4酸碱平衡.pptx

4 酸碱理论酸碱理论 4.1 酸碱质子理论概述酸碱质子理论概述 4.2 水的解离平衡和水的解离平衡和pH值值 4.3 弱酸、弱碱的解离平衡弱酸、弱碱的解离平衡*4.4 缓冲溶液缓冲溶液 4.5 酸碱指示剂酸碱指示剂*4.6 酸碱电子理论与配合物酸碱电子理论与配合物概述概述 4.7 配位反应与配位平衡配位反应与配位平衡4.1.1 酸碱质子理论基本概念酸碱质子理论基本概念4.1.2 酸和碱的相对强度酸和碱的相对强度 4.1酸碱质子理论概述酸碱质子理论概述4.1.1 酸碱质子理论的基本概念酸碱质子理论的基本概念酸：酸：凡是能释放出质子（凡是能释放出质子（H+）的任何含氢原）的任何含氢原子的分子或离子的物种。子的分子或离子的物种。（质子的给予体）（质子的给予体）碱：碱：凡是能与质子（凡是能与质子（H+）结合的分子或离子）结合的分子或离子的物种。的物种。（质子的接受体）（质子的接受体）1.酸酸 H+碱碱2.酸酸 H+碱碱例：例：HAc的共轭碱是Ac，Ac的共轭酸 HAc，HAc和Ac为一对共轭酸碱一对共轭酸碱一对共轭酸碱一对共轭酸碱3.两性物质两性物质 既能给出质子，又能接受质子的物质既能给出质子，又能接受质子的物质既能给出质子，又能接受质子的物质既能给出质子，又能接受质子的物质(1)(1)(1)(1)酸碱反应是质子转移反应酸碱反应是质子转移反应酸碱反应是质子转移反应酸碱反应是质子转移反应，如如HF在水溶液中的在水溶液中的解离反应是由给出质子的半反应和接受质子的半反应解离反应是由给出质子的半反应和接受质子的半反应组成的。组成的。HF(aq)H+F(aq)H+H2O(l)H3O+(aq)HF(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+F(aq)(2)(2)水是两性物质水是两性物质水是两性物质水是两性物质，自身也可以发生质子转移自身也可以发生质子转移自身也可以发生质子转移自身也可以发生质子转移H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)4.酸碱反应特征酸碱反应特征(3)盐类水解盐类水解 是酸碱的质子转移反应是酸碱的质子转移反应Ac+H2O OH+HAcH+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)NH4Cl水解水解 +H2O H3O+NH3H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)NaAc水解水解(4)非水溶液中酸碱反应非水溶液中酸碱反应H+液氨中的酸液氨中的酸碱中和反应碱中和反应H+NH4Cl的生成的生成4.1.2 酸酸/碱的相对强度碱的相对强度区分效应：区分效应：区分效应：区分效应：用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来，用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来，称为溶剂的称为溶剂的“区分效应区分效应”例如：例如：H2O可以区分可以区分HAc，HCN酸性强弱酸性强弱拉平效应：拉平效应：拉平效应：拉平效应：溶剂将酸或碱的强度的拉平作用，称为溶剂溶剂将酸或碱的强度的拉平作用，称为溶剂的的“拉平效应拉平效应”酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子酸和碱的强度是指酸给出质子的能力和碱接受质子能力的强弱能力的强弱能力的强弱能力的强弱。水对强酸起不到区分作用，水只能同等程度地将水对强酸起不到区分作用，水只能同等程度地将水对强酸起不到区分作用，水只能同等程度地将水对强酸起不到区分作用，水只能同等程度地将HClOHClO4 4，HClHCl，HNOHNO3 3等强酸的质子全部夺取过来等强酸的质子全部夺取过来等强酸的质子全部夺取过来等强酸的质子全部夺取过来l酸越强其共轭碱越弱酸越强其共轭碱越弱l碱越强其共轭酸越弱碱越强其共轭酸越弱选取比水的碱性更弱的碱，如冰醋酸为溶剂，选取比水的碱性更弱的碱，如冰醋酸为溶剂，对水中的强酸可呈现出区分效应。