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1、2021/3/11,1,第四章 酸与碱,2021/3/11,2,S.A. Arrehenius 1887年 酸指在水中电离出的阳离子全部为H+ H2SO4 = HSO4 - + H+ 碱指在水中电离出的阴离子全部为OH- NaOH = Na+ + OH- 中和反应的实质 H+ + OH- = H2O,第一节 质子酸碱概念,Svante August Arrhenius 瑞典化学家,酸碱电离理论,局限：狭隘，不能解释所有物质， 如NH4Cl水溶液呈酸性。,2021/3/11,3,1923年 布朗斯台德（JNBronsted，丹麦） 洛里（TMLowry，英国）,（一）酸碱的定义 （1）酸：凡能给
2、出质子的分子或离子。质子给体 （2）碱：凡能接受质子的分子或离子。质子受体 质子：H,第一节 质子酸碱概念,一、 酸碱质子理论,2021/3/11,4,Lewis的酸碱理论 了解,1理论要点： 凡可以接受电子对的分子、原子团、离子为酸； 凡可以给出电子对的物质为碱。,酸碱反应的实质是形成配位键的反应； 碱提供电子对，酸以空轨道接受电子对形成配位键。3Lewis的酸碱电子理论的优缺点： 优点：一切化学反应都可概括为酸碱反应 缺点：太笼统，不易掌握酸碱的特性 无法判断酸碱性的强弱,美国物理化学家,2021/3/11,5,酸碱半反应,注：如H2O，HCO3既是酸又是碱，两性物质。盐也有酸碱性，如Na
3、2CO3，NH4Cl等。,红蓝互为共轭酸碱对,2021/3/11,6,醋酸溶液中：,酸碱半反应1：HAc H+ + Ac,酸碱半反应2：H+ + H2O H3O+,酸1 碱1,碱2 酸2,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。,酸碱反应的实质是质子的传递！,2021/3/11,7,(1) 电离作用:,HCl + H2O H3O+ + Cl,酸1 碱2 酸2 碱1,(2) 中和反应:,H3O+ + OH H2O + H2O,酸1 碱2 酸2 碱1,(3) 水解反应:,H2O + Ac HAc + OH,酸1 碱2 酸2
4、 碱1,第一节 质子酸碱概念,2021/3/11,8,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可划归为酸碱反应，从而扩大了酸碱反应的范围。,建立了酸碱强度和质子传递反应的辨证关系，把酸或碱的性质和溶剂的性质联系起来。,2021/3/11,9,判断下列那些是酸，碱和两性物质 NH4+， NH3， HCO3-, H2O， HS-， S2-， OH-,2021/3/11,10,第二节 酸碱反应,2021/3/11,11,一、水
5、的质子自递平衡,25纯水，Kw110-14,（1）离子积,H+ = OH =,2021/3/11,12,水的离子积适用于纯水和所有稀水溶液。 任何物质的水溶液都同时含H+、OH-，同一溶液中，始终保持H+ OH-=1.010-14,2021/3/11,13,二、 酸-水、碱-水质子传递,HA + H2O H3O+ + A,可简写为,平衡常数,弱酸,2021/3/11,14,平衡常数,Kb ：一元弱碱的碱度常数。,注意：K只与物质的本性和温度T有关，与浓度无关。,弱碱,2021/3/11,15,Ka 越大，酸性越强；,Kb 越大，碱性越强；,共轭酸碱对 强酸弱碱，弱酸强碱,2021/3/11,1
6、6,共轭酸碱的Ka、Kb与Kw的关系,HB + H2O H3O+ B,B+ H2O OH+ HB,H2O + H2O OH + H3O+,Kw = H3O+OH Kw = Ka.Kb，即固定温度下，Ka与Kb成反比。, HB的解离：, B离子的水解：, 水的解离：,HB在水溶液中达到平衡时，离子的浓度只有一个。,2021/3/11,17,Ka与Kb成反比，说明酸愈弱，其共轭碱愈强；碱愈弱，其共轭酸愈强。,【例 】已知NH3的为Kb为1.7910-5 ，试求 NH4+的Ka。,解：NH4+是NH3的共轭酸, 故:,Ka = Kw / Kb,= 1.00 10-14 / (1.7910-5 ),=
7、 5.59 10-10,答： NH4+的Ka为5.59 10-10.,2021/3/11,18,（2）pH值：,25时，pH +pOH = 14; pH 7 碱性,H+ OH-=1.010-14,2021/3/11,19,酸碱的分类,一元弱酸、弱碱 多元弱酸、弱碱 两性物质,2021/3/11,20,第三节 酸碱平衡中的浓度计算,2021/3/11,21,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 0 0 电离浓度：H+ H+ H+ 平衡浓度： c - H+ H+ H+,一、一元弱酸、弱碱,一元弱酸中H+浓度的近似计算
