无机化学04 酸碱平衡(1)

[ H ] K a c
一元弱酸中[H+]的最简计算公式


[H ] c Ka c c

计算酸性溶液中[H+]浓度、pH值的步骤
判断酸的强弱
强酸
弱酸
H+完全电离
H+部分电离 判断c/Ka与500的大小关系
c/Ka<500
[H ] c酸
c/Ka ≥ 500
[H ] K a c
4.50 2
（二）多元弱酸、弱碱
多元弱酸：凡是能在水溶液中释放两个或两个以上质 子的弱酸（如:H2S）。 特点： 分步进行 。
[H3 O ][HS- ] 例：H 2S H 2 O H 3 O HS- , K a1 1.32 107 [H2S]
[H3 O ][S2- ] HS- H 2 O H 3 O S2- , K a 2 7.10 10-15 [HS- ]
HCO3– NH4+ H3O+ H2O [Al(H2O)6]3+ 分子， 阴、阳离子
H+ CO32– H+ NH3 H+ H2O H+ OH– H+ [Al(H2O)5OH]2+ 分子， 阴、阳离子
如H2O，HCO3–既 是酸又是碱，两性 物质。 盐也有酸碱性，如 Na2CO3，NH4Cl 等。
酸碱反应的实质是质子的传递 醋酸溶液中：
——一元弱碱的碱度常数，basicity constant
注意：K只与物质的本性和温度T有关，与浓度无关。
Ka越大， Kb越大， 酸性越强 碱性越强 共轭酸碱对： 强酸弱碱，弱酸强碱
酸碱释放(接 受)质子的能 力
酸碱的强弱
溶剂释放(接 受)质子的能 力
二、Lewis的酸碱理论
1. 要点：
凡可以接受电子对的分子、原子团、离子为酸；
酸碱半反应1：HAc H+ + Ac– 酸1 碱1 酸碱半反应2：H+ + H2O H3O+ 碱2 酸2 H+ 总反应：HAc + H2O H3O++ Ac– 酸1 碱2 酸2 碱1
实质：两对共轭酸碱对之间的质子(H+)传递反应。
ⅰ电离: 水与分子酸碱的质子传递反应
HCl + H2O ≒ H3O+ + Cl酸1 碱2 酸2 碱1 NH4+ +H2O ≒ H3O+ + NH3 酸1 碱2 酸2 碱1 ⅱ中和: 质子的传递作用
Ka

H3O+ + A H+ + A
H / c A / c



HA/ c
c 1mol L

1
Ka,HA

K a 酸度常数，acidity constant
B + H2O 平衡常数

BH+ + OH
Kb

BH OH

c

B
c

c

或K b
解：已知cb＝ 0.30 mol· －1 ，pH=9.50： L
pOH 14 pH 4.50
[OH ] 10

4.50
Kb c
(10 ) 9 Kb 3.3310 0.30
Kw 1.0 10 6 Ka 3 10 9 Kb 3.33 10
14
二、弱酸、弱碱与水之间的质子传递平衡 （一）一元弱酸、弱碱
例：试计算浓度为c的弱酸HA水溶液的[H+]。 解： (1) 忽略水的质子自递平衡，则： HA ⇋ H+ + A– 起始浓度： c 电离浓度：[H+] 平衡浓度： c - [H+]

0 0 [H+] [H+] [H+] [H+]
2
Ka
用近似公式计算 pH = -lg[H+]
一元弱酸（HA）和一元弱碱B的浓度计算公式
一元弱酸（HA）溶液中
Ka Ka 2 [H ] K a ca ；（近似公式） 2 4 当c / K a 500时， [H ] K a ca ；（最简公式）
一元弱碱（B）溶液中
② B–离子的水解： B–+ H2O
③ 水的解离：
OH—+ HB [HB][OH ] Kb [B ] H2O + H2O OH– + H3O+
Kw = [H3O+][OH–]
∴Kw = Ka.Kb，即固定温度下，Ka与Kb成反比。
【例 】已知NH3的为Kb为1.79×10-5 ，试求 NH4+的Ka。 解：NH4+是NH3的共轭酸, 故: Ka = Kw / Kb = 1.00 ×10-14 / (1.79×10-5 ) = 5.59 ×10-10
根据多重平衡规则， H 2S 2H2O 2 H3O S
[H3O ] [S ] -22 K K a1 K a 2 9.3710 [H2S]
2 2-