例如上述强酸在对水中的强酸可呈现出区分效应。例如上述强酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：拉平效应与区分效应拉平效应与区分效应4.2.1 水的解离平衡水的解离平衡 4.2.2 溶液的溶液的pH值值4.2 水的解离平衡与水的解离平衡与溶液溶液pH值值4.2.1 水的解离平衡水的解离平衡 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)或：H2O(l)H+(aq)+OH(aq)Kw 水的离子积常数，简称水的离子积常数，简称 水的离子积水的离子积25纯水100纯水4.2.2 溶液的溶液的pH值值4.3.1 一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸、弱碱的解离平衡4.3.2 多元弱酸的解离平衡多元弱酸的解离平衡4.3.3 盐溶液的酸碱平衡盐溶液的酸碱平衡*4.3 弱酸、弱酸、弱碱解离弱碱解离平衡平衡*结结 论论 多元弱酸的解离分步进行，一般地 溶液中的 H+主要来自于弱酸的第一步解离，计算 c(H+)或 pH 时可只考虑第一步解离。对于二元弱酸，当 时，c(酸根离子)，而与弱酸的初始浓度无关。对于二元弱酸，若 c(弱酸)一定时，c(酸根离子)与 c(H3O+)成反比。4.4.1 同离子效应同离子效应 4.4.2 缓冲溶液缓冲溶液 4.4.3 缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算值的计算*4.4.4 缓冲范围和缓冲能力缓冲范围和缓冲能力4.4 缓冲溶液缓冲溶液4.4.1 同离子效应同离子效应 NH4Ac(aq)(aq)+HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)平衡移动方向平衡移动方向Ac(aq)同离子效应：同离子效应：同离子效应：同离子效应：弱电解质溶液中，加入与其含有相同离子的易溶弱电解质溶液中，加入与其含有相同离子的易溶强电解质而使弱电解质的解离度降低的现象强电解质而使弱电解质的解离度降低的现象例：例：在在 0.10 molL-1 的的HAc 溶液中，加入溶液中，加入 NH4Ac(s)的浓度的浓度为为 0.10 molL-1，计算该溶液的，计算该溶液的 pH值和值和 HAc的解离度的解离度解：解：解：解：HAc(aq)+HHAc(aq)+H2 2O(l)O(l)HH3 3OO+(aq)+Ac(aq)+Ac (aq)(aq)c c0 0/(molL/(molL-1-1)0.10 0 0.100.10 0 0.10 c ceqeq/(molL/(molL-1-1)0.10 0.10 x x x x 0.10+0.10+x x x=1.810-5 c(H+)=1.810-5 molL-1 pH=4.74，=0.018%0.10 x 0.100.10 molL0.10 molL-1 -1 的的的的HAcHAc溶液：溶液：溶液：溶液：pH=2.89pH=2.89，=1.3%=1.3%50mLHAc-NaAc c(HAc)=c(NaAc)=0.10molL-1 pH=4.74缓冲溶液缓冲溶液具有能保持本身具有能保持本身具有能保持本身具有能保持本身pHpH值相对稳定性能的溶液（也就是不因值相对稳定性能的溶液（也就是不因值相对稳定性能的溶液（也就是不因值相对稳定性能的溶液（也就是不因加入少量强酸或强碱而显著改变加入少量强酸或强碱而显著改变加入少量强酸或强碱而显著改变加入少量强酸或强碱而显著改变pHpH值的溶液）值的溶液）值的溶液）值的溶液）4.4.2 缓冲溶液缓冲溶液滴加1滴(0.05ml)1molL-1 HCl滴加1滴(0.05ml)1molL-1 NaOH实验实验50ml纯水 pH=7 pH=3pH=3 pH=11 