8、公式,2021/3/11,22,当c/Ka100时，即c-H+ c，则：,一元弱酸中H+的最简计算公式,2021/3/11,23,电离度,2021/3/11,24,计算酸性溶液中H+浓度、pH值的步骤,判断酸的强弱,弱酸,一元强酸,H+完全电离,H+部分电离,判断c/Ka与100的大小关系,c/Ka 100,c/Ka100,用近似公式计算,pH = -lgH+,2021/3/11,25,一元弱酸（HA）和一元弱碱B的浓度计算公式,2021/3/11,26,【例】已知浓度为0.10 mol/L 的HAc溶液，求溶液中的H+浓度。,解：Ka = 1.7410-5，c = 0.10 mol/L Ka
9、 Kw，c/Ka = 5.7103 100,pH = -lgH+ = -lg (1.3210-3) = 2.88,2021/3/11,27,c，H+ ,2021/3/11,28,第四节 浓度对酸碱平衡的影响,2021/3/11,29,浓度对平衡移动的影响,弱酸HB在水中的质子传递平衡为,HB + H2O H3O+ + B-,平衡建立后，若cHB，则平衡被破坏，向着HB解离的方向移动，即cH3O+ 和cB- 。,2021/3/11,30,采用酸碱指示剂 甲基橙 (橙红色) 变色范围 pH： 3.14.4 红色 黄色2. HAc Ac- + H+ 加Ac-,平衡左移,2021/3/11,31,采用
10、酸碱指示剂 酚酞 变色范围 pH： 8.09.6 无色 红色2. NH3H2ONH4+OH-加NH4+，平衡左移,2021/3/11,32,HAc + H2O H3O+ + Ac-,Ac + Na+ NaAc,同离子效应： 在弱酸或弱碱的水溶液中，加入与弱酸或弱碱含有相同的离子的易溶性强电解质，使弱酸或弱碱的解离度降低的现象。,一定温度时的醋酸稀溶液中：,2021/3/11,33,盐效应,在HAc溶液中加入不含相同离子的强电解质如NaCl ，离子之间的相互牵制作用增大，使HAc的解离度略有增大的效应。,例如 在0.10molL-1 HAc溶液中加入NaCl使其浓度为0.10molL-1 ，则溶
11、液中 H+由1.3210-3molL-1 1.8210-3molL-1 HAc的解离度由1.32% 1.82%。,产生同离子效应时，必然伴随有盐效应，但同离子效应的影响比盐效应要大得多，所以一般情况下，不考虑盐效应液不会产生明显影响。,2021/3/11,34,影响平衡移动的因素,2021/3/11,35,缓冲溶液,2021/3/11,36,M2+ + H2Y MY + 2H+,反应条件: pH= 6.5-7.5,起始浓度：0. 010 0.010 0 0 mol/L,反应浓度：0.005 0.005 0.005 0.010 mol/L,pH=lgCH+ = lg 0.01 = 2,随着反应的
12、进行，体系的pH值不断减小，超出反应条件，从而反应无法继续进行。,2021/3/11,37,（一） 缓冲溶液组成和作用机理,2021/3/11,38,能够抵抗外加少量酸、碱和稍加稀释，而本身pH值不发生显著变化的作用称为缓冲作用。具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。,缓冲溶液一般由共轭酸碱对的两种物质组成。缓冲系或缓冲对:弱酸共轭碱：HAc-NaAc； H2CO3 NaHCO3 弱碱共轭酸：NH3-NH4Cl,强酸或强碱溶液也是缓冲溶液,2021/3/11,39,常用的缓冲溶液,2021/3/11,40,Explainations:,例 :HAc-NaAc 体系 HAc H+ + Ac- NaAc
13、 Na+ + Ac- 加OH- HAc H+ + Ac- 释放H+ pH不会显著升高 HAc为 抗碱成分; 加H+ HAc H+ + Ac- 减少H+ pH不会显著降低 Ac-为抗酸成分,溶液中存在浓度较大的抗酸成分和抗碱成分，通过弱酸解离平衡的移动以达到消耗外来的少量强酸、强碱，或对抗稍加稀释作用，保持溶液的pH相对稳定。,结论：少量外来酸碱的加入不会影响溶液的pH值，但缓冲溶液的缓冲能力有一定限度。,2021/3/11,41,1、 重要公式,（二） 缓冲溶液的计算, 缓冲比缓冲溶液的总浓度,2021/3/11,42,结论：1. Ka 与温度有关，故缓冲溶液pH也与温度有关。2. 同一缓冲系
