大学物理化学授课酸碱理论与解离平衡本科专业.pptx

本章教学内容本章教学内容 6.1 酸碱理论酸碱理论 6.2 弱酸、弱碱的解离平衡弱酸、弱碱的解离平衡 6.3 缓冲溶液缓冲溶液第第1页页/共共111页页 酸酸碱碱是是重重要要的的化化工工原原料料。酸酸碱碱反反应应是是生生物物化化学学、地地质质学学以以及及人人类类日日常常生生活活中中常常见见的的、且且很很重重要要的的一一类类反应。反应。l 人的血液人的血液 pH 要保持在要保持在 7.35 7.45 之间；之间；l 胃中消化液的主要成分是稀胃中消化液的主要成分是稀 HCl；l 土壤和水的酸碱性对某些植物和动物的生长有重大土壤和水的酸碱性对某些植物和动物的生长有重大 的影响；的影响；l 地质过程中岩石的风化、钟乳石的形成的等也受地质过程中岩石的风化、钟乳石的形成的等也受 到水的酸碱性的影响。到水的酸碱性的影响。第第2页页/共共111页页6.1.1 酸碱理论的发展酸碱理论的发展6.1.2 酸碱质子理论酸碱质子理论6.1.3 酸碱电子理论酸碱电子理论 6.1酸碱理论酸碱理论第第3页页/共共111页页6.1.1 6.1.1 酸碱理论的发展酸碱理论的发展 人们对酸碱的认识经历了一个由浅入深、由低级到人们对酸碱的认识经历了一个由浅入深、由低级到高级的认识过程。高级的认识过程。18世纪：世纪：法国化学家拉瓦锡提出所有的酸都含有法国化学家拉瓦锡提出所有的酸都含有 O 元素。元素。19世纪：世纪：英国化学家戴维认为酸中的共同元素是英国化学家戴维认为酸中的共同元素是 H，而，而 不是不是 O。碱：碱：有涩味、滑腻感，使红色石蕊试纸变蓝，并能与酸有涩味、滑腻感，使红色石蕊试纸变蓝，并能与酸 反应生成盐和水的物质。反应生成盐和水的物质。最初最初 酸：酸：有酸味，能使蓝色石蕊试纸变红的物质。有酸味，能使蓝色石蕊试纸变红的物质。第第4页页/共共111页页酸碱理论的发展：酸碱理论的发展：阿阿伦伦尼尼乌乌斯斯认认为为：酸酸是是在在水水溶溶液液中中经经电电离离只只生生成成 H+一一种种阳阳离离子子的的物物质质，碱碱是是在在水水溶溶液液中中经经电电离离只只生生成成 OH一种阴离子的物质。一种阴离子的物质。1884年，瑞典化学家阿伦尼乌斯提出酸碱电离理论。年，瑞典化学家阿伦尼乌斯提出酸碱电离理论。1923年，丹麦化学家布朗斯泰德和美国化学家劳莱分别年，丹麦化学家布朗斯泰德和美国化学家劳莱分别 提出酸碱质子理论。提出酸碱质子理论。1923年，美国化学家路易斯提出酸碱电子理论。年，美国化学家路易斯提出酸碱电子理论。此外，关于酸碱理论还出现过溶剂理论、氧化物此外，关于酸碱理论还出现过溶剂理论、氧化物-离子理离子理论、正负理论等等。论、正负理论等等。第第5页页/共共111页页n 酸碱电离理论酸碱电离理论 酸碱电离理论内容：酸碱电离理论内容：酸酸是是在在水水溶溶液液中中经经电电离离生生成成的的阳阳离离子子全全部部是是 H+的的化化合合物物；碱碱是是水水溶溶液液中中经经电电离离生生成成的的阴阴离离子子全全部部是是 OH 的化合物。的化合物。例如：例如：酸：酸：硫酸硫酸(H2SO4)盐酸盐酸(HCl)硝酸硝酸(HNO3)磷酸磷酸(H3PO4)亚硫酸亚硫酸(H2SO3)亚硝酸亚硝酸(HNO2)碱：碱：氢氧化钠氢氧化钠(NaOH)氢氧化钾氢氧化钾(KOH)氢氧化钙氢氧化钙(Ca(OH)2)氢氧化铝氢氧化铝(Al(OH)3)第第6页页/共共111页页 根据酸碱电离理论，酸与碱反应（即中和反应），其实质根据酸碱电离理论，酸与碱反应（即中和反应），其实质 就是就是 H+和和 OH 作用生成作用生成 H2O。例如：例如：HCl +NaOH =NaCl +H2OH2SO4 +2NaOH =Na2SO4 +2H2OH2SO4 +Ca(OH)2 =CaSO4 +2H2O首次赋予了酸碱以科学的定义，是人们对酸碱认识从现首次赋予了酸碱以科学的定义，是人们对酸碱认识从现象到本质的一次飞跃。象到本质的一次飞跃。酸碱电离理论的意义及缺陷：酸碱电离理论的意义及缺陷：对化学学科的发展起到了积极作用，目前仍普遍应用。对化学学科的发展起到了积极作用，目前仍普遍应用。局限性：把酸、碱局限于以水为溶剂的系统；无法解释局限性：把酸、碱局限于以水为溶剂的系统；无法解释NH3、Na2CO3 均不含均不含 OH-，但也具有碱性。，但也具有碱性。第第7页页/共共111页页6.1.2 酸碱质子理论酸碱质子理论n 酸碱质子理论内容酸碱质子理论内容 凡凡能能给给出出质质子子(H+)的的物物质质都都是是酸酸；凡凡能能结结合合质质子子(H+)的的物物质质都都是是碱碱。