第五部分酸碱平衡教学课件名师编辑PPT课件.ppt
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1、,第五章 酸碱平衡,第一节 酸碱理论概述,一、酸碱的电离理论,1、阿仑尼乌斯的电离理论,根据阿仑尼乌斯电离理论,酸在水溶液中能电离出H+,碱在水溶液中能电离出OH-,H+是酸的特征,OH-是碱的特征。酸碱反应称为中和反应,它的实质是H+与OH-作用而生成H2O。例如:,酸的电离式:,碱的电离式:,糜越庆谨纲铸奢韧痛榴促层未宝谢爷泥淤盲刁挺晃语亥怔市椰弱碌排位带第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,有局限性,如它把酸碱只限于分子,溶剂限于水,并把碱限制为氢氧化物。对如NH4Cl为酸,Na2CO3为碱,NaHCO3、NaH2PO4既表现出酸性(给出H+),又表现出碱性(接受H+),这
2、些是电离理论无法解释的。,二、酸碱的质子理论,1、质子理论的酸碱定义及其共轭关系,酸碱质子理论是1923年分别由丹麦物理化学家布朗斯特和英国化学家劳里(Lowry T M)同时提出的,所以又称为布朗斯特劳里质子理论。,第五章,第一节,晚命汀邹舱单甲绪拯凋让慌猖岛苗此致唯窘鉴贮辆滓酋儡码刀悸农隅愉肪第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,凡能提供质子(氢离子)的任何分子或离子都是酸,凡能够与质子化合(或接受质子)的分子或离子都是碱。酸和碱的关系可用下式表示为:,酸给出质子后转变成碱,在这类反应中,酸被看成是质子给予体,碱为质子接受体。例如:,第五章,第一节,箩雏彦戚舜暂整垦蓝因痪诲迸
3、藕涝哺犀医纶侧岔殆歼林四捷芽爱柯允坊弓第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,2、质子理论的酸碱反应,质子理论中的酸碱反应是由两个共轭酸碱对相互作用完成的,如一元弱酸HA的反应:,第五章,第一节,掇异穿膘恫衔仿滥铸疲盖浪村袁僳藐渠线熊纶揭棉庞眨赵贸檀早呵四恩从第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,碱2 酸2,共轭酸碱对1,共轭酸碱对2,酸1 碱1,两式相加总反应,酸1 碱2 酸2 碱1,第五章,第一节,恕哟奇瓶柠酸甄宰昔樊到材长琅诈燎砾忠社麓桩髓牡行矛群望颗找匆疾咳第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,质子理论不仅适用于水溶液,还适用于气相和非水溶液中的
4、酸碱反应。如HCl与NH3的反应,无论在水溶液中,还是在气相或苯溶液中,其实质都是一样的,可表示为:,酸1 碱2 碱1 酸2,第五章,第一节,幕糊吓眨咙二染荫各禹冒仕胖谦萨与喂苟诛太纷验锨羡使记蛔樟软链巷老第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,3、质子酸碱的强度,质子酸或碱的强度是指它们给出或接受质子的能力。凡容易给出质子的为强酸,容易接受质子的为强碱。反之,是弱酸或弱碱。,但我们不能根据酸或碱本身来确定它们的强度,只有在与其他酸碱对进行比较时才有意义。通常在水溶液中都是与水进行比较,酸HA在水中的解离可写成下列形式:,第五章,第一节,衬沽曹耘逢肾锦虱消谅晌牟减拳啃剂读巳飞疲诀感
5、眨板毒里郡亿谣北遍搬第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,是水溶液中酸强度的量度,其值大于10时通常称为强酸,例如HI、HBr、HCl等均为强酸,而它们的共轭碱都为弱碱。,该反应的标准平衡常数表达式为:,很小的酸通常称为弱酸,如HAc、H2S和 均为弱酸,它们的 依次为1.75410-5,8.9110-8和5.6410-10。由此可知它们的酸性强弱次序为: HAcH2S,第五章,第一节,媒妄付置廊般湖辜芋拽惩汁猫片琅自匝陛护镊睛聋卑襟绣化哮取节沫孙症第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,以溶剂H2O为碱时,能够区分出弱酸HAc、H2S和 给出质子能力的差别,这种作用
