酸碱反应及酸碱平衡

+ + + + + +
H2 O H2 O H2 O H2O H2O H2O
= = = = = =
H3O+ H3O+ H3O+ OHOHOH-
+ + + + + +
H2PO4HPO4 2 PO4 3 HPO42H2PO4 H3PO4
KӨa1 = 7.6×10 -3 KӨa2 = 6.3×10 -8 KӨa3 = 4.4×10 -13 KӨb1 = 2.3×10 -2 KӨb2 = 1.6×10 -7 KӨb3 = 1.3×10 -12
3
酸碱反应
质子酸碱理论认为，所谓的酸碱反应，是酸与 碱相互作用，分别转化为共轭碱和共轭酸的反 应，即酸与碱的质子转移反应。
HCl + NH3 = Cl+ NH4+
酸（ 2 ）
酸（1） + 碱（2） = 碱（1） +
4
6.1.2.2 酸碱的相对强弱
水的质子自递反应和质子自递常数 弱一元酸碱的离解
弱多元酸碱的离解
两个重要近似： ①忽略水的离解； ②c≈c0.
21
c(H+) α (HAc)= c(HAc) =1.3%
例6-4 将2.45gNaCN固体配成500 mL水溶液，计算此溶液的pH值为 多少。KӨa (HCN) =6.20×10 -10
解：
CN- + H2O = HCN + OH-
溶液中CN-的初始浓度为：2.45/(49×0.5) = 0.10 (mol· L-1)
c/cӨ = 0.10 ＞500
KӨb
1.0
×10-14
/6.20×10
-10
先判断 能否用 最简式 计算
= 1.3 ×10-3
c(OH-)/ cӨ =
{1.0 ×10-14 /6.20×10 –10} ×0.10
pH = 14- pOH = 14-2.89 = 11.11
Fra Baidu bibliotek
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6.2.2.2 弱多元酸碱的离解平衡
判断能否使用最简 ＞500 式计算
故可用最简式计算： c(H+)/cӨ =√KӨa · {c/cӨ }= √1.76 ×10 -5 × 0.10=1.3 ×10 - 3 c(H+) =1.3 ×10 – 3 mol· L-1 pH = 2.89 c(OH-) =7.7 ×10 – 12 mol· L-1
多重平衡体系
多元弱酸碱的离解
碳酸的 离解
H2CO3 HCO3+ + H2 O H2 O = = H3O+ H3O+ + + HCO3CO32KӨa1 = 4.30×10 -7 KӨa2 = 5.61×10 -11
H3PO4 磷酸的 离解 H2PO4HPO4 2 PO43磷酸根 HPO 24 的离解 H2PO4 -
{c(OH-)/cӨ}{c(HCO3-)/cӨ}
c(CO32-)/cӨ
HCO3- + H2O = H2CO3 + OHKӨb2 =
{c(H2CO3)/cӨ}{c(OH-)/cӨ}
c(HCO3-)/cӨ
=2.33×10 -8
KӨb1 ：多元弱碱的第一步离解常数； KӨb2 ：多元弱碱的第一步离解常数。
酸碱概述
酸碱的通性 酸能使紫色的石蕊变红，具有酸性；碱能使红色 的石蕊变蓝，使无色酚酞变红，具有碱性。酸碱 反应生成盐和水。 pH值
水溶液中H+浓度的负对数。pH = -lg{c(H+)/cθ)。
酸碱的定义
凡在水溶液中电离生成的阳离子全部为H+的物质为酸，凡 在水溶液中电离生成的阴离子全部为OH-的物质为碱。酸 碱反应是在水溶液中酸电离出的H+和碱电离出的OH-结合 为水的过程。（酸碱电离理论） 1
100
5.50×10-13
严格来讲，应采用实验温度时的 KӨw值，通常 情况下，反应在室温进行， KӨw取1.0×10-14。
8
例*计算c (HCl) =0.1 mol· L-1的盐酸水溶液的pH值和pOH值。
解：HCl是强酸，在水溶液中完全离解， 产生的H+对水的离解具有强烈的抑制作 用，故计算氢离子浓度时，可忽略水的 离解。 ∴ c (H+) = 0.10 mol· L-1, pH=1.00 K Өw ={c(H+)/cӨ}· {c(OH-)/cӨ} ∴ c (OH-)= pOH=13.00 KӨw/cӨ c(H+)/cӨ
KӨa1=
{c(H3O+)/ cӨ}· {c(HS-)/ cӨ}