简简单单的的说说，酸酸是是质质子子的的给给体体，碱碱是是质子的受体。质子的受体。HCl(aq）H+(aq)+Cl-(aq)HAc(aq)H+(aq)+Ac(aq)NH4+(aq)H+(aq)+NH3(aq)HCO3-(aq)H+(aq)+CO32-(aq)Al(H2O)63+H+(aq)+Al(H2O)5(OH-)2+酸酸 质子质子 +碱碱如在水溶液中：如在水溶液中：第第8页页/共共111页页n 共轭酸碱共轭酸碱 酸与对应的碱的这种相互依存、相互转化的关系称为酸与对应的碱的这种相互依存、相互转化的关系称为酸碱共轭关系。酸碱共轭关系。酸酸 H+碱碱 (质子给予体）质子给予体）(质子接受体）质子接受体）共轭酸与它相应的共轭碱一起称为共轭酸碱对。共轭酸与它相应的共轭碱一起称为共轭酸碱对。共轭碱：共轭碱：酸失去质子后形成的碱被称为该酸的共轭碱。酸失去质子后形成的碱被称为该酸的共轭碱。共轭酸：共轭酸：碱结合质子后形成的酸被称为该碱的共轭酸。碱结合质子后形成的酸被称为该碱的共轭酸。例如例如:HAc H+Ac-H3O+NH3 H2O+NH4+CO32-+H2O HCO3-+OH-共轭酸碱对共轭酸碱对 HAc/Ac-,NH4+/NH3,H3O+/H2OHCO3-/CO32-,H2O/OH-第第9页页/共共111页页两性物质：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。如：如：HCO3CO32 H2CO3+H+H+H2OOH H3O+H+H+思考：思考：根据酸碱质子理论，下列物质哪些是酸，哪些是碱，根据酸碱质子理论，下列物质哪些是酸，哪些是碱，哪些是两性物质？哪些是两性物质？(1)HCN (2)HCO3 (3)NH3 (4)CO32 (5)NH4+(6)H2O (7)ClO4 (8)H2SO3 答案：答案：酸酸(1)(5)(8)碱碱(4)(7)两性物质两性物质(2)(3)(6)第第10页页/共共111页页n 酸碱反应的实质酸碱反应的实质 酸酸1 +碱碱2 酸酸2 +碱碱1 根根据据酸酸碱碱质质子子理理论论可可知知，酸酸和和碱碱是是成成对对存存在在的的，酸酸给给出出质质子子，必必须须有有接接受受质质子子的的碱碱存存在在，质质子子才才能能从从酸酸转转移移至至碱碱。因因此此，酸酸碱碱反反应应的的实实质质是是两两个个共共轭轭酸酸碱碱对之间的质子转移反应，可用通式表示为：对之间的质子转移反应，可用通式表示为：酸碱中和反应可以用质子转移反应来表示酸碱中和反应可以用质子转移反应来表示H3O+OH-H2O +H2OH+酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1 第第11页页/共共111页页 酸碱解离反应是质子转移反应酸碱解离反应是质子转移反应 HAc H+Ac-H+H2O H3O+(1)(2)HAc +H2O H3O+Ac-(1)+(2):H+如如 HAc 在水溶液中的解离反应是由给出质子的半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组成的：反应和接受质子的半反应组成的：第第12页页/共共111页页1）NaAc 水解：水解：H+Ac-+H2O OH-+HAc 盐类水解反应也是属质子转移反应盐类水解反应也是属质子转移反应2）NH4Cl 水解水解:H+NH4+H2O H3O+NH3第第13页页/共共111页页1）NH4Cl 的生成：的生成：非水溶液中的酸碱反应非水溶液中的酸碱反应HCl +NH3 NH4+Cl-H+酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1 2）液氨中的酸碱中和反应：）液氨中的酸碱中和反应：NH4+NH2-NH3 +NH3H+酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1 第第14页页/共共111页页n 酸碱的相对强度酸碱的相对强度 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的能力的强弱。的能力的强弱。HCl 在水中是强酸，其共轭碱在水中是强酸，其共轭碱 Cl-就是较弱的碱；就是较弱的碱；HAc 在水中是弱酸，其共轭碱在水中是弱酸，其共轭碱 Ac-就是较强的碱。就是较强的碱。因此，酸性强度：因此，酸性强度：HCl HAc;碱性强度：碱性强度：Ac-Cl-。给出质子能力强的物质是强酸，接受质子能力强的给出质子能力强的物质是强酸，接受质子能力强的碱是强碱；反之，便是弱酸和弱碱。