大学化学-第3章 水化学与水污染
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1. 二元氢化物的酸性
★ 化合物显示的酸性源自失去质子的能力，可以预期
酸的强弱与H—B键的强弱有关，H—B键越强 ，相
应的酸越弱。
HI
HBr
HCl
HF
键长/pm
160.9 > 141.4 > 127.4 > 91.7
键的解离能/ kJ·mol-1 297 < 368 < 431 < 569
K
θ a
1011 > 109 > 107 > 3.5×10-3
H9O4+。普遍的看法是, 水溶液中水合氢离子的形式随条
件变化而不同。
116o
H
110pm
O
H
100o-120o
H
110pm O
H 116o 105o
OH2 250pm
H
H
259pm
H2O
259pm
H2O
.
水溶液中H+以何种形式存在？
Solution
H++ H 2O→H3O+, DH q= -761.5 kJ.mol-1
团的化合物 ： ExOy＋ H2O
EOH
酸性氧化物 若E是高电负性的非金属原子, 它会将
O—H键的键电子吸向自己, 减弱O—H键的强度并导致
E—O—H基团按酸的方式电离。若有强碱存在, 产物为
该元素的氧阴离子和H2O。
E—O—H + OH–
( E—O)– + H2O
这类氧化物叫酸性氧化物(acidic oxide)或酸酐 (acid anhydride) 。
283 291
积(Ion product of water), 符号 295
为
K
θ a
,
相应的对数表达式为
298 313
pKW θ lgKw θ
333
.
0.13×10-14 0.36×10-14 0.74×10-14 1.00×10-14 1.27×10-14 3.80×10-14 12.60×10-14
p
K
θ a
代替。
pKaθlgKaθ
pH ＝ －lg{c(H3O+)/mol·dm-3}
pOH ＝－lg{c(OH-)/mol·dm-3}
.
电离常数表使用说明
3. 酸碱反应有利于从较强的酸和较强的碱向生成较弱的
酸和较弱的碱的方向进行。
4. 对二元和三元酸而言，还有第二步和第三步质子转移
反应的相应常数:
.
某些常见酸在水中的电离常数（298K）
.
Acid ionization constant
电离常数表使用说明
1.
K
θ a
值越大，酸性越强。
K
θ a
值
大
于
1
的
酸
叫
强
酸
(Strong
acid)，K
θ a
值小于1的
Hale Waihona Puke 酸叫弱酸(Weak acid)。
2.
表中的
K
θ a
值跨越24个数量级，常
使用更方便的常数
.
d区元素的两性现象与氧化态有关
第一过渡系元素 氧化物酸碱性与氧 化态之间的关系 （ 主要显酸性的氧化 态用红色表示，主 要显碱性的氧化态 用蓝色表示，绿色 覆盖的氧化态表示 显两性） 。
.
Question 4 根据传统的定性分析方案，将金属离
子的溶液氧化再加入氨水使pH升高，
此时 Fe2+、Ce3+ 、Al3+ 、Cr3+ 和 V3+以氢氧化物形式 沉淀下来.加入 H2O2 和 NaOH 后，Al、Cr 和 V 的 氢氧化物重新溶解，试从氧化物酸碱性的观点讨论这些 步骤.
.
两性化合物
amphiprotic compound
在有些场合, 含有EOH基团的化合物既可以是酸, 也 可以是碱。这类化合物显两性(Amphoteric)。两性化合 物是电负性为中间数值(1.6 ~ 2.0)的那些元素形成的化合 物。 同一元素可能形成两种或多种氧化物 ：
ExOy 氧化态
MnO Mn2O3 MnO2
+2
+3
+4
酸性增强
MnO3 +6
Mn2O7 +7
低氧化态的作用与低电负性相当; 而高氧 化态则对应于高电负。
.
主族元素氧化物的酸碱性
左下角和右上角未标出元素符号的区域分别是形成 碱性氧化物和酸性氧 化物的区域；圆圈内 的元素甚至在它们的 最高氧化态也能形成 两性氧化物，方框中 的元素在最高氧化态 形成酸性氧化物，较 低氧化态则形成两性 氧化物。
.
★ 比较同一周期元素二元酸的强度时, 键的极性成为 主要的影响因素。 键的极性越大, 越容易发生向碱 的质子转移。
化合物 NH3
H2O
HF
Δχ
0.9 < 1.4 < 1.9
NH3 在水溶液中显碱性, H2O为中性, 而HF却是 一个中等强度的酸。
.