pH=11 pH=4.73 pH=4.75pH=4.73 pH=4.75缓冲作用原理缓冲作用原理l加入少量强碱：加入少量强碱：溶液中大量的A与外加的少量的H3O+结合成HA，当达到新平衡时，c(HA)略有增加，c(A)略有减少，变化不大，溶液的c(H3O+)或pH值 可基本不变（变化不大）l 加入少量强酸加入少量强酸 溶液中较大量的HA与外加的少量的OH生成A和H2O，当达到新平衡时，c(A)略有增加，c(HA)略有减少，变化不大，因此溶液的 c(H3O+)或 pH 值基本不变 弱酸-弱酸盐 HAcNaAc，H2CO3NaHCO3 式中ceq(HA)，ceq(A)为平衡浓度，但是，由于同离子效应的存在，通常用初始浓度 c0(HA)，c0(A)代之4.4.3 缓冲溶液缓冲溶液pH值的计算值的计算2.弱碱弱碱-弱碱盐弱碱盐 NH3 H2O NH4Cl3.多元弱酸酸式盐组成的缓冲溶液多元弱酸酸式盐组成的缓冲溶液 NaHCONaHCO3 3 Na Na2 2COCO3 3 ,NaH ,NaH2 2POPO4 4 Na Na2 2HPOHPO4 4 溶液为酸性或中性溶液为酸性或中性溶液为酸性或中性溶液为酸性或中性 溶液为碱性溶液为碱性应按水解平衡精确计算应按水解平衡精确计算结论结论 缓冲溶液的pH值主要是由 或 决定的，缓冲溶液的缓冲能力是有限的；缓冲能力与缓冲溶液中各组分的浓度有关，c(HA)，c(B)及 c(A)或 c(BH+)较 大时，缓冲能力强；例题例题 在 50.00ml 0.150molL-1 NH3(aq)和 0.200 molL-1 NH4Cl组成的缓冲溶液中，加入0.100ml 1.00 molL-1的HCl，求加入HCl前后溶液的pH值各为多少？解：加入解：加入解：加入解：加入 HCl HCl 前前前前4.缓冲溶液的缓冲性能的计算缓冲溶液的缓冲性能的计算加入加入 HCl 后后 NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH(aq)加加加加HClHCl前浓度前浓度前浓度前浓度/(molL/(molL-1-1)0.150-0.0020-x 0.200+0.0020+x x0.150 0.200加加加加HClHCl后初始浓度后初始浓度后初始浓度后初始浓度/(molL/(molL-1-1)0.150-0.0020 0.200+0.0020平衡浓度平衡浓度/(molL-1)*4.4.4 缓冲范围和缓冲能力缓冲范围和缓冲能力缓冲溶液的选择和配制缓冲溶液的选择和配制 原则原则：所选择的缓冲溶液，除了参与和所选择的缓冲溶液，除了参与和所选择的缓冲溶液，除了参与和所选择的缓冲溶液，除了参与和 HH+或或或或 OHOH 有关有关有关有关的反应以外，不能与反应系统中的其它物质发的反应以外，不能与反应系统中的其它物质发的反应以外，不能与反应系统中的其它物质发的反应以外，不能与反应系统中的其它物质发生副反应；生副反应；生副反应；生副反应；或或或或 尽可能接近所需溶液的尽可能接近所需溶液的尽可能接近所需溶液的尽可能接近所需溶液的pHpH值；值；值；值；4.5 酸碱指示剂酸碱指示剂*变色范围变色范围 酸色酸色 中间色中间色 碱色碱色甲基橙甲基橙 3.1 4.4 红红 橙橙 黄黄酚酚 酞酞 8.0 10.0 无色无色 粉红粉红 红红石石 蕊蕊 3.0 8.0 红红 紫紫 蓝蓝4.6 酸碱电子理论与配合物概述酸碱电子理论与配合物概述4.6.1 酸碱电子理论酸碱电子理论4.6.2 配合物的组成和命名配合物的组成和命名4.6.1 酸碱电子理论酸碱电子理论 lLewis 酸酸：凡是可以接受电子对的分子、离子：凡是可以接受电子对的分子、离子或原子或原子如如 Fe3+，Fe，Ag+，BF3等等lLewis 碱碱：凡是给出电子对的离子或分子：凡是给出电子对的离子或分子如如:X，:NH3，:CO，H2O:等等lLewisLewis酸酸酸酸 与与与与 LewisLewis碱碱碱碱以以配位键配位键结合结合 生成生成 酸碱加合物酸碱加合物BF3+FCu2+4 NH3 4.6.2 配合物的组成和命名配合物的组成和命名1.