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7 酸碱反应 Acid-base Reaction

7 酸碱反应 Acid-base Reaction. 重要知识： 质子酸碱、共轭酸碱和酸碱离解常数 等概念 酸碱水溶液的酸度和有关离子浓度的计算 掌握缓冲溶液的配置方法. 人类对酸碱认识的发展过程： ① 感性 ：有酸味，能使兰色石蕊变红的物质叫酸， 使红色石蕊变兰叫碱； ② 阿仑尼乌斯 的电离理论 ： 酸 —— 电离出阳离子全为 H + ， 碱 —— 电离出阴离子全为 OH - ； ③ 布朗斯特 酸碱质子理论 : 能接受质子的为碱，能给出质子 的为酸；

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7 酸碱反应 Acid-base Reaction

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  1. 7 酸碱反应 Acid-base Reaction 重要知识： 质子酸碱、共轭酸碱和酸碱离解常数 等概念 酸碱水溶液的酸度和有关离子浓度的计算 掌握缓冲溶液的配置方法

  2. 人类对酸碱认识的发展过程： ①感性：有酸味，能使兰色石蕊变红的物质叫酸， 使红色石蕊变兰叫碱； ②阿仑尼乌斯的电离理论： 酸——电离出阳离子全为H+， 碱——电离出阴离子全为OH-； ③布朗斯特酸碱质子理论:能接受质子的为碱，能给出质子 的为酸； ④路易斯电子理论:能接受电子为酸，能给出电子为碱。 7.1 酸、碱质子理论The Brönsted-lowry aeid-base model

  3. 7.1.1 质子酸碱的概念(concept) 酸：凡是能给出质子（ H+ )的物质（分子 或离子）称为酸(acid)。 碱：凡是能接受质子( H+ )的物质 （分子或离子）称为碱(base)。 • HCl、NH4+、HPO42-、H2CO3、[Fe(H2O)6]3+ • ——酸 • Cl-、NH3、PO43-、HCO3-、[Fe(OH)(H2O)5]2+ • ——碱

  4. 质子酸碱的共轭关系： 共轭酸 共轭碱 + 质子 HCl Cl- + H+ NH4+ NH3 + H+ H2O OH- + H+ H3O+H2O + H+ HPO42-PO43- + H+ H2PO4- HPO42-+ H+ [Fe(H2O)6]3+ [Fe(OH)(H2O)5]2++ H+ [Fe(OH)(H2O)5]2+[Fe(OH)2(H2O)4]+ + H+ 两性物质

  5. 给出质子或接受质子的能力 共轭酸 共轭碱 + 质子 强酸——弱碱 强碱——弱酸 共轭酸碱对 (conjugate acid-base pair)

  6. 两性物质(amphoteric compound) 既能给出质子又能接受质子的物质 两性物质 酸 碱 H2O H3O+ OH- HS- H2S S2- 是否共轭酸碱对？ 7.1.2 酸碱反应的实质-质子传递

  7. 7.2水溶液中的重要酸碱反应 7.2.1 水的质子自递反应(autoionization of water) H2O +H2O = H3O+ +OH- (水的自递反应） 也可简写为： H2O = H+ + OH- (与水的酸碱半反应区别开） 其反应的标准平衡常数表达式为 KW称为水的离子积常数(ion product constant)。 25℃时，KW=1.0×10-14。

  8. 7.2.2 弱一元酸碱的离解 HAc+H2O = H3O+ +Ac - Ka大, 酸的酸性越强。 NH3+H2O =NH4+ + OH - Kb大, 碱的碱性越强。

  9. 溶液的酸碱度和物质的酸碱性 • 溶液的酸度－溶液中H+的多少。 • 物质的酸性－给出质子的能力大小。

  10. 共轭酸碱对酸碱强弱的关系 ① HAc+H2O=H3O++Ac-Ka ② Ac-+H2O=HAc+OH-Kb ①+② H2O+H2O=H3O+ + OH- KW Ka.Kb=KW Ka大， 共轭碱Kb小 Ka小， 共轭碱Kb大

  11. 一定浓度的弱一元酸碱水溶液pH计算 HB+H2O =H3O+ +B - HB =H+ + B - 设HB的初始浓度为camol.L-1 ,H+的平衡浓度为x mol.L-1 ,则：

  12. 弱一元碱 B + H2O=HB+ + OH-

  13. 例2 计算0.1mol.L-1HAc溶液中c(H3O+)及离解度。 HAc Ka=1.8.×10-5 解：HAc c =0.1mol.L-1Ka=1.8×10-5 (c/c )/ Ka = 5.1×103>102.81

  14. 例3 计算c(NaCN)=0.10molL-1 NaCN水溶液的pH 值。 Ka (HCN)=6.1710-10。

  15. 7.2.3 多元弱酸、弱碱水溶液(polyprotic weak acids aqueous solution) （1）多元弱酸碱的电离 H2S +H2O= H3O+ + HS- HS- + H2O = H3O+ + S2- H2S+2H2O=2H3O++S2-

  16. 二元弱碱CO32-在水溶液中的离解平衡为: CO32- + H2O=HCO3- + OH-Kb1 HCO3- + H2O = H2CO3 + OH- Kb2