碱是强碱；反之，便是弱酸和弱碱。在在具具有有共共轭轭关关系系的的酸酸碱碱对对中中，其其强强度度是是相相互互制制约约的。的。酸强，其共轭碱就弱；酸弱，其共轭碱就强。酸强，其共轭碱就弱；酸弱，其共轭碱就强。第第15页页/共共111页页酸和碱的强度与酸碱的本性有关酸和碱的强度与酸碱的本性有关 n 决定酸碱强度的主要因素决定酸碱强度的主要因素如：如：以下三种酸的强度顺序为：以下三种酸的强度顺序为：HCl HAc HCN（盐酸）（盐酸）（醋酸）（醋酸）（氢氰酸）（氢氰酸）酸和碱的强度与溶剂的性质有关酸和碱的强度与溶剂的性质有关 同同一一种种酸酸在在不不同同的的溶溶剂剂中中，呈呈现现出出不不同同的的强强度度。如如硝硝酸酸（HNO3）在在水水中中为为强强酸酸，当当其其溶溶于于冰冰醋醋酸酸中中时时，其其酸酸度度大大大大降降低低，而而如如果果溶溶于于纯纯硫硫酸酸中中时时，却却显显碱碱性性。所所以以讨讨论论酸酸碱碱强强度度时时，必必须须以以同同一一溶溶剂剂作作为比较标准。为比较标准。第第16页页/共共111页页n 溶剂的溶剂的“区分效应区分效应”和和“拉平效应拉平效应”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用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开 来，称为溶剂的来，称为溶剂的“区分效应区分效应”。如：如：H2O 可以区分可以区分 HAc、HCN 酸性的强弱。酸性的强弱。HAc HCNKa1.8 10-5 5.810-10酸性强度：酸性强度：HAc HCN第第17页页/共共111页页 强强酸酸与与水水之之间间的的酸酸碱碱反反应应几几乎乎是是不不可可逆逆的的，强强酸酸在在水水中中完完全全解解离离，水水能能够够同同等等程程度度地地将将HClO4、HCl、HNO3等等强强酸酸的的质质子子全全部部夺夺取取过过来来，以以水水来来区区分分它它们们给给出出质质子子能能力力的的差差别别就就不不可可能能了了；或或者者说说，水水对对这这些些强强酸酸起起不不到到区区分分作作用用，水水把把它它们们之之间间的的强强弱弱差差别别拉拉平平了。了。拉平效应：拉平效应：溶剂将酸或碱的强度拉平的作用，称为溶剂溶剂将酸或碱的强度拉平的作用，称为溶剂 的的“拉平效应拉平效应”。溶溶剂剂水水对对很很强强的的酸酸或或极极弱弱的的酸酸都都没没有有区区分分效效应应，只有拉平效应。只有拉平效应。第第18页页/共共111页页如：如：下列强酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：下列强酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：HI HClO4 HCl H2SO4 HNO3 如如果果要要区区分分各各种种强强酸酸之之间间的的真真实实强强弱弱，那那么么要要选选取取比比水水的的碱碱性性更更弱弱的的碱碱，如如冰冰醋醋酸酸为为溶溶剂剂，才才能能体体现现出出区区分效应。分效应。溶溶剂剂的的碱碱性性愈愈强强时时溶溶质质表表现现出出来来的的酸酸性性愈愈强强。故故区区分分强强酸酸要要用用弱弱碱碱，弱弱碱碱对对强强酸酸有有区区分分效效应应。同同样样，对对碱来说，溶剂也存在着碱来说，溶剂也存在着“区分效应区分效应”和和“拉平效应拉平效应”。第第19页页/共共111页页 酸越强其共轭碱越弱，碱越强其共轭酸越弱。酸越强其共轭碱越弱，碱越强其共轭酸越弱。酸性酸性HClO4 H2SO4 H3PO4 HAc H2CO3 NH4+H2O减弱减弱增强增强 碱性碱性ClO4 HSO4 H2PO4 Ac HCO3 NH3 OH n 酸碱质子理论的意义与局限酸碱质子理论的意义与局限 酸碱质子理论扩大了酸碱的范畴，加深了人们对酸酸碱质子理论扩大了酸碱的范畴，加深了人们对酸碱的认识。但它也存在着局限性，它只限于质子的碱的认识。但它也存在着局限性，它只限于质子的“授授”与与“受受”，因此无法解释无质子参与的酸碱反应。，因此无法解释无质子参与的酸碱反应。减弱减弱增强增强第第20页页/共共111页页n 酸碱电子理论（路易斯酸碱理论）内容酸碱电子理论（路易斯酸碱理论）内容 凡能接受电子对的物质是酸（路易斯酸），凡能给凡能接受电子对的物质是酸（路易斯酸），凡能给出电子对的物质是碱（路易斯碱）。出电子对的物质是碱（路易斯碱）。6.1.3 酸碱电子理论酸碱电子理论即：即：酸是电子对的接受体酸是电子对的接受体(electron pair acceptor)如：如：Fe3+、Fe、Ag+、BF3 等。等。