配合物的组成配合物的组成l配合物配合物 是是Lewis 酸碱的加合物酸碱的加合物Ag(NH3)2+是是Lewis酸酸Ag+和和Lewis碱碱 NH3的加合物的加合物Lewis酸称为酸称为形成体形成体(中心离子中心离子)；Lewis碱称为碱称为配位体配位体l配合物配合物 形成形成 形成体与一定数目的配位体以配位键按一定的空形成体与一定数目的配位体以配位键按一定的空间构型结合形成的离子或分子叫做间构型结合形成的离子或分子叫做配合物配合物Ag(NH3)2+l形成体：形成体：通常是金属离子和原子，也有少数是非金属元通常是金属离子和原子，也有少数是非金属元素，例如：素，例如：Cu2+，Ag+，Fe3+，Fe，Ni，B，P l配位体：配位体：通常是非金属阴离子、离子团或分子，通常是非金属阴离子、离子团或分子，例如：例如：F-，Cl-，Br-，I-，OH-，CN-，H2O，NH3，COl配位原子：配位原子：与形成体成键的原子与形成体成键的原子l单基配位体：单基配位体：配位体中只有一个配位原子配位体中只有一个配位原子l多基配位体：多基配位体：一个配位体具有两个或多个配位原子一个配位体具有两个或多个配位原子 例如：乙二胺（乙二胺（en）乙二胺四乙酸根乙二胺四乙酸根 EDTA（Y4）乙二胺四乙酸根 EDTA（Y4）4 乙二酸根（草酸根）O OC CO O2 配位数配位数-配位原子数配位原子数 单基配体：形成体的配位数等于配位体的数目；单基配体：形成体的配位数等于配位体的数目；单基配体：形成体的配位数等于配位体的数目；单基配体：形成体的配位数等于配位体的数目；多基配体：形成体的配位数等于配位体的数目与基数的多基配体：形成体的配位数等于配位体的数目与基数的多基配体：形成体的配位数等于配位体的数目与基数的多基配体：形成体的配位数等于配位体的数目与基数的乘积。例如：乘积。例如：乘积。例如：乘积。例如：2+Cu2+的配位数等于4。Ca(EDTA)2 或 CaY2Ca2+的配位数为6，配位原子是4个O 2个Nl l从溶液中析出配合物时，配离子常与带有相反电荷的从溶液中析出配合物时，配离子常与带有相反电荷的从溶液中析出配合物时，配离子常与带有相反电荷的从溶液中析出配合物时，配离子常与带有相反电荷的其他离子结合成盐，这类盐称为其他离子结合成盐，这类盐称为其他离子结合成盐，这类盐称为其他离子结合成盐，这类盐称为配盐配盐配盐配盐。l l配盐的组成可以划分为配盐的组成可以划分为配盐的组成可以划分为配盐的组成可以划分为内层内层内层内层和和和和外层外层外层外层。配离子属于内。配离子属于内。配离子属于内。配离子属于内层，配离子以外的其他离子属于外层。外层离子所带层，配离子以外的其他离子属于外层。外层离子所带层，配离子以外的其他离子属于外层。外层离子所带层，配离子以外的其他离子属于外层。外层离子所带电荷总数等于配离子的电荷数。电荷总数等于配离子的电荷数。电荷总数等于配离子的电荷数。电荷总数等于配离子的电荷数。形成体配位原子配体配位数2.配合物的化学式和命名配合物的化学式和命名配酸：配酸：配酸：配酸：酸酸酸酸配碱：氢氧化配碱：氢氧化配碱：氢氧化配碱：氢氧化配盐：配盐：配盐：配盐：先阴离子后阳离子，简单酸根加“化”字，复杂酸根加“酸”字。配合物的命名原则配合物的命名原则l配体名称列在中心元素之前，配体数目用倍数词头二、三、四等数字表示（配体数为一时省略），不同配体名称之间以“”分开，在最后一个配体名称之后缀以“合”字。形成体的氧化值用带括号的罗马数字表示（氧化值为 0 时省略）。配体数配体数 配体名称配体名称 合合 形成体名称（氧化态值）形成体名称（氧化态值）以二以二三四三四等表等表示示不同不同配体配体“”分开分开以罗马以罗马数字数字 等等表示表示先离子后分子，例如：KPtCl3NH3命名为三氯氨合铂()酸钾；同是离子或同是分子，按配位原子元素符号的英文字母顺序排列，例如：Co(NH3)5H2OCl3命名为氯化五氨水合钴()；配位原子相同，少原子在先；配位原子相同，且配体中含原子数目又相同，按非配位原子的元素符号英文字母顺序排列，例如：PtNH2NO2(NH3)2命名为氨基硝基二氨合铂()；先无机后有机，例如：KPtCl3(C2H4)命名为三氯乙烯合铂()酸钾。