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3.3.1 水溶液中酸碱平衡处理的方法

3.3.1 水溶液中酸碱平衡处理的方法. 严格从定义推导出精确式，然后根据具体情况作简化处理。. 分清两个概念. 分清两个概念：酸度和酸的浓度. 酸度：  H+ , pH 计可测得酸度。. 酸的浓度：酸的分析浓度，它是指单位体积溶液中所含某种酸的量，包括未离解的和已离解的酸的浓度。. 0.1 mol/L HCl 与0.1 mol/L HAc 具有不同酸度，相同的浓度 。. 物料平衡式 Mass Balance Equation MBE. 在平衡状态，某组分的分析浓度等于其各型体的平衡浓度之和的数学表达式。. 例. 解.

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3.3.1 水溶液中酸碱平衡处理的方法

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  1. 3.3.1 水溶液中酸碱平衡处理的方法 严格从定义推导出精确式，然后根据具体情况作简化处理。 分清两个概念 分清两个概念：酸度和酸的浓度 酸度：H+, pH计可测得酸度。 酸的浓度：酸的分析浓度，它是指单位体积溶液中所含某种酸的量，包括未离解的和已离解的酸的浓度。 0.1 mol/L HCl 与0.1 mol/L HAc具有不同酸度，相同的浓度 。

  2. 物料平衡式 Mass Balance Equation MBE 在平衡状态，某组分的分析浓度等于其各型体的平衡浓度之和的数学表达式。 例 解 电荷平衡式 Charge Balance Equation CBE 在平衡状态，溶液中正离子所带电荷总数与负离子所带电荷总数相等的数学表达式。 例 解

  3. MBE, CBE PBE 质子转移关系式 质子平衡式 Proton Balance Equation PBE 在平衡状态，体系中得失质子的物质的量相等的数学表达式。 得到质子平衡式（PBE)的方法： 由质子转移关系列出PBE： （1）找出参考水准 reference proton levels,或零水准， zero level of protons。参考水准一般选择参与质子转移且大量存在的物质。 （2）写出质子转移式。 （3）根据得失质子的物质的量相等的原则，写出PBE。

  4. （1） 纯H2O 列出PBE 参考水准： H2O 质子转移反应式 PBE

  5. （2） HAc 水溶液 参考水准： H2O, HAc 质子转移反应式： H2O +H+ H3+O PBE：

  6. 列出PBE（3） H3PO4水溶液 参考水准 H2O, H3PO4 质子转移反应式 H2O +H+ H3+O PBE

  7. （4） Na2HPO4水溶液

  8. 列出PBE （5） NH4Ac水溶液 PBE：

  9. 写出NH4H2PO4水溶液的质子条件式： +H+ -H+ H+← H2O → OH- NH4+ →NH3 H3PO4←H2PO4-→HPO42- H2PO4- → PO43- [H+]+[H3PO4]=[OH-]+[NH3]+2[PO43-]+[HPO42-]

  10. （7） a mol/L HCl PBE

  11. Na2HPO4水溶液 列出PBE 特点 （1）零水准不出现在PBE中； （2）只有参与质子转移的型体才包含在PBE 中； （3）等式左边的物质比参考水准的质子多，而且多几个质子, 相应的系数为几；等式右边的物质比参考水准的质子少，而且少几个质子, 相应的系数为几。

  12. 3.3.2 各种体系[H+]浓度的计算 • 强酸（碱）溶液 • 一元弱酸（碱）溶液 • 多元弱酸（碱）溶液 • 两性物质 • 混合酸碱溶液

  13. 1. 强酸（强碱）溶液 浓度为a mol/L 的 HCl溶液 PBE 若允许误差不>5%，有： 整理得 用同样的思路可处理强碱体系。

  14. 浓度为ca mol/L 的 HA溶液 2. 一元弱酸（弱碱）溶液 PBE 其中 精确式 简化 近似式 (2) C/Ka≥100,忽略酸的离解对总浓度的影响 近似式 C/Ka≥100 最简式 例题

  15. 例1 求0.10 mol/L HAc 溶液的pH。 已知 pKa = 4.76 例题 解 C/Ka≥100 例2 求0.1 mol/L 一氯乙酸 溶液的pH。 已知 Ka = 1.410-3。 解 0.011 mol/L, pH=1.96 例3 求1.010-4mol/L HCN 溶液的pH。 已知 Ka = 6.210-10。 解 C/Ka≥100