碱是电子对的给予体碱是电子对的给予体(electron pair donor)如：如：X-、:NH3、:CO、H2O:等。等。第第21页页/共共111页页 酸酸碱碱反反应应的的实实质质是是酸酸碱碱之之间间发发生生加加合合反反应应生生成成酸酸碱配合物的过程。碱配合物的过程。n 酸碱反应的实质酸碱反应的实质A +B AB H+OH H+OH-Ag+NH3 NH3AgNH3+（路易斯酸）（路易斯酸）（路易斯碱）（路易斯碱）（酸碱加合物）（酸碱加合物）在在路路易易斯斯酸酸碱碱电电子子理理论论中中，酸酸碱碱的的定定义义既既无无对对溶溶剂剂品品种种的的限限制制，并并且且也也适适用用于于无无溶溶剂剂的的体体系系。电电子子理理论论的的酸酸碱碱范范围围极极为为广广泛泛，酸酸碱碱配配合合物物几几乎乎无无所所不不包包。凡凡是是金金属属离离子子都都是是酸酸，与与金金属属离离子子结结合合的的不不管管是是阴阴离离子子或或中中性性分分子子都都是是碱碱。而而电电离离理理论论中中所所谓谓盐盐类类如如 MgSO4、SnCl4 等等，金金属属氧氧化化物物如如CuO、Fe2O3 等等和和各各种种配配合合物物如如 FeCl4-、Cu(NH3)42+等等都都是是酸碱配合物。酸碱配合物。第第22页页/共共111页页n 酸碱反应的类型酸碱反应的类型根据酸碱电子理论，酸碱反应可以分为以下四种类型：根据酸碱电子理论，酸碱反应可以分为以下四种类型：1）酸碱加合反应，如：）酸碱加合反应，如：Cu2+4NH3 Cu(NH3)42+2）碱取代反应，如：）碱取代反应，如：HCN +H2O H3O+CN 3）酸取代反应，如：）酸取代反应，如：Al(OH)3 +3H+Al3+3H2O 4）双取代反应，如：）双取代反应，如：HCl +NaOH NaCl +H2O 第第23页页/共共111页页n 软硬酸碱原则软硬酸碱原则 软硬酸碱是根据路易斯酸的受电子原子和路易斯软硬酸碱是根据路易斯酸的受电子原子和路易斯碱的给电子原子的价电子性质的不同而对路易斯酸碱碱的给电子原子的价电子性质的不同而对路易斯酸碱的进一步分类。的进一步分类。硬酸硬酸(hard acids)：酸中受电子原子的体积小，带正电酸中受电子原子的体积小，带正电荷多、没有易变形和易失去的电子，即受电子原子对荷多、没有易变形和易失去的电子，即受电子原子对外层电子的吸引力很强。外层电子的吸引力很强。软酸软酸(soft acids)：酸中受电子原子的体积大，带正电酸中受电子原子的体积大，带正电荷少或不带电荷，有若干易变形或易失去的电子，即荷少或不带电荷，有若干易变形或易失去的电子，即受电子原子对外层电子的吸引力弱。受电子原子对外层电子的吸引力弱。*第第24页页/共共111页页硬硬碱碱(hard bases)：碱碱中中给给电电子子原原子子不不易易失失去去电电子子，它它较较紧紧密密的的保保护护它它的的价价电电子子，电电负负性性大大，难难变变形形，不不易易被氧化，即原子对外层电子的吸引力强。被氧化，即原子对外层电子的吸引力强。软软碱碱(soft bases)：碱碱中中给给电电子子原原子子易易失失去去电电子子，易易极极化变形，电负性小，即原子对外层电子的吸引力弱。化变形，电负性小，即原子对外层电子的吸引力弱。交界酸碱交界酸碱：介于软硬之间的酸碱。介于软硬之间的酸碱。一种元素属于哪类不是固定的，它随电荷不同而改变。一种元素属于哪类不是固定的，它随电荷不同而改变。如如:Fe3+是是硬硬酸酸，Fe2+则则是是交交界界酸酸；Cu2+是是交交界界酸酸而而 Cu+为为软软酸酸；SO42-是是硬硬碱碱，SO32-是是交交界界碱碱，S2O32-则是软碱。则是软碱。第第25页页/共共111页页常见路易斯酸碱的分类常见路易斯酸碱的分类 硬硬 交界交界 软软 酸酸碱碱H+,Li+,Na+,Mg2+,Ca2+,Mn2+,Cr3+,Co3+,Fe3+,BF3,AlCl3,AlH3,SO3,CO2,I7+,I5+,Cl7+,Cr6+Fe2+,Co2+,Ni2+,Cu2+,Zn2+,Pb2+,Sn2+,Sb3+,Bi3+,SO2,NO+,Cr2+金属原子金属原子,Cu+,Ag+,Au+,Hg+,Tl+,Cd2+,Hg2+,Tl3+,Pt2+,Pt4+,BH3,O,Cl,Br,I,N H2O,OH-,O2-,F-,PO43-,SO42-,Cl-,CO32-,ClO4-,NO3-,ROH,RO-,R2O,NH3,RNH2,N2H4,N2,O2,F2 C6H5NH2,C6H5N,N3-,Br-,NO2-SO32-,N2,SCN-R2S,RSH,RS-,I-,SCN-,S2O32-,S2-,R3P,AsR3,CN-,CO,C2H4,C6H6,H-,R-,烯烃烯烃,芳烃芳烃,异腈异腈 第第26页页/共共111页页 软软硬硬酸酸碱碱原原则则（硬硬亲亲硬硬，软软亲亲软软）可可对对化化合合物物的的稳稳定定性性，自自然然界界中中矿矿物物的的存存在在形形式式、含含金金属属离离子子化化合合物物的的结结合合形式及金属催化剂的中毒现象等都给予较好的解释。