《精编》酸碱平衡基础知识概述

酸碱平衡 教学要求 掌握酸碱质子理论的概念 了解路易斯酸碱理论 掌握水的质子自递平衡 掌握一元弱酸弱碱的电离平衡及相关计算 掌握同离子效应和盐效应及相关计算 掌握缓冲溶液的概念 组成 作用机理及pH值的计算 了解缓冲溶液的选择与配制 一 酸碱质子理论 一 酸碱的定义 1 酸 凡能给出质子 H 的物质 2 碱 凡能接受质子 H 的物质 S A ArreheniusAcidBaseTheory 酸指在水中电离出的阳离子全部为H HCl Cl 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 SvanteAugustArrhenius瑞典化学家 酸和碱 练习 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 Ac OH H2O 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碱1 1 酸碱反应的实质 实质 两对共轭酸碱对之间的质子 H 传递反应 反应介质 水 非水溶剂或气相 酸和碱 2 酸碱质子理论的优点 扩大了酸和碱的范围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 酸和碱 二 酸碱的强弱 HAc H2O H3O Ac acid KaNH3 H2O NH4 OH base Kb Ka越大 酸性越强 Kb越大 碱性越强 常见弱酸 碱 的酸 碱 度常数见附录三 P364 酸和碱 1 共轭酸碱的Ka Kb与Kw的关系 Kw Ka Kb 即固定温度下 Ka与Kb成反比 共轭酸碱对 强酸弱碱 弱酸强碱 酸和碱 例1 已知NH3的Kb为1 79 10 5 试求NH4 的Ka 解 NH4 是NH3的共轭酸 故 Ka Kw Kb 1 00 10 14 1 79 10 5 5 59 10 10 答 NH4 的Ka为5 59 10 10 酸和碱 2 电离度 酸碱电离就越完全 酸性或碱性越强 由此 可根据 的大小 判断酸碱的相对强弱 注意 强弱是相对某种溶剂而言 通常为水 酸和碱 3 酸碱的分类 一元弱酸 弱碱多元弱酸 弱碱两性物质 酸和碱 酸碱平衡 离子积Kw H3O OH H OH Kw与T有关 25 纯水时 H OH 1 水的离子积 2 pH值 25 时 pH pOH 14 表1人体各种体液的pH 酸碱平衡 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 99 7 09时 IQ值 63 138 一 一元弱酸的质子传递平衡 例 试计算浓度为C的弱酸HA水溶液的 H 解一 1 忽略水的质子自递平衡 则 HAH A 起始浓度 C00 电离浓度 H H H 平衡浓度 C H H H 酸碱平衡 近似公式 酸碱平衡 2 当C Ka 500时 5 即C H C 则 最简式 酸碱平衡 例2 已知浓度为0 10mol L的HAc溶液 求溶液中的H 浓度和电离度 解 Ka 1 74 10 5 C 0 10mol L Ka Kw C Ka 5 7 103 500 pH lg H lg 1 32 10 3 2 88 酸碱平衡 例3 计算0 10mol L一氯乙酸 CH2ClCOOH 溶液的pH值 解 查表得Ka HA 1 40 10 3 C 0 10mol L Ka Kw C Ka 1 40 102 500 设 H 为xmol L HAH A 起始浓度 0 1000 电离浓度 xxx 平衡浓度 0 10 xxx x 1 12 10 2mol L pH 1 95 对比用最简式计算的结果 酸碱平衡 二 一元弱碱的质子传递平衡 1 当Kb Kw时 忽略水的质子传递平衡 2 当C Kb 500 即 5 时 酸碱平衡 例4 计算0 100mol L 1NaAc溶液的pH值 已知Ka HAc 1 74 10 5 7 58 10 6mol L 1 解 Kb Ac Kw Ka HAc 1 0 10 14 1 74 10 5 5 75 10 10 Kb Kw c Kb 0 10 5 75 10 10 500 则 酸碱平衡 所以 pH 8 88 H Kw OH 1 00 10 14 7 58 10 6 1 32 10 9mol L 1 酸碱平衡 指示剂 甲基橙pH 3 1 4 4橙红色 黄色HAc Ac H 酸碱平衡 指示剂 酚酞pH 8 0 9 6无色 红色NH3 H2O NH4 OH 酸碱平衡 同离子效应 在弱电解质溶液中 