无机及分析化学 四大平衡

溶液中， 例3：在10ml0.08mol·L-1FeCl3溶液中，加30ml含 ： 含 的混合溶液， 有0.1mol·L-1NH3和1.0mol·L-1 NH4Cl的混合溶液， 的混合溶液 能否产生Fe(OH)3沉淀。Ksp(Fe(OH)3)= 2.79×10-39 沉淀。 能否产生 × 解：混合后溶液中各物质的浓度为 C(Fe3+)=(10×0.08)/(10+30)=0.020mol·L-1 × 在NH3- NH4Cl缓冲溶液中 缓冲溶液中 C(NH3)=(30×0.1)/(30+10)=0.075mol·L-1 × C(NH4+)=(30×1.0)/(30+10)=0.75mol·L-1 × C(OH-)=Kb· c(NH3)/ c(NH4+)=1.8×10-5× × 0.075/0.75=1.8×10-6mol·L-1 × QB= c(Fe3+)c3(OH-)=0.02×(1.8×10-6)3= 1.2× × × × 10-19，∵ QB＞Ksp[Fe(OH)3]∴有Fe(OH)3沉淀产生
3. 40ml0.1 mol·L-1 Na2HPO4 溶液与 溶液与20ml 0.1 mol·L-1H3PO4溶液相混合后pH为（ D ）。 溶液相混合后 为 (已知 3PO4的Ka1=7.5×10-3，Ka2=6.2×10-8， 已知H 已知 × × Ka3=2.2×10-13) × A.2.12 B.12.65 C.7.21 D.6.91 4.[Al(H2O)5(OH-)]2+的共轭酸是 ，共轭碱 是。
第五讲
四大平衡
酸碱平衡 沉淀溶解平衡 配位平衡 氧化还原平衡
5-1 酸碱平衡
一. 酸碱质子理论 1.酸碱的定义 酸碱的定义 2.共轭酸碱对 共轭酸碱对 3.酸碱反应 酸碱反应 实质： 实质：质子的转移 （1）质子理论中没有盐的概念。 ）质子理论中没有盐的概念。 （2）质子理论扩大了酸碱反应的范围。 ）质子理论扩大了酸碱反应的范围。 局限：只限于质子的放出和接受， 局限：只限于质子的放出和接受，必须含氢
四.缓冲溶液 缓冲溶液
1.基本概念 基本概念 ㈠.缓冲溶液和缓冲作用 缓冲溶液和缓冲作用 缓冲体系（ ㈡.缓冲体系（缓冲对）及缓冲溶液的类型 缓冲体系 缓冲对） 2.缓冲原理 缓冲原理 3.缓冲溶液 值的计算 缓冲溶液pH值的计算 缓冲溶液
c ( H + ) ⋅ c ( 碱) Ka = c(酸)
c碱 pH = pK a + lg c酸 n碱 pH = pK a + lg n酸
水溶液的pH。 例3：计算 ：计算0.010mol·L-1NH4Ac水溶液的 。 水溶液的 Ka（HAc）=1.8×10-5，Kb（NH3）=1.8×10-5 ） × × 解：用最简公式计算 Ka（NH4+）=KW/Kb（NH3）=5.6×10-10 ×
c(H ) = Ka(HAc) Ka( NH+ ) = 1.8×10 ×5.6×10
c + c + 4KW cH = 2
+ 2
( )
同理
c + c + 4KW c OH = 2
− 2
( )
2.一元弱酸、弱碱溶液 一元弱酸、 一元弱酸
c(H ) = cKa c(OH − ) = cKb
+
c/Ka≥500，c Ka/ KW≥20 ， c/Kb≥500，c Kb/ KW ≥20 ，
3.多元弱酸、弱碱溶液 多元弱酸、 多元弱酸 只考虑第一级离解，按一元弱酸、碱处理。 只考虑第一级离解，按一元弱酸、碱处理。 4.两性物质溶液酸碱度的计算 两性物质溶液酸碱度的计算 -型 c( H + ) = K K HA a a c/Ka1≥20,cKa2/KW≥20
5.缓冲溶液的配制 缓冲溶液的配制 ㈠.选择缓冲对 选择缓冲对 原则： 接近 接近pK 接近pK 原则：pH接近 a，或pOH接近 b。 接近 ㈡.计算缓冲比 计算缓冲比
的缓冲溶液。 例1：如何配制 ：如何配制pH=5.00的缓冲溶液。 的缓冲溶液 接近5.0,因此选 解:(1)因HAc的pKa=4.75,接近 因此选 因 的 接近 HAc—NaAc。 。 5.00=4.75+lgc(碱)/c(酸) 碱 酸 (2)求缓冲比 求缓冲比 即c(Ac-)/c(HAc)=1.78。 。 若配制1升缓冲溶液 假设混合前 若配制 升缓冲溶液,假设混合前 升缓冲溶液 假设混合前HAc,NaAc浓度 浓度 均为0.10 mol·L-1,则可计算所需 则可计算所需V(HAc)、V(NaAc) 均为 则可计算所需 显然， 显然，混合后