形式及金属催化剂的中毒现象等都给予较好的解释。硬酸倾向与硬碱结合，软酸倾向与软碱结合。硬酸倾向与硬碱结合，软酸倾向与软碱结合。软硬酸碱原则软硬酸碱原则例：例：软酸软酸 Cu+易与软碱易与软碱 CN-生成稳定的配位化合物生成稳定的配位化合物 Cu(CN)2-，而，而 Cu+与硬碱与硬碱 NH3 形成的配合物形成的配合物 Cu(NH3)4+则不如则不如 Cu(CN)2-稳定。稳定。例：例：硬酸硬酸 Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Al3+等在自然界等在自然界 的矿物都是与硬碱的矿物都是与硬碱 O2-、F-、CO32-、SO42-等结合等结合 而成的化合物，而软酸而成的化合物，而软酸 Ag+、Hg2+等主要是与软等主要是与软 碱碱 S2-等结合。等结合。第第27页页/共共111页页6.2.1 水的解离平衡与酸碱指示剂水的解离平衡与酸碱指示剂 6.2.2 一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸、弱碱的解离平衡6.2.3 多元弱酸溶液的解离平衡多元弱酸溶液的解离平衡6.2.4 盐溶液的酸碱平衡盐溶液的酸碱平衡 6.2 弱酸弱碱的解离平衡弱酸弱碱的解离平衡第第28页页/共共111页页 6.2.1 水的解离平衡与酸碱指示剂水的解离平衡与酸碱指示剂 按照酸碱质子理论，水的自身解离平衡可表示为：按照酸碱质子理论，水的自身解离平衡可表示为：n 水的解离平衡水的解离平衡 2H2O(l)H3O+(aq)+OH-(aq)或或 H2O(l)H+(aq)+OH-(aq)其标准平衡常数表达式为：其标准平衡常数表达式为：Kw =c(H3O+)c(OH)cc通常简写为：通常简写为：Kw =c(H3O+)c(OH)Kw：水的离子积常数，简称水的离子积。：水的离子积常数，简称水的离子积。在在 25C 时时，纯纯水水中中 c(H+)=c(OH-)=110-7 molL1，因因此纯水的离子积为此纯水的离子积为 110-14。Kw 随温度的升高而增大。随温度的升高而增大。第第29页页/共共111页页 溶溶液液中中的的 H+和和 OH 浓浓度度的的大大小小反反映映了了溶溶液液的的酸酸碱碱性性的强弱。水溶液的酸碱性可统一用的强弱。水溶液的酸碱性可统一用 H+的浓度来表示。的浓度来表示。在在化化学学科科学学中中，通通常常以以 pH 来来表表示示溶溶液液中中 H3O+的的浓度大小，浓度大小，pH 就是就是 H3O+的浓度的负对数，即：的浓度的负对数，即：pH =lg c(H3O+)n 溶液的溶液的 pH同样也可以用与同样也可以用与 pOH 来表示溶液中的来表示溶液中的 c(OH-)，即，即:pOH=lg c(OH-)由于由于 25 时，在水溶液中时，在水溶液中:Kw =c(H3O+)c(OH-)=1.010-14两边取负对数得两边取负对数得:-lg Kw=-lg c(H3O+)c(OH-)=14.00因此因此:pKw=pH+pOH=14.00第第30页页/共共111页页 pH 是是用用来来表表示示水水溶溶液液中中酸酸碱碱性性的的一一个个标标度度。pH 越越小小，c(H+)越越大大，溶溶液液酸酸性性越越强强，碱碱性性越越弱弱；反反之之，pH 越大，溶液的碱性越强，酸性越弱。越大，溶液的碱性越强，酸性越弱。酸性溶液：酸性溶液：pH 7溶液酸碱性与溶液酸碱性与 pH 的关系：的关系：pH 仅仅适适用用于于 c(H3O+)或或 c(OH-)为为 1 molL-1 以以下下的的溶溶液液，若若 c(H3O+)1molL-1，pH 1molL-1，pH 14。此此时时直直接接写写出出 c(H3O+)或或 c(OH-)，而不用而不用 pH 来表示这类溶液的酸碱性。来表示这类溶液的酸碱性。第第31页页/共共111页页 酸酸碱碱指指示示剂剂一一般般是是结结构构比比较较复复杂杂的的有有机机分分子子，并并且且通通常常是是弱弱酸酸或或弱弱碱碱，或或者者是是酸酸碱碱性性都都较较弱弱的的两两性性分分子子。溶溶液液 pH 改改变变时时，由由于于质质子子转转移移引引起起指指示示剂剂的的分分子子或或离离子子结结构构发发生生变变化化，使使其其在在可可见见光光范范围围内内发发生生了了吸吸收收光光谱谱的的改改变变，因因而而呈呈现现不不同同的颜色。