2. 酸性、碱性和两性氧化物
通式为ExOy的氧化物与H2O反应形成含有EOH基
.
碱性氧化物
basic anhydride 若E是低电负性的金属原子, EOH基团中键的断裂将 发生在E—O键, 化合物电离产生OH–。如果溶液中有酸 (H3O+)存在, 形成的产物为H2O和该元素E的阳离子。
E—O—H + H3O+
(E)+ + 2H2O
这类氧化物叫碱性氧化物(Basic oxide)或碱酐(Base anhydride)，它们是指与水反应能够生成碱、与酸反应 能够生成盐的一类氧化物。
(酸) (碱)
(共轭碱) (共轭酸)
K aθ＝ {c(H3O+)/mol·dm-3}·{c(OH–)/mol·dm –
K
θ a
叫作质3} 子自递常数
不同温度下水的
p
K
θ a
(Autoprotolysis constant) , 是由 T / K
p
K
θ a
于质子转移发生在两个相同分 273
子之间. 该常数又叫水的离子
水合氢离子
hydronium ion
由于质子对负离子和极性共价分子负端极强的吸引
力，因而在任何溶剂中都不可能以“裸质子”形式存在
。水合高氯酸HClO4·H2O晶体结构测定结果证实, 其中
的H+以H3O+形式存在。H3O+是NH3的等电子体。另一
个被确定了结构的物种是固体水合物 HBr·4H2O中的
此时c（H+）≈10-130 mol ·dm-3，若 要在 l mol ·L-1 H+ 的水溶液中找到一 个未水合的H+ ，则体积要大到可容纳 1070个地球。
副篇内容
.
酸碱性强弱与分子结构的关系
如果了解了化合物的酸碱性与其分子结构的关系， 就会发现，化合物的酸碱性与元素在周期表中的位置密 切相关。
HCO3(aq+) H2O(l) HPO42(aq+) H2O(l)
CO32(aq)+ H3O+(aq)
K a θ2(H 2C3O )4.1 8 0 11
PO43(aq)+ H3O+(aq)
K a θ3(H 3P4 O )2.21 0 13
.
电离常数表使用说明
5. 对反应 H2O(l) + H2O(l) OH-(aq) + H3O+(aq)
★ 化合物显示的酸性源自失去质子的能力，可以预期
酸的强弱与H—B键的强弱有关，H—B键越强 ，相
应的酸越弱。
HI
HBr
HCl
HF
键长/pm
160.9 > 141.4 > 127.4 > 91.7
键的解离能/ kJ·mol-1 297 < 368 < 431 < 569
K
θ a
1011 > 109 > 107 > 3.5×10-3
H9O4+。普遍的看法是, 水溶液中水合氢离子的形式随条
件变化而不同。
116o
H
110pm
O
H
100o-120o
H
110pm O
H 116o 105o
OH2 250pm
H
H
259pm
H2O
259pm
H2O
.
水溶液中H+以何种形式存在？
Solution
H++ H 2O→H3O+, DH q= -761.5 kJ.mol-1
团的化合物 ： ExOy＋ H2O
EOH
酸性氧化物 若E是高电负性的非金属原子, 它会将
O—H键的键电子吸向自己, 减弱O—H键的强度并导致
E—O—H基团按酸的方式电离。若有强碱存在, 产物为
该元素的氧阴离子和H2O。
E—O—H + OH–
( E—O)– + H2O
这类氧化物叫酸性氧化物(acidic oxide)或酸酐 (acid anhydride) 。
283 291
积(Ion product of water), 符号 295
为
K
θ a
,
相应的对数表达式为
298 313
pKW θ lgKw θ
333
.
0.13×10-14 0.36×10-14 0.74×10-14 1.00×10-14 1.27×10-14 3.80×10-14 12.60×10-14
p
K
θ a
代替。
pKaθlgKaθ
pH ＝ －lg{c(H3O+)/mol·dm-3}
pOH ＝－lg{c(OH-)/mol·dm-3}
.
电离常数表使用说明
3. 酸碱反应有利于从较强的酸和较强的碱向生成较弱的
酸和较弱的碱的方向进行。
4. 对二元和三元酸而言，还有第二步和第三步质子转移
反应的相应常数:
.
某些常见酸在水中的电离常数（298K）
.
Acid ionization constant
电离常数表使用说明
1.
