氢钾(0.034 molL-1)3.557 0.05 molL-1邻苯二甲酸氢钾 4.008 0.025 molL-1KH2PO40.025 molL-1Na2HPO4 6.865 0.00869 molL-1KH2PO40.03043 molL-1Na2HPO4 7.413 0.01 molL-硼砂 9.180 常用的标准缓冲溶液的常用的标准缓冲溶液的pH(298K)1.标准缓冲溶液标准缓冲溶液酸度计在使用前，必须用标准缓冲溶酸度计在使用前，必须用标准缓冲溶液校正仪器。液校正仪器。2.实用缓冲溶液实用缓冲溶液一一般般常常用用缓缓冲冲系系无无需需计计算算，可可查查阅阅化化学学手手册册及及生生物物化化学学手手册册。生生物物培培养养液液所所需需缓缓冲冲溶溶液液及及临临床床上上测测定定血血液液pH常常用用的的标标准准缓缓冲冲溶溶液液是是KH2PO4和和Na2HPO4缓缓冲冲体体系系和和Tris缓缓冲冲体体系系。见表见表6-14、表、表6-15 缓冲溶液对生命体有着十分重要的意义。人体的血液就是一种缓冲体系。经过粗略估算：每人每天需耗用氧约600 L，产生480 L二氧化碳，约产生21 mol碳酸。然而人从吸入氧气至呼出二氧化碳的整个过程中，血液的pH始终保持在7.357.45的范围内，变化甚微。这除了人体具有排酸功能，即加深呼吸排除CO2以及从肾排除过剩的酸外，应归功于血液的缓冲作用。6.5.5 6.5.5 缓冲溶液在医学上的意义缓冲溶液在医学上的意义 6.5.5 6.5.5 缓冲溶液在医学上的意义缓冲溶液在医学上的意义一、一、血液的主要缓冲体系是血液的主要缓冲体系是H2CO3-HCO3-H2O+CO2H2CO3H+HCO3-肺肺肾肾H+增加（发高烧、气喘增加（发高烧、气喘），），平衡向左平衡向左加快肺部二氧化碳的排出量加快肺部二氧化碳的排出量延长肾内延长肾内HCO3-的停留时间的停留时间OH-增加（肺气肿、糖尿病增加（肺气肿、糖尿病),平衡向右平衡向右降低肺部二氧化碳的排出量降低肺部二氧化碳的排出量加快肾内加快肾内HCO3-的排泄量的排泄量 血浆血浆pHpH值的计算值的计算pKa=6.10CO2溶解溶解=1.210-3molL-1HCO3-=2.410-2molL-1虽然缓冲比已经超过理论范围，但人体是一个开放系统 ALL RIGHTS RESERVED 二、细胞内主要缓冲体系是二、细胞内主要缓冲体系是H H2 2POPO4 4-HPOHPO4 42-2-H2PO4-H+HPO42-肾肾肾肾H+增加增加,平衡向左平衡向左,肾将多余的肾将多余的H2PO4-从尿中排出；从尿中排出；OH-增加增加,平衡向右平衡向右,肾将多余的肾将多余的HPO42-从尿中排出。从尿中排出。小结小结一、缓冲溶液的组成一、缓冲溶液的组成缓冲对：缓冲对：HBB-（抗碱成分、抗酸成分）（抗碱成分、抗酸成分）二、缓冲溶液二、缓冲溶液pH值的计算值的计算三、缓冲溶液的选择和配制三、缓冲溶液的选择和配制