加入与该弱电解质有共同离子的强电解质而使电离平衡向左移动 从而降低弱电解质的电离度的现象 酸碱平衡 解 C0 0 10mol L 1 CAc 0 10mol L 1 Ka 1 74 10 5 例5 在0 10mol L 1HAc溶液中加入固体NaAc 使其浓度为0 10mol L 1 设溶液体积不变 计算溶液的 H 和电离度 起始浓度 0 1000 10 解离浓度 H H H 平衡浓度 0 10 H H 0 10 H HAcH Ac 0 10 0 10 H Ka HAc Ac 1 74 10 5 0 10 0 10 1 74 10 5mol L 1 H C0 1 74 10 5 0 10 1 74 10 4 0 0174 例如 在0 10mol L 1HAc溶液中加入NaCl使其浓度为0 10mol L 1 则溶液中的 H 由1 32 10 3mol L 1 1 82 10 3mol L 1 HAc的电离度由1 32 1 82 显然 在有同离子效应的同时 也有盐效应 只不过盐效应较弱未考虑 三 盐效应 盐效应 在弱电解质中加入不含共同离子的强电解质 引起电解质电离度稍增大的效应 酸碱平衡 表3影响平衡移动的因素 酸碱平衡 一 缓冲溶液的定义 能抵抗外来少量强酸 强碱或稍加稀释 而保持其pH值基本不变的溶液 缓冲溶液 二 缓冲溶液的组成 一般要有一对起缓冲作用的物质 弱酸 共轭碱 弱碱 共轭酸 HAc NaAc NH3 NH4Cl H2CO3 NaHCO3 缓冲溶液 表4常用的缓冲溶液 缓冲溶液 三 缓冲作用原理 HAcH Ac NaAc Na Ac 1 加入H 时 HAc H Ac 消耗H pH不会显著降低 Ac 为抗酸成分 2 加入OH 时 补充H pH不会显著升高 HAc为抗碱成分 H OH H2O 抗酸 抗碱 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 缓冲溶液 HAH A 起始 Ca0Cb 电离 xxx 平衡 Ca xxCb x Ca Cb 两边取负对数得 lg H lgKa lg 四 缓冲溶液pH值的计算 缓冲溶液 例6 在0 10mol L 1HAc溶液中加入固体NaAc 使其浓度为0 10mol L 1 设溶液体积不变 计算溶液的 H 和电离度 解 Ca 0 10mol L 1 Cb 0 10mol L 1 pKa 4 75 4 75 H 1 74 10 5mol L 1 H Ca 1 74 10 5 0 10 1 74 10 4 0 0174 缓冲溶液 例7 含0 1mol L 1HAc及0 1mol L 1NaAc混合液1 00L四份分别不加 滴加0 010molHCl 0 010molNaOH 设溶液体积不变 及10 0ml水 试计算这四份溶液的pH pKa 4 75 解 HAc NaAc组成缓冲溶液 CHAc CAc 0 1mol L 1 缓冲溶液 2 滴加0 010molHCl后 平衡左移 则H 与Ac 结合生成HAc CHAc 0 10 0 01 0 11mol L 1CAc 0 10 0 01 0 09mol L 1 缓冲溶液 滴加0 010molNaOH 使HAc消耗0 010mol L 1CHAc 0 10 0 01 0 09mol L 1CAc 0 10 0 01 0 11mol L 1 缓冲溶液 4 加10 0ml水时 缓冲溶液 c碱 c酸 pH pKa c碱 c酸 10 0 1 pH pKa 1 因HAc的pKa 4 74 故HAc NaAc组成的缓冲溶液pH 3 74 5 74 缓冲溶液 五 缓冲溶液的范围 六 缓冲溶液的选择和配制 1 选择合适的缓冲对 a pH与pKa接近b 物质应该稳定 无毒 不会发生反应 例 H2CO3 Na2CO3不稳定 硼酸 硼酸盐 有毒 2 总浓度 0 05 0 50mol L浓度太低 缓冲容量小 浓度太高 离子强度 渗透压大 浪费试剂 3 计算用量 一般 B HB 现成配方 弱酸 共轭碱 弱酸 过量 强碱 弱碱 过量 强酸 缓冲溶液 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电离平衡 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 判断抗酸和抗碱成分 掌握缓冲溶液pH值的计算方法 作业 P102 3 13 16 1 同离子效应使弱酸的电离度 盐效应使弱酸的电离度 2 缓冲对NaAc HAc中 抗酸成分是 抗碱成分是 习题