酸碱反应和沉淀反应.

第三章酸碱反应和沉淀反应

【教学基本要求】

(1)掌握解离常数和解离度、水解度和水解常数、溶解度和溶度积、水的离子积和溶液

的pH值、质子酸碱和共轭酸碱等基本概念。

(2)掌握同离子效应、盐效应对解离平衡和沉淀溶解平衡的影响。

(3)会用溶度积规则判断沉淀的产生与溶解。

(4)熟练掌握弱酸、弱碱、盐溶液及缓冲溶液pH值的计算和难溶电解质溶液中有关离子

浓度的计算。

(5)掌握缓冲溶液的作用原理、选择及配制方法。

(6)会分析多重平衡体系中的成分及其相互影响。

【重点和难点】

重点

(1)弱酸、弱碱的解离平衡，同离子效应，缓冲溶液，水解反应等基本知识。

(2)酸碱平衡中溶液pH值的计算方法。

(3)缓冲溶液的作用原理、配制方法及其应用。

（4）盐类水解的抑制和利用

(5)溶度积和溶解度之间的相互换算

（6）溶度积规则及其应用

(7)分步沉淀和沉淀的转化

难点

（1）多元弱酸的解离平衡及计算

（2）单、多相离子平衡的综合应用与计算

（3）沉淀的不同溶解方法

【引言】

本章主要是应用化学平衡及平衡移动的原理讨论弱电解质(弱酸、弱碱)在水溶液中的解离平衡、盐的水解平衡、难溶电解质的沉淀溶解平衡；分析影响平衡移动的因素和溶液pH

值及有关离子浓度的计算，并简单介绍了强电解质的解离和酸碱质子理论。对这部分内容，学习时应以化学平衡原理和多重平衡规则为基础，抓住每种平衡各自的特点及其相互影响的关系，把握住重点，突破难点。

【教学内容】

3.1 酸碱理论和水的解离反应

3.1.1 酸碱理论

酸和碱是两类重要的电解质，大量的化学反应都属于酸碱反应的范畴。在研究酸、碱物质的性质、组成及结构的关系方面，人们提出了各种不同的观点，从而形成了不同的酸碱理论（theory of acid and base）。比较重要的酸碱理论是酸碱电离理论、质子理论、酸碱电子理论以及软硬酸碱规则等。在此简述酸碱电离理论和质子理论。

1.酸碱电离理论

1887年瑞典化学家阿仑尼乌斯（S.A.Arrhenius）提出了酸碱电离理论（ionization theory of acid and base）。该理论立论于水溶液中电解质的解离，把在水溶液中解离出的阳离子全部是H+离子的物质称为酸；解离出的阴离子全部是OH-离子的物质称为碱；H+离子是酸的特征，OH-离子是碱的特征；酸碱反应的实质H+离子和OH-离子相互作用结合成H2O的反应。酸碱的相对强弱可以根据它们在水溶液中解离出H+离子或OH-离子程度的大小来衡量。

电离理论在一定程度上提高了人们对酸碱本质的认识，对化学科学的发展起了很大作用。但它把酸和碱限制在以水为溶剂的体系中，对于非水体系和无溶剂体系都不适用，具有明显的局限性。

2 酸碱质子理论

1923年，丹麦化学家布朗斯台徳（J. N. Bronsted）和英国化学家洛里（T. M. Lonry）提出了酸碱质子理论，它不仅适用于水溶液，而且适用于非水体系和无溶剂体系，扩展了酸碱范围。从而克服了电离理论的局限性。

（1）酸碱定义

酸碱质子理论（proton theory of acid and base）认为：凡能给出质子（H＋）的物质（分子或离子）都是酸（acid），凡能接受质子的物质（分子或离子）都是碱