l配体次序硫酸四氨合铜（硫酸四氨合铜（硫酸四氨合铜（硫酸四氨合铜（）六异硫氰根合铁（六异硫氰根合铁（六异硫氰根合铁（六异硫氰根合铁（）酸钾）酸钾）酸钾）酸钾六氯合铂（六氯合铂（六氯合铂（六氯合铂（）酸）酸）酸）酸氢氧化四氨合铜（氢氧化四氨合铜（氢氧化四氨合铜（氢氧化四氨合铜（）五氯五氯五氯五氯 氨合铂（氨合铂（氨合铂（氨合铂（）酸钾）酸钾）酸钾）酸钾硝酸羟基硝酸羟基硝酸羟基硝酸羟基 三水合锌（三水合锌（三水合锌（三水合锌（）(三三三三)氯化五氨氯化五氨氯化五氨氯化五氨 水合钴（水合钴（水合钴（水合钴（）五羰（基）合铁五羰（基）合铁五羰（基）合铁五羰（基）合铁三硝基三硝基三硝基三硝基 三氨合钴（三氨合钴（三氨合钴（三氨合钴（）乙二胺四乙酸根合钙（乙二胺四乙酸根合钙（乙二胺四乙酸根合钙（乙二胺四乙酸根合钙（）4.7 配位反应与配位平衡配位反应与配位平衡 4.7.1 配离子的解离常数和稳定常数配离子的解离常数和稳定常数*4.7.2 配体取代反应和电子转移反应配体取代反应和电子转移反应*4.7.3 关于配合物稳定性的进一步讨论关于配合物稳定性的进一步讨论4.7.1 配合物的解离常数和稳定常数配合物的解离常数和稳定常数 配合物解离反应是分步进行的，每步均有其解离常数。配合物解离反应是分步进行的，每步均有其解离常数。配合物解离反应是分步进行的，每步均有其解离常数。配合物解离反应是分步进行的，每步均有其解离常数。例如：例如：例如：例如：配合物的生成反应配合物的生成反应配合物解离反应是配合物生成反应的逆反应配合物解离反应是配合物生成反应的逆反应例题例题例题例题 室温下，室温下，室温下，室温下，0.010mol0.010mol的的的的AgNOAgNO3 3(s)(s)溶于溶于溶于溶于1.0L 1.0L 0.030molL0.030molL-1-1的的的的NHNH3 3HH2 2OO中（设体积不变），计算该中（设体积不变），计算该中（设体积不变），计算该中（设体积不变），计算该溶液中游离的溶液中游离的溶液中游离的溶液中游离的AgAg+、NHNH3 3 和和和和 的浓度。的浓度。的浓度。的浓度。解：解：c c(NH(NH3 3)大，预计生成大，预计生成大，预计生成大，预计生成 反应完全，生成了反应完全，生成了反应完全，生成了反应完全，生成了0.010 0.010 molL molL-1 -1 。很小，可略而不计很小，可略而不计很小，可略而不计很小，可略而不计4.7.2 配体取代反应和电子转移反应配体取代反应和电子转移反应1.1.配体取代反应配体取代反应 一种配体取代了配离子内层的另一种配体，生成新的一种配体取代了配离子内层的另一种配体，生成新的一种配体取代了配离子内层的另一种配体，生成新的一种配体取代了配离子内层的另一种配体，生成新的配合物的反应称为配体取代反应。配合物的反应称为配体取代反应。配合物的反应称为配体取代反应。配合物的反应称为配体取代反应。将将将将M(HM(H2 2O)O)n n m+m+中的中的中的中的HH2 2OO被取代，可生成新的配合物被取代，可生成新的配合物被取代，可生成新的配合物被取代，可生成新的配合物 例：血红色的例：血红色的例：血红色的例：血红色的Fe(NCS)Fe(NCS)2+2+中加入中加入中加入中加入NaFNaF反应如下：反应如下：反应如下：反应如下：2.2.配合物的电子转移反应配合物的电子转移反应 有些配合物的生成反应伴随着电子的转移有些配合物的生成反应伴随着电子的转移它的本质是氧化还原反应它的本质是氧化还原反应 螯合物的稳定性螯合物的稳定性螯合效应：螯合效应：螯合物比具有相同配位原子的简单配合物稳定螯合物比具有相同配位原子的简单配合物稳定螯合物比具有相同配位原子的简单配合物稳定螯合物比具有相同配位原子的简单配合物稳定*4.7.3 关于配合物稳定性关于配合物稳定性