1.已知 3BO3,ClCH2COOH和CH3COOH的Ka 已知H 已知 和 的 值分别为6.0× 值分别为 ×10-10,1.4×10-3 和 1.8×10-5 。 (1)若要 × × 若要 配制pH=3.0的缓冲溶液 应选取哪种酸 的缓冲溶液,应选取哪种酸 配制 的缓冲溶液 应选取哪种酸;(2)若用上述 若用上述 选取的酸和NaOH配制 缓冲溶液 用去 配制1L缓冲溶液 用去NaOH固体 选取的酸和 配制 缓冲溶液,用去 固体 4.0g,则需该酸多少克？(原子量 则需该酸多少克？ 原子量H:1 O:16 C:12 则需该酸多少克 原子量 B:10.8 Na:23 Cl:35.5) 2.求下列各题 值 求下列各题pH值 求下列各题 ①50ml0.10 mol·L-1H3PO4+25ml 0.10 mol·L-1NaOH ②50ml0.10 mol·L-1H3PO4+50ml 0.10 mol·L-1NaOH ③50ml0.10 mol·L-1H3PO4+75ml 0.10 mol·L-1NaOH
c( Ac − ) V ( NaAc ) = = 1.78 c( HAc) V ( HAc)
即V(NaAc)=1.78V(HAc) 又V(NaAc)+ V(HAc)=1000ml 则V(HAc)=360ml，V(NaAc)=640ml ， 的缓冲溶液， 例2：欲配制 ：欲配制pH=9.0的缓冲溶液，应在 的缓冲溶液 应在500ml0.1 mol·L-1氨水中加入固体 氨水中加入固体NH4Cl多少克？（设加入 多少克？（ 多少克？（设加入 NH4Cl后总体积不变） 后总体积不变） 后总体积不变 n（NH4Cl）=0.089mol，4.76g ） ，
m
m
⋅n
n
几种难溶电解质溶解度和溶度积比较
化合物 AgCl AgBr
Mg(OH)2 Ag2CrO4
Ksp表达式 表达式
Ksp=c(Ag+)c(Cl-) Ksp=c(Ag+)c(Br-) Ksp=c(Mg2+)c2(OH-) Ksp=c2(Ag+)c(CrO42-)
m+ n 2 2 3 3
溶度积
溶解度 (mol·L-1)
1.8×10-10 1.3×10-5 × × 5.0×10-13 7.1×10-7 × × 1.8×10-11 1.7×10-4 × × 1.1×10-12 6.5×10-5 × ×
3.溶度积规则 溶度积规则 QB：离子积
QB=cm(An+)·cn(Bm-)
1） 溶液是饱和溶液，达平衡状态。 （1）当QB=Ksp时，溶液是饱和溶液，达平衡状态。 溶液暂时处于过饱和状态， （2）当QB＞Ksp时，溶液暂时处于过饱和状态，有沉淀 ） 生成，直至Q 生成，直至 B=Ksp 。 不饱和溶液，沉淀溶解， （3）当QB＜Ksp时，不饱和溶液，沉淀溶解，直至 ） QB=Ksp 。
5-2 沉淀溶解平衡
沉淀溶解平衡常数—溶度积 一.沉淀溶解平衡常数 溶度积 沉淀溶解平衡常数 1.溶度积 溶度积
沉淀 溶解
AmBn(s)
mAn+(aq)+ nBm- (aq)
Ksp=cm(An+)·cn(Bm-) 2.溶度积与溶解度的关系 溶度积与溶解度的关系
S =
m+n
K
sp
( Am B n )
Ksp(CaCO3) =2.8×10-9。 ×
解： ① c(Ca2+)=c(C2O42-)=0.01/2=0.005 mol·L-1， QB= c(Ca2+)·c(C2O42-)=2.5×10-5 ×
沉淀产生。 ∵ QB ＞ Ksp ，∴有CaC2O4沉淀产生。 在饱和CO2溶液中，c(CO32-)≈Ka2=5.6 ×10-11 溶液中， ②在饱和 mol·L-1 ， QB= c(Ca2+)·c(CO32-)=5.6×10-11， × 没有CaCO3沉淀产生。 沉淀产生。 ∵ QB ＜Ksp ，∴没有
4.酸碱的强弱及离解常数 酸碱的强弱及离解常数 酸碱的强弱及 HAc H+ + Ac-
) / c ⋅ c ( Ac ) / c Ka θ c ( HAc ) / c NH3 + H2O NH4++OHc ( NH 4+ ) ⋅ c ( OH − ) Kb = c ( NH 3 )