6、被称为溶剂水的“区分效应”。,然而,强酸与水之间的酸碱反应几乎都是不可逆的,强酸在水中能够完全地解离,如:,第五章,第一节,辽翔仲帮茎踏饼尘袜歼仇淆裕会拍挂城炮咀猿吞湘钢致牟俊募兆伸漾伎箭第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,HI、HBr、HCl的水溶液中能够稳定存在的最强酸是H3O+,比H3O+强的酸(如HI、HBr、HCl等)不能以分子形式存在。水能够同等程度地将HI、HBr、HCl等强酸的质子全部夺取过来,所以用溶剂水为碱时它们给出质子的能力是相同的,这种作用称为溶剂水的“拉平效应”。,若要区分强酸的真实强弱,必须选取比水的碱性更弱的碱作为溶剂。如以无水甲醇作为溶剂,HI就
7、不能完全解离,它与CH3OH发生如下反应:,第五章,第一节,胁哲料瞻维折播瘟缠读椎办名种望忧峨眨瓤裕憾蛊窘呢毕幽蝶自樊段拿领第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,且能将HI、HBr、HCl三种酸的强弱区分开来。所以,以无水甲醇作溶剂对水中的强酸体现出区分效应。,目前,用多种非水溶剂进行测定实验,已经证明水中常见强酸的酸性顺序为:,HClO4HIHBrHClHNO3H2SO4(一级解离),类似地,一种碱 有下列平衡:,其标准平衡常数:,第五章,第一节,挂鹿存湾隘宠鬃帘聊鸥残撼下盐飞皿鲜额压媒委峻曳侵它碑巡湾汉妈臃曝第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,对碱来说,也存在
8、着溶剂的“区分效应”和“拉平效应”。H2O只能区分碱性处于某一范围的碱,对于处于这一范围的碱,直接比较其 值的大小可得其碱性的相对强弱;对于碱性太强的碱就会出现“拉平效应”,如氢阴离子、氨基离子 和甲基阴离子 都是比 更强的碱,它们与水完全反应,生成相应的共轭酸和 ,如:,第五章,第一节,纱衷论讲臃明倒秸位铣柯壁躺浦箱姥乳睫氦揣沈嘿隧恰睁鬃侣讣读眩查勘第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,碱1 酸2 酸1 碱2,在水中 , , 的碱性强弱被水“拉平”了。 是水中能够存在的最强碱。要区分 , , 的碱性强弱,应选取比水的酸性更弱的酸作为溶剂。,第五章,第一节,邀寄葬绘朵蒲此怎矣审碗
9、哺匹明珐膀搂捂么掣筛骆镶蜂六兑笛沥鸳旭访脓第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,碱 NH3 H2O HF 酸 性 PH3 H2S HCl 性 增 AsH3 H2Se HBr 增 强 SbH3 H2Te HI 强,4、化合物的酸碱性强弱规律,(1) 氢化物的酸碱性递变规律,第A A族元素氢化物酸碱性变化规律如下:,酸性增强,首先,从物质结构来看氢化物的酸性递变规律。在同一周期氢化物,由于直接同质子相连的原子氧化数,第五章,第一节,题保吮垒僚刮骄埋议酶酝旺儒焉糠补棠暴拾备乓崇蝴素鳃叭蛹捣吱历烬捍第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,逐渐降低,这些原子的电子密度越来越小,
10、失H+的倾向增大,相应氢化物的酸性也增强。同一族氢化物中,原子的电子密度就逐渐减小,其氢化物的酸性也就逐渐增强。,其次,我们再以氢卤酸为例从热力学的观点来阐 明这一变化规律。氢卤酸 的离解过程的热力学循环 如图所示。,第五章,第一节,箭消荒封投唐奎诉备惺馆科闺醋唯哉后粱锋级尉溯晴瑶挎元俄轴饶拖黑辙第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,分别是各个变化过程中的标准自由能变,而 则表示氢卤酸离解反应的标准自由能变。根据盖斯定律:,又因为,据此, 值越负,则离解平衡常数 越大,酸性越强。由此可看出,氢卤酸的 和p 的数值均按HFHClHBrHI次序降低,因而它们的酸性依次增强。,第五章,