{c(H2S)/ cӨ} {c(H3O+)/ cӨ}· {c(S2-)/ cӨ}
=1.3×10-7
KӨa2=
{c(HS-)/ cӨ}
=7.1×10-15
KӨa1 =
KӨa2 = KӨa3 =
{c(H3O+)/ cӨ}· {c(H2PO4-)/ cӨ} {c(H3PO4)/ cӨ} {c(H3O+)/ cӨ}· {c(HPO42-)/ cӨ} {c(H2PO4-)/ cӨ} {c(H3O+)/ cӨ}· {c(PO43-)/ cӨ}
b


a

(6-8)
(6-9)
c0/KӨa ≥500, c0-x≈ c0;
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例6-3 计算c (HAc)=0.10 mol· L-1的醋酸水溶液中的c(H3O+),
c(OH-), pH值及离解度。 KӨa (HAc) =1.76×10 -5
解： c/cӨ
KӨ
a
=
0.10 1.76×10 -5
KӨw = 对于共轭酸碱： HB + H2O = H3O+ + BBKӨ(1) =KaӨ(HB) KӨ(2) =KbӨ(B-) OH= KӨw
12
KӨa(HB) · KӨb (B-)
+ H2O = OH- + HB + H2O =
两式相加： H2O KӨ(1)·KӨ(2)
H3O+ +
= KӨa (HB) · KӨb (B-)
18
6.2.2弱酸（碱）的离解平衡
6.2.2.1 一元弱酸（碱）的离解平衡
HB 起始浓度(mol· L-1) 平衡浓度(mol· L-1) c0 c0-x + H2O = H3O+ + B0 x 0 x
忽略水离解产生的H+
c0/KӨa ≥500，
c0-x≈ c0
（6-8）
19
c(H ) / c K {c0 (HA) / c } c(OH ) / c K {c0 (B) / c }
6.1 酸碱质子理论
概念 凡在一定条件下能给出质子(H+)的物质为酸，凡 在一定条件下能接受质子的物质为碱。Bronsted & Lowry 1923 理论浅析
1）适用体系不在局限于水溶液； 2）涵盖的物质范围扩大； 3）酸碱的判定以得失质子为依据，酸碱成对出现， 酸碱的联系更加紧密，对酸碱性质的解释直观合理； 4）理论中存在一定局限性。 2
KӨb :弱碱的离解常数
AcNH3 S2+ + + H2O H2O H2O = = = HAc NH4+ HS+ OH+ OH+ OHKbӨ(Ac-) =5.6×10-10 KbӨ(NH3)= 1.8×10-5 KbӨ(S2-) = 1.4
三种碱的强弱顺序： S2-> NH3> Ac11
共轭酸碱离解常数之间的关系
17
6.2 酸碱平衡
6.2.1 溶液的pH值:
pH = -lg {c(H3O+)/cӨ}
通常用pH值用来表示溶液的酸度。
(6-5)
pH + pOH = pKwӨ
在常温(25℃)下， pH + pOH = 14.00 （ 6-6 ）
酸性增强
0 1 2 3 4 5 6 7 8
碱性增强
9 10 11 12 13 14
OH(4)
{c(H3O+)/cӨ} {c(OH-)/cӨ}
(5)
KӨw：水的离解常数；水的质子自递常数；
水的离子积。
7
不同温度时水的质子自递常数
t/℃ 0
Kθw 1.139×10-15
10
2.920×10-15
20
6.809×10-15
24
1.000×10-14
25
1.008×10-14
50
5.474×10-14
② ③
NH4+ HS-
+ +
H2 O H2 O
= =
H3 O+ + H3 O+ +
NH3 S2-
KӨa (NH4+) = 5.6×10-10 KӨa (HS-) = 7.1×10-15
三种酸的强弱顺序： HAc> NH4+> HS10
弱一元碱的离解
B + H2O = HB+ + OH-)/cӨ}{c(HB+)/cӨ} { c (OH KӨb= c(B)/cӨ
多元弱酸都是分步离解的，其各级离解常数的数值往往相 差104~105，第一步离解出的质子又可以抑制后面各步的离解平 衡，因此在计算多元弱酸体系的pH值时，可近似的认为质子是 第一步离解所产生的，而以后各步离解产生的质子可以忽略不计。
一条非常重要的近似原则
24
碳酸根的离解