的颜色。n 酸碱指示剂酸碱指示剂 借借助助于于颜颜色色的的改改变变来来指指示示溶溶液液 pH 的的物物质质叫叫做酸碱指示剂。做酸碱指示剂。第第32页页/共共111页页 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 蓝蓝几种常见的酸碱指示剂的变色范围几种常见的酸碱指示剂的变色范围 指示剂指示剂 变色范围变色范围 酸色酸色 中间色中间色 碱色碱色 用用酸酸碱碱指指示示剂剂测测定定溶溶液液的的 pH 是是很很粗粗略略的的，只只能能知知道道溶溶液液的的 pH 在在某某一一个个范范围围。用用 pH 试试纸纸测测定定 pH 就就比较准确，当然更准确的方法是用比较准确，当然更准确的方法是用 pH 计来测定计来测定 pH。第第33页页/共共111页页常见液体的常见液体的pH液体名液体名称称pH液体名液体名称称pH胃胃 液液柠檬汁柠檬汁醋醋葡萄汁葡萄汁橙橙 汁汁尿尿1.03.02.43.03.23.54.88.4唾唾 液液牛牛 奶奶纯纯 水水血血 液液眼眼 泪泪6.57.56.57.07.347.457.4第第34页页/共共111页页通通常常所所说说的的弱弱酸酸、弱弱碱碱属属于于弱弱电电解解质质，他他们们在在水水溶溶液液中中大大部部分分以以中中性性分分子子形形式式存存在在，只只部部分分解解离离为为阴阴、阳离子，存在未解离的分子与离子之间的平衡。阳离子，存在未解离的分子与离子之间的平衡。6.2.2 一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸、弱碱的解离平衡一元弱酸一元弱酸(弱碱弱碱)：只能给出只能给出(或接受或接受)一个质子的酸或碱；一个质子的酸或碱；多元弱酸多元弱酸(弱碱弱碱)：能给出能给出(或接受或接受)多个质子的酸或碱。多个质子的酸或碱。从从每每个个酸酸(或或碱碱)分分子子或或离离子子能能否否给给出出(或或接接受受)多多个个质子来划分：质子来划分：第第35页页/共共111页页n 一元弱酸的解离平衡一元弱酸的解离平衡 HA(aq)+H2O(l)A-(aq)+H3O+(aq)在一元弱酸在一元弱酸 HA 的水溶液中，存在着下列质子转移的水溶液中，存在着下列质子转移反应：反应：当反应达平衡时，有：当反应达平衡时，有：Ka (HA)=c(H3O+)/c c(A-)/c c(HA)/c Ka(HA)弱弱酸酸 HA 的的解解离离常常数数，它它的的数数值值表表明明了了酸酸的的相相对对强强弱弱。在在相相同同 T 下下，Ka(HA)大大的的是是较较强强的的酸酸，其给出质子的能力较强。其给出质子的能力较强。或简写成：或简写成：Ka (HA)=c(H3O+)c(A-)c(HA)平衡浓度平衡浓度第第36页页/共共111页页 实际上，在弱酸溶液中同时存在弱酸和水的两种实际上，在弱酸溶液中同时存在弱酸和水的两种解离平衡：解离平衡：H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH-(aq)H2O(l)+HA(aq)H3O+(aq)+A-(aq)Ka Kw 它们都能解离出它们都能解离出 H3O+，两者之间相互联系，相互，两者之间相互联系，相互影响。通常情况下，影响。通常情况下，Ka Kw，只要，只要 c0(HA)不是很小，不是很小，H3O+主要由主要由 HA 解离产生。解离产生。因此，计算因此，计算 HA 溶液中的溶液中的 c(H3O+)时，可以不考虑水的解离平衡。时，可以不考虑水的解离平衡。第第37页页/共共111页页平衡浓度平衡浓度/molL-1 0.10 x x x x =1.310-3 molL-1例例1、计算计算 0.10 molL-1 HAc 溶液中的溶液中的 H3O+、Ac-、HAc、OH-浓度及溶液浓度及溶液 pH。（。