14、的缓冲溶液，pKa值一定，pH随 cB-/cHB 的改变而改变。当 cB-/cHB 1时，pHpKa 。3. 缓冲溶液加水稀释时，c(B-)与c(HB)的比值不变，则pH也基本不变。,2021/3/11,43,例 计算0.10molL-1NH3 20mL和0.20molL-1NH4Cl 15mL混合溶液的pH值。,解 此混合溶液的缓冲系为NH4+NH3 ， 查表知pKa(NH4+)9.25 代入公式得pH9.25-0.179.08,2021/3/11,44,2. 缓冲范围,当缓冲溶液的总浓度一定时，缓冲比愈接近1，缓冲容量愈大；缓冲比愈远离1时，缓冲容量愈小。当缓冲比大于10:1或小于1:10
15、时，可认为缓冲溶液已基本失去缓冲作用的能力。,一般认为pH = pKa 1为缓冲作用的有效区间，称为缓冲溶液的缓冲范围。不同缓冲系，因各自弱酸的pK值不同，所以缓冲范围也各不相同。,2021/3/11,45,（三） 缓冲溶液的选择和配制,1. 选择合适的缓冲系 当ca= cb时，pH = pKa。选择pKa与所需pH值相等或相近的共轭酸，可保证有较大的缓冲能力。例 欲配制pH = 5.0的缓冲溶液 应选择体系NaAc - HAc体系，pKa = 4.74 欲配制pH = 9.0的缓冲溶液， 应选择NH3-NH4Cl体系, pKb = 4.74, pKa = 9.262. 如pKa与pH 不相等
16、，则按所要求的pH，利用缓冲公式算出所需的cb / ca,2021/3/11,46,（四） 人体正常pH的维持与失控,人体中存在两种重要的缓冲系统：1. 血液中：H2CO3HCO3-缓冲系统。2. 细胞中：H2PO4-HPO42- 缓冲系统。,1 . 人体血液pH=7.40.05，pH改变超过 0.4个单位会有生命危险。,2021/3/11,47,碱 储,在体内，HCO3-是血浆中含量最多的抗酸成分，在一定程度上可以代表血浆对体内所产生非挥发性酸的缓冲能力，所以将血浆中的HCO3-称为碱储。,2021/3/11,48,趣闻IQ值与pH值,1996年，英国皇家学会汇编：标志人类智力水平的智商与大
17、脑皮层的酸碱度成正比。 光谱磁共振法；研究对象：42个6-13岁男童相关程度0.5 (0-毫无关系，1完全对应)pH值6.997.09时， IQ值63138。,2021/3/11,49,小 结,掌握酸碱质子理论的概念；掌握水的离子积常数KW、pH值的含义。掌握一元弱酸弱碱的质子传递平衡；并熟练掌握一元弱酸弱碱pH值计算的最简公式及其适用范围掌握同离子效应和盐效应的概念。掌握缓冲溶液的概念、组成和作用机理。掌握缓冲溶液pH值的计算了解缓冲溶液的选择与配制,2021/3/11,50,练习题,根据酸碱质子理论,下列哪些是酸,碱及两性物质 NH4+, CO32-, H2PO4-, NH3, H2S,
18、Ac-,OH-，H2O。2. 缓冲对NaAc HAc中，抗酸成分是（），抗碱成分是（）。3. 计算0.100molL-1NaAc溶液pH值。已知Ka,HAc=1.7610-5,2021/3/11,51,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,H+ = Kw/OH- = 1.00 10-14/ (7.58 10-6) = 1.32 10-9 molL-1 所以，pH = 8.88,2021/3/11,52,4. 在0.10molL-1HAc溶液中加入固体NaAc，使其浓度为0.10molL-1 (设溶
19、液体积不变)，计算溶液的H+ 。,解: Ca 0.10molL-1, C b 0.10molL-1 , pKa = 4.75：,= 4.75,H+ = 1.74 10-5 molL-1,2021/3/11,53,5.含 0.1molL-1HAc 及 0.1molL-1NaAc 混合液1.00L滴加10.0 mL水,试计算溶液的pH (pKa=4.75)解：,2021/3/11,54,6. 现配置pH为5.10的缓冲溶液，计算在50.0ml 0.1 mol.L-1HAc中应加入0.1 mol.L-1NaOH多少mL。(设总体积为二者之和)？ 解：已知pH = 5.10，Ka = 1.75 10-
20、5，设加入的NaOH为x ml。 nHAc = 0.1 50 10-3 = 5.0 10-3 molnNaOH = 0.1 x 10-3 = x 10-4mol首先，HAc和NaOH发生酸碱中和反应：HAc + NaOH = NaAc + H2OHAc的物质的量减少了x 10-4mol，同时生成了x 10-4 mol 的Ac-，而HAc- Ac-互为共轭酸碱对，因此，形成了缓冲溶液。,2021/3/11,55,mol.L-1 mol.L-1 解得：x = 34.5 ml答：应加入0.1 mol.L-1NaOH 34.5ml。,2021/3/11,56,作 业,P108-109 ：7，11，14，15,