  16. 精确式 3. 多元弱酸（弱碱）溶液 浓度为Camol/L 的 H2A溶液 PBE 其中

  17. 3. 多元弱酸（弱碱）溶液 （2） 精确式 简化 近似式 *以下可按一元酸处理 近似式 (3) C/Ka≥100, 最简式

  18. 二元酸简化计算的条件讨论 二元酸可否作为一元酸处理，主要决定pK。对溶液pH的计算，一般误差可允许<5%，只要酸的浓度不是太小，对pK > 1.5的二元酸，可作一元酸处理。 例：计算0.10 mol/L Na2CO3溶液的pH。已知：Ka1 = 4.2  10-7, Ka2 = 5.6  10-11。 解 Cb/Kb1≥100 pOH = 2.37, pH = 11.63

  19. 4. 两性物质 两性物质：在溶液中既可以接受质子显碱的性质，又可以提供质子显酸的性质的物质。 酸式盐 HCO3-, HS-, HPO42-, H2PO4- 弱酸弱碱盐 分类 NH4Ac 氨基酸 NH2CH2COOH 氨基乙酸 酸式盐 HB- 氨基酸：

  20. 近似式 PBE： 酸式盐HB- 精确式 其中： 简化： （1）无机酸，一般pK 较大，[HB]  CHB， 最简式

  21. →一元弱酸弱碱盐 CH2ClCOONH4，氨基乙酸）（例17，18） 近似式： （[HA]=[A-]≈C，忽略HA和A-的离解） （[HA]=[A-]≈C，Ka’≥10Kw，忽略HA、A-和水的离解） 最简式： （[HA]=[A-]≈C，Ka’≥20Kw， C> 20Ka）

  22. 5. 混合酸（碱） 两种强酸 混合酸 弱酸与强酸 两种弱酸 （1）两种强酸 （2）弱酸与弱酸混合： 例如 Ca1 mol/L HA + Ca2 mol/L HB

  23. 5. 混合酸（碱）（2） （3）强酸与弱酸混合： 例如 a mol/L HCl + Ca mol/L HAc PBE

  24. 3.4 缓冲溶液 3.4.1 缓冲溶液的定义与种类 3.4.2 buffer pH 3.4.3 缓冲容量、缓冲指数、及有效缓冲范围 3.4.4 缓冲溶液的选择 3.4.5 标准缓冲溶液

  25. 1 酸碱缓冲溶液定义 →Buffer solution，一种能对溶液的酸度起稳定作用的溶液。若往缓冲溶液中加入少量酸或少量碱，或因溶液中发生的化学反应产生了少量的酸或碱，或将溶液稍加稀释，溶液的酸度基本不变。 →缓冲溶液通常由浓度较大的弱酸及其共轭碱所组成。pH范围一般为2～12。例如，HAc-Ac-，NH4Cl-NH3等。 →强酸（pH<2）或强碱（pH>12）溶液也是缓冲溶液，可以抵抗少量外加酸或碱的作用，但不具有抗稀释作用。

  26. 2 缓冲溶液pH值的计算（例21，22，23） →近似式： （当pH≤6时） （当pH≥8时） →最简式：当Ca，Cb≥20[H+]或Ca，Cb≥20[OH-]时

  27. 3 缓冲指数（buffer index） →定义：表示相关酸碱组分分布线的斜率，具有加和性。 →强酸控制溶液pH时， →强碱控制溶液pH时， →弱酸控制溶液pH（pH=pKa±1）时， 当Ca/Cb=1：1时，pKa=pH时，β有极值。

  28. 4 缓冲容量（buffer capacity） →某缓冲溶液因外加强酸或强碱的量为ΔC而发生pH的变化，变化的幅度为ΔpH，β为ΔpH区间缓冲溶液所具有的平均缓冲指数。 α=ΔC=βΔpH=（δ2A--δ1A-）CHA 其中，δ2A-和δ1A-分别为pH2和pH1的分布系数，CHA为分析浓度。 →缓冲容量的大小与缓冲物质的总浓度以及组成此缓冲溶液的Ca/Cb有关。总浓度愈大（一般为0.01～1mol/L之间）；Ca/Cb应在1/10～10/1范围内，浓度愈接近1：1，缓冲容量愈大。

  29. 5 缓冲溶液选择的原则（附录 表5） →缓冲溶液对测量过程应没有干扰。 →所需控制的pH应在缓冲溶液的缓冲范围之内。如果缓冲溶液是由弱酸及其共轭碱组成的，pKa值应尽量与所需控制的pH一致，即pKapH。 →缓冲溶液应有足够的缓冲容量，以满足实际工作的需要。 →缓冲物质应廉价易得，避免污染。

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