（base）。酸是质子给体（proton donor），碱是质子受体（proton acceptor）。

按照酸碱质子理论，酸和碱不是孤立存在的，酸给出质子后余下的部分就是碱，碱接受质子后就成为酸。酸和碱的这种相互依存关系称为共轭关系。以反应式表示，可以写成

酸H＋＋碱

HCl H＋＋Cl－

HAc H＋＋Ac－

H3PO4 H＋＋H2PO4－

H2PO4－H＋＋HPO42－

NH4＋H＋＋NH3

H3O＋H＋＋H2O

H2O H＋＋OH－

上述关系式称为酸碱半反应（half reaction of acid-base）式，可以看出，酸和碱可以是分子，也可以是离子。一种酸给出一个质子后就成为其共轭碱（conjugate base），一种碱接受一个质子后就成为其共轭酸（conjugate acid），我们把仅相差一个质子的一对酸碱称为共轭酸碱对（conjugate pair of acid-base）。例如HAc的共轭碱是Ac－，Ac－的共轭酸是HAc，HAc和Ac－为共轭酸碱对。

在酸碱质子理论中，没有盐的概念，如Na2CO3，质子理论认为：CO32－是碱，而Na＋既不给出质子，又不接受质子，是非酸非碱物质。对于既可以给出质子，又可接受质子的物质称为两性物质（amphoteric substance），例如，H2PO4－、HCO3－、H2O等。

（2）.酸碱反应

酸碱半反应式仅仅是酸碱共轭关系的表达形式，并不能单独存在。因为酸不能自动给出质子，质子也不能独立存在，碱也不能自动接受质子，酸和碱必须同时存在。例如HAc在水溶液中的解离：

＋

HAc＋H2O H3O＋＋Ac－（4-1）

酸1碱2酸2碱 1

式（4-1）中，HAc作为酸给出H＋，转变成其共轭碱Ac－，溶剂H2O作为碱

接受H＋，转变成其共轭酸H3O＋。又如

H2O＋H2O H3O＋＋OH－

酸1碱2酸2碱1

＋

H2O ＋Ac－HAc＋OH－

酸1碱2酸2碱1

从以上反应可以看出，一种酸和一种碱反应，总是导致一种新酸和一种新碱的生成，并且酸1和碱1，碱2和酸2分别组成共轭酸碱对，这说明酸碱反应的实质是两对共轭酸碱对之间的质子传递，一切酸碱反应都是质子传递反应（protolysis reaction）。阿仑尼乌斯电离理论中的弱酸、弱碱的电离反应、中和反应和水解反应，实质上就是质子理论中的酸碱质子传递反应。

在酸碱反应中，存在着争夺质子的过程。其结果必然是强碱夺取强酸的质子，转变成它的共轭酸——弱酸；强酸给出质子转变成它的共轭碱——弱碱。也就是说，酸碱反应总是由较强的酸与较强的碱作用，向着生成较弱的酸和较弱的碱的方向进行，相互作用的酸、碱越强，反应进行的越完全。

（3）酸碱强度

酸碱强度不仅取决于自身给出质子和接受质子的能力，同时与反应对象（溶剂）接受和给出质子的能力有关。

若酸给出质子的能力愈强，则其共轭碱接受质子的能力愈弱；反之，碱接受质子的能力愈强，则其酸给出质子的能力愈弱。例如，HCl在水中是强酸，其共轭碱Cl－就是弱碱；HAc在水中是弱酸，其共轭碱Ac－就是较强的碱。

同一种酸在不同溶剂中，酸碱强弱也不同，如HAc在水中是弱酸，在液氨中表现是强酸。又如HNO3在水中为强酸，在冰醋酸中其酸的强度大大降低，而在纯H2SO4中却表现为碱。

3.1.1 水的解离反应和溶液的酸碱性

1. 水的离子积

实验证明，水是一种很弱的电解质，其有微弱的解离。在纯水或稀的水溶液中存在着下列平衡：H2O H＋＋OH－

实验测得，298K时纯水中

[H＋]=[OH－]=1.0×10－7mol•L－1