（HAc 的解离常数的解离常数 Ka=1.810-5）H2O(l)+HAc(aq)H3O+(aq)+Ac-(aq)解：解：初始浓度初始浓度/molL-1 0.10 0 0Ka (HAc)=c(H3O+)c(Ac-)c(HAc)=1.810-5则：则：即：即：x20.10 x=1.810-5因此因此:c(H3O+)=c(Ac-)=1.310-3 molL-1 第第38页页/共共111页页c(HAc)=0.10 1.310-3 0.10 molL-1Kw =c(H3O+)c(OH-)=1.010-14溶液中的溶液中的 OH-来自水的解离，则根据：来自水的解离，则根据：c(OH-)=7.710-12 molL-1 1.010-141.310-3pH =-lg c(H3O+)=-lg(1.310-3)=2.89 对对于于弱弱酸酸 HA 而而言言，若若 Ka 很很小小，但但 Ka Kw，且且 c0(HA)比比较较大大，HA 溶溶液液中中 H3O+的的浓浓度度可可用用下下列列简简化化公式计算：公式计算：c(H3O+)=Ka c0(HA)c0(HA)/Ka 500 时时，第第39页页/共共111页页 解离度是指已解离的弱酸分子数与分子总数之百分解离度是指已解离的弱酸分子数与分子总数之百分比，或者说已解离了的弱酸浓度与初始浓度之比。比，或者说已解离了的弱酸浓度与初始浓度之比。n 解离度解离度 =已解离的浓度已解离的浓度初始浓度初始浓度100%=c初始初始 c平衡平衡c初始初始100%在例在例 1 中，中，HAc 的解离度为：的解离度为：=1.3%0.101.310-3100%弱弱酸酸的的解解离离度度的的大大小小也也可可以以表表示示酸酸的的相相对对强强弱弱。在在温温度度、浓浓度度相相同同的的条条件件下下，大大的的酸酸，Ka 大大，其其 pH 值值小小，为为较较强强的的酸酸；反反之之，小小的的酸酸，Ka 小小，其其pH 值大，为较弱的酸。值大，为较弱的酸。第第40页页/共共111页页n 解离度解离度 与与 Ka 的关系的关系稀释定律：稀释定律：在一定温度下（在一定温度下（Ka 为定值），某弱电解质为定值），某弱电解质 的解离度随着其溶液的稀释而增大。的解离度随着其溶液的稀释而增大。H2O(l)+HA(aq)H3O+(aq)+A-(aq)一元弱酸一元弱酸 HA 存在如下的解离平衡：存在如下的解离平衡：Ka c0(HA)c0(HA)100%则其解离度为：则其解离度为：=c(H3O+)c0(HA)100%=Ka c0(HA)100%第第41页页/共共111页页n 一元弱碱的解离平衡一元弱碱的解离平衡 一元弱碱的解离平衡组成的计算与一元弱酸的解离一元弱碱的解离平衡组成的计算与一元弱酸的解离平衡组成计算类似。平衡组成计算类似。B(aq)+H2O(l)BH+(aq)+OH-(aq)Kb (B)=c(BH+)/c c(OH-)/c c(B)/c 解离常数为：解离常数为：或简写为：或简写为：Kb (B)=c(BH+)c(OH-)c(B)对于一元弱碱，当对于一元弱碱，当c(OH-)=Kb(B)c0(B)；c0(B)/Kb 500 时，有：时，有：=Kb(B)/c0(B)100%第第42页页/共共111页页例例2、已知已知 25 时，时，0.200 molL-1 氨水的解离度为氨水的解离度为 0.95%，求求 c(OH-)、pH 值和氨的解离常数。值和氨的解离常数。NH3(aq)+H2O(l)NH4+(aq)+OH-(aq)解：解：氨水中存在如下的解离平衡氨水中存在如下的解离平衡平衡浓度平衡浓度/molL-1 0.20(10.95%)0.200.95%0.200.95%初始浓度初始浓度/molL-1 0.20 0 0c(OH-)=0.20 0.95%=1.910-3pOH=-lg c(OH-)=-lg(1.910-3)=2.73pH=14 pOH=14 2.73=11.27Kb (NH3)=c(NH4+)c(OH-)c(NH3)(0.200.95%)20.200(10.95%)=1.810-5第第43页页/共共111页页一元弱酸（弱碱）溶液中一元弱酸（弱碱）溶液中 c(H3O+)或或 c(OH-)以及解以及解离度离度()值计算公式：值计算公式：c(H3O+)=Ka c0(HA)一元弱酸一元弱酸c(OH-)=Kb c0(B)一元弱碱一元弱碱 =Ka /c0(HA)=Kb /c0(B)第第44页页/共共111页页6.2.3 多元弱酸溶液的解离平衡多元弱酸溶液的解离平衡 在在水水溶溶液液中中一一个个分分子子能能解解离离出出一一个个以以上上 H3O+的的弱弱酸酸叫叫做做多多元元弱弱酸酸。如如 H2CO3 和和 H2S 等等是是二二元元弱弱酸酸，H3PO4 和和 H3AsO4 等是三元弱酸。等是三元弱酸。多元弱酸在水溶液中的解离过程是分步进行的。多元弱酸在水溶液中的解离过程是分步进行的。