K
θ a
值越大，酸性越强。
K
θ a
值
大
于
1
的
酸
叫
强
酸
(Strong
acid)，K
θ a
值小于1的
Hale Waihona Puke 酸叫弱酸(Weak acid)。
2.
表中的
K
θ a
值跨越24个数量级，常
使用更方便的常数
.
d区元素的两性现象与氧化态有关
第一过渡系元素 氧化物酸碱性与氧 化态之间的关系 （ 主要显酸性的氧化 态用红色表示，主 要显碱性的氧化态 用蓝色表示，绿色 覆盖的氧化态表示 显两性） 。
.
Question 4 根据传统的定性分析方案，将金属离
子的溶液氧化再加入氨水使pH升高，
此时 Fe2+、Ce3+ 、Al3+ 、Cr3+ 和 V3+以氢氧化物形式 沉淀下来.加入 H2O2 和 NaOH 后，Al、Cr 和 V 的 氢氧化物重新溶解，试从氧化物酸碱性的观点讨论这些 步骤.
.
两性化合物
amphiprotic compound
在有些场合, 含有EOH基团的化合物既可以是酸, 也 可以是碱。这类化合物显两性(Amphoteric)。两性化合 物是电负性为中间数值(1.6 ~ 2.0)的那些元素形成的化合 物。 同一元素可能形成两种或多种氧化物 ：
ExOy 氧化态
MnO Mn2O3 MnO2
+2
+3
+4
酸性增强
MnO3 +6
Mn2O7 +7
低氧化态的作用与低电负性相当; 而高氧 化态则对应于高电负。
.
主族元素氧化物的酸碱性
左下角和右上角未标出元素符号的区域分别是形成 碱性氧化物和酸性氧 化物的区域；圆圈内 的元素甚至在它们的 最高氧化态也能形成 两性氧化物，方框中 的元素在最高氧化态 形成酸性氧化物，较 低氧化态则形成两性 氧化物。
.
★ 比较同一周期元素二元酸的强度时, 键的极性成为 主要的影响因素。 键的极性越大, 越容易发生向碱 的质子转移。
化合物 NH3
H2O
HF
Δχ
0.9 < 1.4 < 1.9
NH3 在水溶液中显碱性, H2O为中性, 而HF却是 一个中等强度的酸。
.
2. 酸性、碱性和两性氧化物
通式为ExOy的氧化物与H2O反应形成含有EOH基
.
碱性氧化物
basic anhydride 若E是低电负性的金属原子, EOH基团中键的断裂将 发生在E—O键, 化合物电离产生OH–。如果溶液中有酸 (H3O+)存在, 形成的产物为H2O和该元素E的阳离子。
E—O—H + H3O+
(E)+ + 2H2O
这类氧化物叫碱性氧化物(Basic oxide)或碱酐(Base anhydride)，它们是指与水反应能够生成碱、与酸反应 能够生成盐的一类氧化物。
(酸) (碱)
(共轭碱) (共轭酸)
K aθ＝ {c(H3O+)/mol·dm-3}·{c(OH–)/mol·dm –
K
θ a
叫作质3} 子自递常数
不同温度下水的
p
K
θ a
(Autoprotolysis constant) , 是由 T / K
p
K
θ a
于质子转移发生在两个相同分 273
子之间. 该常数又叫水的离子
水合氢离子
hydronium ion
由于质子对负离子和极性共价分子负端极强的吸引
力，因而在任何溶剂中都不可能以“裸质子”形式存在
。水合高氯酸HClO4·H2O晶体结构测定结果证实, 其中
的H+以H3O+形式存在。H3O+是NH3的等电子体。另一
个被确定了结构的物种是固体水合物 HBr·4H2O中的
此时c（H+）≈10-130 mol ·dm-3，若 要在 l mol ·L-1 H+ 的水溶液中找到一 个未水合的H+ ，则体积要大到可容纳 1070个地球。
副篇内容
.
酸碱性强弱与分子结构的关系
如果了解了化合物的酸碱性与其分子结构的关系， 就会发现，化合物的酸碱性与元素在周期表中的位置密 切相关。
HCO3(aq+) H2O(l) HPO42(aq+) H2O(l)
CO32(aq)+ H3O+(aq)
K a θ2(H 2C3O )4.1 8 0 11
PO43(aq)+ H3O+(aq)
K a θ3(H 3P4 O )2.21 0 13
.
电离常数表使用说明
5. 对反应 H2O(l) + H2O(l) OH-(aq) + H3O+(aq)