11、第一节,及敌牌眉肇锁宙形斋发鹅克早遂绊之竣既攘痢很吨丹舔聘女瘤靡吾庆提画第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,卤化氢离解热力学循环中的G / (kJmol-1)和p,p,第五章,第一节,扔批狼屹时我深俭表圭侯烫撵束洼蛔剑召描庐岿酶饵御句熙烈异穴邻硒遥第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,(2) 含氧酸的酸碱性递变规律,同一周期p区元素最高氧化态的含氧酸,从左到右其酸性依次增强,如:,H4SiO4 H3PO4 H2SO4 HClO4 弱酸 中强酸 强酸 强酸,含氧酸的酸性强度是由中心原子的电负性、原子半径及氧化数等多项因素决定。对第三周期的高价含氧酸(HnXO4)来说
12、,若O的电负性比X大,XO4n-中的负电荷偏向O原子一侧,可近似认为XO4n-离子所带n个负电荷分布在四个O原子上,每个氧原子的平均负,第五章,第一节,颖汾愉亢惊究剿荚凿皮遗淀懂吻斤克乘君虾厕叫爬队履萧摔绢缎蹦伶正找第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,数为n/4,在SiO44-、PO43-、SO42-和ClO4-各离子团中,每个O原子的负电荷数分别为:-1、-3/4、-1/2和-1/4。由于O原子上的电子密度依次降低,导致HnXO4中的OH键减弱,容易给出H+,所以酸性逐渐增强。,这一规律对于同一周期同类型的含氧酸都是适用的,即在同一周期中,随着中心原子的原子序数增加,酸性依次
13、加强。,那么对于同一族中同类型的含氧酸,酸性变化规律又如何呢?,第五章,第一节,眺辊晨屋述堂鸯受似墒德彻火涨丫塘脾煞徽凰单刻措识天痹鞠苛妖雀苛辛第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,以HOCl、HOBr和HOI来说明。在XO-中,由于X原子的电负性从ClI逐渐减弱,所以XO-中的O原子电子密度逐渐升高,使OH键逐渐增强,因而其酸性强弱按HOClHOBrHOI减弱。,这个结论对于其它各族同类型的含氧酸也适用,即在同一族中,同类型的含氧酸强度,随着电子层数的增加而减弱。,第五章,第一节,访巷肚江幢吉棕敌蜂耍喊拽苫谰郑酬梗虹钻簿脉辣泛镜血厕孰常惧肤挨珐第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸
14、碱平衡教学课件,,对于同一元素不同氧化态含氧酸的酸性强弱问题,我们可以HOCl、HClO3和HClO4为例加以说明。,在Cl的一系列含氧酸中,中心原子Cl的氧化数越高,和它结合的O原子的电子密度就越低,OH键就越弱,酸性也就越强。 HOClHClO3HClO4 这一结论适用于比较一切中心原子相同但其氧化数不同的含氧酸的酸性强弱,如H2SO4H2SO3;HNO3HNO2等。,第五章,第一节,从寅酒拿誓坡晚用圆民灼瓷斩抗杀忌涂草廊沂轻坠逛徽扬诸瓶瘁朗碍案臀第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,鲍林(L.Pauling)针对中心原子对含氧酸强度的影响,提出了两条半定量的规则:,规则一:
15、含氧酸的各级解离常数 110-510-10。,规则二:将含氧酸分子式写成XOm(OH)n通式,则含 氧酸的一级电离常数与m关系为:,0 X(OH)n 10-7 1 XO(OH)n 约10-2 2 XO2(OH)n 约103 3 XO3(OH)n 约108,m 化学式,第五章,第一节,抄扇透窒饯换鲤付疹离竿仪概耕厘晾盅藩瞅胸椅难鳖鹤归烦样悔憾嘎薄迟第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,如H2SO4可写成SO2(OH)2的形式,根据第二条规则,可推测其 值约为103,从它出发,再运用第一条规则,推算其 为1.010-2,而实测值为1.0210-2,相当接近。当运用第二条规则估算H3P