CO32KӨb1=
+ H2O = HCO3- + OH=1.78×10 -4
=6.9×10-3 =6.2×10-8
{c(HPO4-)/ cӨ}
=4.8×10-13
23
[Al(H2O)6]3+ + H2O = [Al(OH)(H2O)5]2+ + H3O+ [Al(OH)(H2O)5]+ + H2O = [Al(OH)2(H2O)4]+ + H3O+ [Al(OH)2(H2O)4]+ + H2O = [Al(OH)3(H2O)3] + H3O+ Sn2+,Sb3+, Bi3+,Zn2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+等金属离子 的水合离子也都是质子酸，在水溶液中就极易水解，所以 配制这些盐的水溶液时应先进行酸化。
KӨw
KӨa (HAc)
=
1.0 ×10-14
1.8×10-5
=5.6 ×10-10
16
例 6-2 试从酸碱质子理论的角度定性说明为什么NaH2PO4溶液显酸性。
答：
NaH2PO4在水溶液中完全离解为Na+和H2PO4-离子， H2PO4-既可以给出质子也可以得到质子。
(1) H2PO4- + H2O = H3O+ + HPO42KӨ1 = KӨa2 (H3PO4) = 6.3 ×10-8 (2) H2PO4- + H2O = H3PO4 + OHKӨ2 = KӨb3 (PO43-) = KӨw / KӨa1 (H3PO4) = 1.0×10-14/(7.6 × 10-3) = 1.3 ×10-12 ∵KӨ1> KӨ2, 反应(1)进行的趋势大，∴溶液显酸性。
合理近似
利用水的离子 积常数关系
= 1.0×10-13 mol· L-1
9
弱一元酸的离解
HB + H2O = H3O+ + c(HB)/cӨ B-
KӨa=
{c(H3O+)/cӨ}{c(B-)/cӨ}
KӨa :弱酸的离解常数
① HAc + H2O = H3O+ + AcKӨa (HAc) = 1.8×10-5
6.1.2.1 酸碱概念和酸碱反应
酸
HCl
HAc H2CO3 HCO3-
质子 + 碱
=
= = =
H+
H+ H+ H+
+ Cl+ Ac+ HCO3+ CO32-
NH4+
H2O H3O+
=
= =
H+
H+ H+ H+
+ NH3
+ OH+ H2O
酸 碱 半 反 应
[Al(H2O) 6]3+ =
+ [Al (H2O) 5(OH-)]2+
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例6-5 计算0.10 mol· L-1 H2S水溶液的c(H3O+), c (HS-)和c(S2-)以及H2S的离解度。 解：计算c(H+)时，将氢硫酸作为弱一元酸处理： c/cӨ ，故可采用最简式计算： ＞ 500 KӨa1 c (H+)/cӨ =√K Өa1· c/cӨ = √1.3 ×10 -7 × 0.10=1.14 ×10 - 4 c (H+)=1.14 ×10 - 4 mol· L-1
酸碱的离解度和离解常数
5
质子酸碱的概念关系
共轭酸碱对 1 OH- + H+ = 两性物质
H 2O
+ H+ =
H3O+
共轭酸碱对 2
水的酸碱半反应
6
水的质子自递反应
H2O H2O H2O H2O KӨw = = + H+ H+ + = OHH3O+ (1) (2) (3)
+ H2O = = H+
H3O+ + + OH-
=
{c0 ·α /c Ө}·{c0 ·α /cӨ} {c0(1-α) /cӨ} c0(1-α)≈ c0
近似一 近似二
14
稀释定律
成立条件：
酸的浓度不太小， 离解度不太大时。
15
例6-1 已知HAc的KӨa=1.8×10-5，求Ac-的KӨb值。 解： Ac-为HAc的共轭碱，所以： KӨb (Ac-)=
(1)分步离解，酸碱性逐步减弱； (2)存在复杂的多重平衡关系; (3) 多个共轭酸碱对。
13
离解度和酸碱离解常数
离解度
HB 平衡前： c0 + H2O = H3O+ 0 c0· α + B0 c0· α
忽略水的质 子自递反应
平衡后： c0(1-α) +)/cӨ}· -)/cӨ} { c (H O { c (B 3 KaӨ(HB)= {c(HB)/cӨ}