2-
(1) Ka2co≥20Kw（忽略水的质子平衡） (2) Ka1＞＞Ka2，Ka1/Ka2＞102，作一元酸处理：
[H ] Ka1 C0
H A H HA c H

_
2

K a K a 4K a c [H ] 2
一元弱酸中H+浓度的近似计算公式
当c/Kaθ≥500时，α< 5%，即c-[H+] ≈c，则：
[H ]2 [H ]2 Ka c [H ] c
两性物质
一、水的质子自递平衡
（1）离子积 H2O H+ + OH– H3O+ OH– + H3O+
KW
+ H+ + H2O
H2O + H2O
[H 3O ] [OH ] Kw c c
H OH

C

C

KW H
OH

与温度有关
H3O+ + OH- ≒ H2O +H2O 酸1 碱2 酸2 碱1 HAc + NH3 ≒ NH4+ +Ac酸1 碱2 酸2 碱1 ⅲ水解: 水与离子酸碱的质子传递反应 H2O +Ac- ≒ HAc + OH酸1 碱2 酸2 碱1 NH3 + H2O ≒ NH4+ + OH碱2 酸1 酸2 碱1
下列哪些是酸，碱和两性物质?
25℃纯水，Kw＝1×10-14
[H+] = [OH– ] =
K w 110 14 110 7 mol/L
1.水的离子积适用于纯水和所有稀水溶液。
2. 任何物质的水溶液都同时含[H+]、[OH-]。 3. 同一溶液中，始终保持[H+] [OH-]=1.0×10-14
共轭酸碱的Ka、Kb与Kw的关系 HB在水溶液中达到平衡时，离子的浓度只有一个。 ① HB的解离：HB + H2O H3O++ B– [H3O ][B ] Ka [HB]


[H ] Ka c c
c↑，[H+] ↑,α↓ c→0，α→100％


【例 3】计算0.10 mol/L一氯乙酸(CH2ClCOOH)溶液的 pH值。
解： 查表得Ka(HA) = 1.40×10-3，c = 0.10 mol/L。
Ka >> Kw , c/Ka=1.40×102 < 500, 设[H+]为x mol/L.
HA 起始浓度：0.10 电离浓度： x H+ + A– 0 x 0 x x
[H ][A ] Ka [HA] x2 3 1.4010 0.10 x
平衡浓度：0.10—x x x = 1.12 ×10-2 mol/L
pH = 1.95
对比用最简式计算的结果。
【例】计算0.100mol· -1NaAc溶液pH值。已知 L Ka,HAc=1.76×10-5
[H ] K a c 1.74 10 5 0.10 1.32 10 3 mol/L
pH = -lg[H+] = -lg (1.32×10-3) = 2.88
Ka [H ] 1.74105 1.32% c c 0.10
[H ] K a c
NH4+, NH3, HCO3-, H2O, HS-, S2-, OHH2PO4-, HPO42-
酸碱质子理论的优点
与电离理论相比，扩大了酸和碱的范围。
(如NH4Cl与NaAc，在电离理论中认为是盐，而质子理论认为 NH4Cl中的NH4+是酸， NaAc中的Ac-是碱。)
• 酸碱反应是质子传递过程，符合这种要求的反应都
（2）pH值：
pH lg[ H ]
pOH lg[ OH ]
[H+] [OH-]=1.0×10-14 25℃时，pH +pOH = 14; pH < 7 酸性An acidic solution
= 7 中性A neutral solution
> 7 碱性 A basic solution
解:
Na+不参加质子转递反应。
Ac-在水中的质子传递反应为: Ac-+H2O ⇌ HAc+OH可按一元弱碱处理, Ac-的Kb=Kw/Ka
1.00 1014 Ac 的K b 5.68 1010 5 1.76 10