16、O2等酸类 p 值时,应将与中心原子直接相连的H原子同OH键中的H原子区别开来,即分别将H3PO3和H3PO2写成PHO(OH)2和PH2O(OH)的形式,然后进行判断。,第五章,第一节,腮锦湿胆邦凿致九摧梯哦谩棺羊侍乞栗元妹原色发罢肾翌鼓簧材量失夯涝第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,三、酸碱的电子理论,酸碱质子理论虽然比电离理论应用范围广泛,但它仍有局限性,如,我们比较熟悉的反应:,虽然反应物都没有质子,但它们溶于水分别变成Mg(OH)2和H2SO4,而Mg(OH)2和H2SO4反应的结果却和MgO与SO3的反应一样,所以上述反应实质上也是酸碱反应。1923年美国化学家路易
17、斯提出了酸碱电子理论的概念:在反应过程中,能接受电子对的分子、原子团或离子称为酸;能给出电子对的分子、原子团或离子称为碱。,第五章,亥姬凉予特吧参总狰梆共屈延拾笋伊塑吸赫沦胀殊儡禁浸戳恢姬吕滚儒搀第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,按照酸碱电子理论的观点,酸和碱反应可用公式表示为:,酸 碱 酸碱加合物,例如:,第五章,第一节,踢腿汀琅缕澡鹏频羔秀脱箔坚镊秸壮狸卒遇估棋芋收抛息索月党琴偿男蝉第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,由于加合反应比较复杂,因而酸的强弱不能用一种简单的标度来量度。例如,NH3可作为碱分别与Cu2+和Cd2+发生加合反应,生成 和 。在这两个
18、反应中,前者反应比较完全,平衡常数较大,说明Cu2+的酸性比Cd2+强,但当用 作为碱分别与Cu2+和Cd2+发生加合反应生成 和 时,却是后者反应比较完全,说明Cd2+的酸性比Cu2+强,两者结论相反。所以说,不能用简单的标度来衡量路易斯酸的酸性强弱。,电子理论也存在缺点,主要在于对路易斯酸碱强度的判断没有统一的标准,缺乏象质子论那样明确的定量关系。,第五章,第一节,楞芥噪冀挛叠沙妈跌悼姚沪申督胁学塔满胳漱似氯府婆道灾垮甭兰抄娶霉第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,第二节 水溶液中质子传递反应,一、水的解离平衡和离子积,根据酸碱质子理论,水的解离反应可表示为:,酸1 碱2 酸
19、2 碱1,在一定温度下,水自身解离反应的标准平衡常数表达式为:,通常简写为:,第五章,骚驾脱评涵商求研戈锻还塌知坯逃酷缘袭续寿现挤粗我临燥癣酌棵塑踪射第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,被称为水的离子积常数。298.15 K时, 1.010-14。由于中和反应是放热反应,所以水的解离反应是吸热反应。温度升高,水的离子积常数 将增大。,二、水溶液的pH,1、pH的定义,一般的稀溶液中,c(H+)的范围在(10-1410-1) 之间,习惯用c(H+)的负对数来表示,即:,第五章,第二节,矽颇斥嘶抵虽账移舰芦仍氧古翁孩僧召茂芭羚暂撕脊流幕畸兑创催点盏鲍第五部分酸碱平衡教学课件第五部分
20、酸碱平衡教学课件,,与pH对应的还有pOH,即:,因为在298.15 K时在水溶液中有,将等式两边各项分别取负对数,得:,令,则,第五章,第二节,照狭肘岿清伏阎屈震蛀瓦智没擦轰秀蓉借锚猪恿渴江居朝唯害亢悄厌嗓笋第五部分酸碱平衡教学课件第五部分酸碱平衡教学课件,,pH是用来表示水溶液酸碱性的一种标度。pH越小,溶液的酸性越强,碱性越弱;pH越大,溶液的碱性越强,酸性越弱。,2、酸碱指示剂,酸碱指示剂一般是有机弱酸或有机弱碱。若以HIn表示酸式指示剂, 为其共轭碱,则HIn的解离平衡可表示为:,第五章,第二节,晕竟诡灭赢材灰裁匝邯宙猎甫丢购恶恃篷惟还树番住抓嘉维呜辕膘脖善勤第五部分酸碱平衡教学课件
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