以以H2CO3 的解离平衡为例：的解离平衡为例：第一步解离：第一步解离：H2CO3(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+HCO3-(aq)第二步解离：第二步解离：HCO3-(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+CO32-(aq)Ka,1=c(H3O+)c(HCO3-)c(H2CO3)=4.2 10-7Ka,2=c(H3O+)c(CO32-)c(HCO3-)=4.7 10-11第第45页页/共共111页页 在在多多元元弱弱酸酸的的溶溶液液中中，实实际际上上除除了了酸酸自自身身的的多多步步解解离离平平衡衡外外，还还存存在在着着水水的的解解离离平平衡衡。这这些些平平衡衡中中都都有有H3O+产产生生，平平衡衡时时溶溶液液中中的的 c(H3O+)保保持持恒恒定定，此此时时，c(H3O+)满满足足各各平平衡衡常常数数表表达达式式的的数数量量关关系系。关关键键是是各各平平衡衡的的 K 相相对对大大小小不不同同，它它们们解解离离出出的的 H3O+对对溶溶液液中中 H3O+的总浓度的贡献不同。的总浓度的贡献不同。则则溶溶液液中中的的 H3O+主主要要来来自自第第一一级级解解离离平平衡衡，计计算算 c(H3O+)时时只只考考虑虑第第一一步步解解离离，即即按按一一元元弱弱酸酸的的质子转移平衡做近似处理。质子转移平衡做近似处理。若若 Ka,1 Kw，且，且 Ka,1/Ka,2 103第第46页页/共共111页页例例3、计算计算 0.010 molL-1 H2CO3溶液中的溶液中的 H3O+、H2CO3、HCO3-、CO32-、OH-浓度及溶液的浓度及溶液的 pH 值（已知值（已知H2CO3的的 Ka,1=4.210-7,Ka,2=4.710-11）。解：解：因为因为 Ka,1 Kw，且，且 Ka,1/Ka,2 103，所以在计算，所以在计算溶液中的溶液中的 H3O+浓度时可当作一元弱酸处理。浓度时可当作一元弱酸处理。H2CO3 的第一步解离反应：的第一步解离反应：H2CO3(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+HCO3-(aq)c(H3O+)=Ka,1 c0(H2CO3)4.210-70.010=6.510-5 molL-1c(HCO3-)=c(H3O+)=6.510-5 molL-1 pH=-lgc(H3O+)=-lg(6.510-5)=4.19第第47页页/共共111页页c(OH-)=Kw/H3O+=1.010-14/6.510-5c(H2CO3)=0.01 6.510-5 0.010 molL-1=1.510-10 molL-1根据第二步解离计算根据第二步解离计算 c(CO32-)：HCO3-(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+CO32-(aq)Ka,2=c(H3O+)c(CO32-)c(HCO3-)c(CO32-)=4.710-11 molL-1=4.710-11c(CO32-)=第第48页页/共共111页页结论：结论：(1)多元弱酸的解离是分步进行的。多元弱酸的解离是分步进行的。(3)二元弱酸二元弱酸 H2A 溶液中，溶液中，c(H3O+)2 c(A2-)。(2)二元弱酸二元弱酸 H2A溶液中，溶液中，c(A2-)Ka,2，而与弱，而与弱 酸的初始浓度无关。酸的初始浓度无关。一一般般 Ka,1 Ka,2 Ka,3，溶溶液液中中的的 H3O+主主要要来来自自于于弱弱酸酸的的第第一一步步解解离离，计计算算 c(H3O+)或或 pH 时可只考虑第一步解离。时可只考虑第一步解离。第第49页页/共共111页页6.2.4 盐溶液的酸碱平衡盐溶液的酸碱平衡 盐盐溶溶解解在在水水中中得得到到的的溶溶液液可可能能是是中中性性、酸酸性性或或者者碱碱性性，这取决于盐的性质。这取决于盐的性质。NaNO3强酸强碱作强酸强碱作用生成的盐用生成的盐NaCl弱酸强碱作弱酸强碱作用生成的盐用生成的盐强酸弱碱作用强酸弱碱作用生成的盐生成的盐弱酸弱碱作用弱酸弱碱作用生成的盐生成的盐Na2CO3NaAcNH4ClFeCl3NH4AcNH4CN 在在水水中中完完全全解解离离产产生生的的阳阳、阴阴离离子子不不与与水水发发生生质质子子转转移移反反应应，即即这这种种盐盐不不水水解解，其其水水溶溶液液为为中性。中性。在在水水中中完完全全解解离离产产生生的的阳阳、阴阴离离子子中中的的一一种种或或多多种种能能与与水水发发生生质质子子转转移移反反应应，即即水水解解反反应应，使使得得它它们们的的水水溶溶液液可可能能显显中中性性、酸酸性性或或碱碱性性。这这些些能能与与水水发发生生质质子子转转移移反反应应的的离离子子物物种种被被称称为为离离子子酸酸或或离子碱，如离子碱，如 NH4+、Ac-等。等。第第50页页/共共111页页(1)(1)强酸弱碱