  17. 近似处理 当 Ka1>> Ka2>> Ka3 Ka1/ Ka2>101.6 多元弱酸碱的离解以第一步为主，其他次级的离解可忽略。 将多元酸、碱近似地按一元酸、碱处理。

  18. 多元弱酸 多元弱减

  19. （2）溶液pH及各种离子浓度的计算 例4： 计算c(H2S)=0.10molL-1的H2S水溶液的 c(H3O+)、c(HS-)、 c(S2-)。 解： Ka1=1.0710-7 >>Ka2=1.23 10-13 c(H+)c(HS- )  1.0310-4 molL-1

  20. HS- + H2O = S2- + H3O+

  21. 离子的水解( hydrolysis )

  22. ①加酸能防止离了酸的离解。配制FeCl3 SnCl2 SnCl4 BiCl3等溶液时，先将固体溶于浓HCl，再冲稀。 SnCl2+H2O = Sn(OH)Cl(白色）+HCl BiCl3+H2O = BiOCl (白色)+2HCl ②加碱能防止离子碱的电离，如Na2S、NaCN、Na2CO3等溶液时，经常加入NaOH，以免失效。

  23. 两性物质水溶液的 酸碱性 Ka> Kb酸性 Ka< Kb碱性 Ka Kb近中性

  24. 试分析HCO3-水溶液的酸碱性 Ka=4.6810-11, Kb=2.2910-8 HCO3-的水溶液显碱性。

  25. 7.3 酸碱平衡的移动（shift of acid －base equilibrium） • 7.3.1 稀释作用：加水后Q<K ，平衡正向移动 稀释后，离解度增大，但酸度降低，因为氢离子的个数少了。

  26. 7.3.2 同离子效应（colons effect） 在HAc溶液中，加入少量NaAc平衡会有什么变化呢？ 平衡：HAc+H2O= H3O++Ac- NaAc = Na++Ac- 结果：HAc的电离度大大降低。 在弱酸、弱碱溶液中加入含有相同离子的强电解质，从而使其离解度降低的现象，叫同离子效应。

  27. 7.3.3 盐效应（salt effect） 在弱酸或弱碱溶液中加入强电解质（不含相同离子），弱酸或弱碱的离解度增大，这种现象称为盐效应。 产生盐效应的原因——溶液中离子之间的静电作用 盐效应的大小——远远小于同离子效应

  28. 7.4 酸碱缓冲溶液acid-base buffer solution (1)定义：能够抵抗少量强酸、强碱的作用和水的稀释，而使溶液的酸度不发生显著变化的溶液叫缓冲溶液 常见的缓冲系统： 弱酸及其共轭碱 弱碱及其共轭酸 共轭酸碱对 HAc -Ac- NH4+-NH3

  29. (2)缓冲原理 （大量的抗酸物质和抗碱物质共存） 举例说明 HAc=H+ +Ac- （含有醋酸钠） 加酸：与醋酸根生成醋酸，平衡向左移动，酸度基本不变， 加碱：与H+生成水，平衡向右移动，醋酸离解补充，酸度不变。 加水：等倍数稀释，酸度不变。

  30. (3)缓冲溶液pH计算 弱酸及其共轭碱 弱碱及其共轭酸

  31. (4) 缓冲pH范围 缓冲对的有效缓冲范围为： pH =pKa±1 or pOH =pKb±1 （5）缓冲溶液的配制 缓冲对的选择： 所配制溶液的 PH接近弱酸的PKa。 举例说明

  32. 练习 有下列缓冲对HCOOH-HCOONa、 HAc-NaAc、 NH3-NH4Cl，若配制pH=5.0的缓冲溶液，应选哪一个缓冲对？计算所选缓冲对共轭酸与共轭碱浓度的比值。如用0.2mol.L-1酸与NaOH配置该缓冲溶液1L，应称取固体NaOH多少克。 p Ka (HCOOH)=3.75 p Ka (HAc)=4.76 p Kb (NH3)=4.76 解： HAc的Ka与所配制缓冲溶液的pH值最接近，所以应选用HAc－NaAc缓冲对。

  33. 重点 酸碱的定义 Ka、Kb（定义式、意义及相互关系） 各种类型溶液酸度的计算 （酸、碱、两性物质、共轭酸碱对共存） 缓冲溶液 （组成、有效的缓冲范围pH、选择、配制）

  34. 阿伦尼乌斯 瑞典化学家。1859年2月19日生于乌普萨拉,1927年10月2日卒于斯德哥尔摩 。阿伦尼乌斯的最大贡献是1887年提出电离学说: 1889年提出活化分子和活化热概念； 1902年还曾获英国皇家学会戴维奖章。著有《宇宙物理学教程》、《免疫化学》、《溶液理论》和《生物化学中的定量定律》等。 1903阿伦尼乌斯因创立电离学说而获年诺贝尔化学 。 Arrhenius,Svante August (1859～1927) Arrhenius

  35. 布朗斯特 丹麦物理化学家. 因其酸、碱质子理论而 著名于世. Brönsted J N 1879-1947 布朗斯特

  36. 路易斯 美国物理化学家，曾获英国皇家学会戴维奖章、瑞典科学院阿仑尼乌斯奖章、美国吉布斯奖章等。 1847－将热力学势改为自由能 1907 －提出逸度概念 1916－提出共价键理论 1923－提出路易斯酸碱理论 Lewis G N, 1875-1946)

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