5.水的质子自递反应 水的质子自递反应 6.共轭酸碱对 a和Kb的关系 共轭酸碱对K 共轭酸碱对
4.缓冲容量和缓冲范围 缓冲容量和缓冲范围 ㈠.缓冲容量 缓冲容量 指单位体积缓冲溶液的pH值改变极小值 指单位体积缓冲溶液的 值改变极小值 所需的酸或碱的“物质的量” 所需的酸或碱的“物质的量”。
dc(碱) dc（酸） β= =− dpH dpH
缓冲比： 酸 碱 ㈡.缓冲比：c(酸)/c(碱)或c(碱)/c(酸)。 缓冲比 碱 酸 ㈢.缓冲范围 缓冲范围 pH=pKa±1（or pOH=pKb±1）的范围。 （ ）的范围。
1 2
HA2-型
c( H + ) =
K a 2 K a3 c/Ka2≥20,cKa3/KW≥20
例1：计算 ：计算0.20mol·L-1邻苯二甲酸氢钾溶 液的pH。邻苯二甲酸的K 液的 。邻苯二甲酸的 a1=1.1×10-3， × Ka2=3.9×10-6。 × 解： ∵c/Ka1=0.20/1.1×10-3 ＞20，cKa2/KW= 0.20 × ， × 3.9×10-6/1.0×10-14＞20 × × ∴ c(H + ) = Ka Ka = 1.1×10−3 × 3.9×10−6 1 2 = 6.5×10-5 mol·L-1 × pH=4.18 2.计算下列溶液的 值： 0.10mol·L-1HAc、 计算下列溶液的pH值 计算下列溶液的 、 NH4Cl、NaCN、H2C2O4、CHCl2COOH、 、 、 、 NaHCO3、NaH2PO4。
5. 在饱和 2S溶液中 各物质浓度关系正 在饱和H 溶液中 溶液中,各物质浓度关系正 确的是（ 确的是（ B ）； A.[S2-]≈2[H+] B. [HS-]≈[H+] C. [H2S]≈[H+]+[HS-] D. [H2S]≈[S2-] 6.酸碱质子理论认为 下列物质全部是酸的 酸碱质子理论认为,下列物质全部是酸的 酸碱质子理论认为 是（ B ）； A. H2S , C2O42-, HCO3B. B. HPO42-, NH4+, [Fe(H2O)6]3+ C. Na(s), BF3, H2O D. HCl, PO43-, H2CO3
二. 沉淀的生成和溶解
1.沉淀的生成 沉淀的生成 QB＞Ksp 例1：某溶液中 2+浓度为 ×10-3mol·L-1 ， ：某溶液中Pb 浓度为1.0× 若要生成PbCl2沉淀，Cl-浓度至少应为多少？ 沉淀， 浓度至少应为多少？ 若要生成 Ksp[PbCl2]= 1.7×10-5 × c(Cl-)＞0.13mol·L-1 ＞
例2：判断下列情况是否有沉淀生成：①将 ：判断下列情况是否有沉淀生成： 0.01mol·L-1的CaCl2溶液与同浓度的 2C2O4溶 溶液与同浓度的Na 液等体积混合； 液等体积混合；②在1.0mol·L-1的CaCl2溶液中 通入CO2至饱和。已知：Ksp(CaC2O4) =4.0 ×10-9， 至饱和。已知： 通入
(c ( H =
+
θ
)(
−
θ
)
二. 酸碱平衡的移动
1.稀释定律 稀释定律
α =
Ka c
2.同离子效应和盐效应 同离子效应和盐效应 三.酸碱平衡中有关浓度的计算 酸碱平衡中有关浓度的计算
1.强酸、碱溶液 强酸、 强酸 水的离解可忽略， （1）当c＞10-6mol·L-1时，水的离解可忽略， ） ＞ c(酸)=c(H+)，C(碱)=c(OH-) 酸 ， 碱 （2）当c≤ 10-6mol·L-1时，水的离解不可忽略， 水的离解不可忽略， ） 如c(HCl)=10-8mol·L-1，pH=？ ？ 溶液中存在： 溶液中存在：c(H+)=c(Cl-)+c(OH-)
4
+
−5
−10
= 1.0×10-7mol·L-1 ×
pH=7.00
Leabharlann Baidu
计算0.40mol·L-1H2SO4溶液中各种 例4.计算 计算 离子的浓度。 离子的浓度。Ka2=1.2×10-2 × 的第一步完全电离。 解：H2SO4的第一步完全电离。 即： H2SO4 = H+ + HSO4HSO4H+ + SO42则 0.4+x x 平衡时 0.4-x Ka2=(0.4+x)x/(0.4-x) 解得 x=0.01 分别为0.41、 则，c(H+)、c(HSO4-)、c(SO42-)分别为 、 、 分别为 、 0.39、0.01mol·L-1。 、