535-第一节 酸碱理论.ppt
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1、第一节 酸碱理论 第二节 弱酸、弱碱的解离平衡 第三节 酸、碱溶液 H3O+ 或 OH 离子浓 第五章 酸碱解离平衡 度的计算 第四节 缓冲溶液 第一节 酸碱理论 一、酸碱电离理论 二、酸碱质子理论 三、酸碱电子理论 四、软硬酸碱理论 一、酸碱电离理论 酸碱电离理论认为:凡在水溶液中电离出的 阳离子全部是 H+ 的化合物是酸;电离出的阴离子 全是 OH- 的化合物是碱。酸碱反应的实质就是 H+ 与 OH- 作用生成 H2O。 酸碱电离理论的优点是能简便地说明酸碱在 水溶液中的反应。但由于该理论把酸碱仅限于水 溶液中,无法说明非水溶剂中的酸碱性。另外, 电离理论把碱限制为氢氧化物,也无法解释氨水
2、 呈碱性这一事实。 二、酸碱质子理论 酸碱质子理论认为:凡能给出质子的物质都是 酸,凡能接受质子的物质都是碱。 (1)酸失去质子后即成为其共轭碱,碱得到质 子后即成为其共轭酸。 (2)酸和碱可以是中性分子,也可以是阳离子 或阴离子。 (3)有些物质既可以作为酸给出质子,又可以 作为碱接受质子,这些物质称为两性物质。 (4)在质子理论中没有盐的概念。 (5)实际上,在溶液中共轭酸碱对之间并不存 在上述简单平衡。 酸 碱 (一)酸和碱的定义 酸碱反应是较强的酸与较强的碱作用,生成 较弱的碱和较弱的酸的过程: 较强酸 + 较强碱 = 较弱碱 + 较弱酸 酸碱质子理论扩大了酸和碱的范围,解决了 非水溶
3、液和气体间的酸碱反应。但是酸碱质子理 论把酸碱只限于质子的给予或接受,不能解释没 有质子传递的酸碱反应。 酸碱反应的实质是两对共轭酸碱对之间的质 子传递: (二)酸碱反应的实质 三、酸碱电子理论 酸碱电子理论认为:凡是能接受电子对的物 质就是酸;凡是能给出电子对的物质就是碱。酸 碱反应的实质是碱提供电子对,与酸形成配位键 而生成酸碱配合物: 酸 + 碱 酸碱配合物 酸碱电子理论是目前应用最为广泛的酸碱理 论。但酸碱电子理论对酸碱认识过于笼统,因而 不易掌握酸碱的特征,也使不同类型反应之间的 界限基本消除,最大的缺点是不易确定酸碱的相 对强度。 四、软硬酸碱理论 (一)软硬酸碱的分类 根据路易斯
4、酸的性质的不同,皮尔逊把酸分 为硬酸、软酸和交界酸三类: (1)硬酸:硬酸是半径较小,电荷数大,对 外层电子的吸引力强的阳离子。 (2)软酸:软酸是半径较大,电荷数小,对 外层电子的吸引力弱的阳离子。 (3)交界酸:介于硬酸和软酸之间的酸称为 交界酸。 根据路易斯碱的性质的不同,分为硬碱、 软碱和交界碱三类: (1)硬碱;硬碱中给出电子的原子或阴离 子的电负性大、半径小,不易失去电子。 (2)软碱;软碱中给出电子的原子或阴离 子的电负性小、半径大,易失去电子。 (3)交界碱:介于硬碱和软碱之间的碱称 为交界碱。 软硬酸碱规则的含意是:硬酸与硬碱或软酸 与软碱都可以形成稳定的配合物;硬酸与软碱或
5、 软酸与硬碱形成的配合物不够稳定;交界酸与软 碱或硬碱及交界碱与软酸或硬酸都能发生反应, 所生成的配合物的稳定性介于上述两类配合物之 间。 利用软硬酸碱规则可以判断配合物的稳定性 和预测有关化学反应的方向。一切化学反应都有 朝着硬酸与硬碱结合或软酸与软碱结合的方向进 行的趋势。 (二)软硬酸碱规则 第二节 弱酸、弱碱的解离平衡 一、一元弱酸、弱碱的解离平衡 二、多元弱酸、弱碱的解离平衡 三、共轭酸碱对 Ka 与 Kb 的关系 一、一元弱酸、弱碱的解离平衡 在一元弱酸 HA 溶液中,存在 HA 与 H2O 之 间的质子转移反应: 达到平衡时: 一元弱酸的标准解离常数越大,它的酸性就 越强。 (一
6、)一元弱酸的解离平衡 一元弱酸的相对强弱,还可以用解离度来表征。 一元弱酸的解离度定义为: 一元弱酸的解离度与标准平衡常数的关系为: 当 5% 时,11,由上式得: 在一元弱碱 A 溶液中,存在 A 与 H2O 之间 的质子转移反应: 达到平衡时: 一元弱碱的标准解离常数越大,它的碱性就 越强。 (二)一元弱碱的解离平衡 二、多元弱酸、弱碱的解离平衡 多元弱酸在水溶液中的解离是分步进行的 。例如,H3PO4 的解离是分成三步进行的。 第一步解离: (一)多元弱酸的解离平衡 第三步解离: 溶液中的 H3O+ 离子主要来自 H3PO4 的第一 步解离。多元弱酸的相对强弱就取决于 的相 对大小, 越
7、大,多元弱酸的酸性就越强。 第二步解离: 第一步解离: 多元弱碱在水溶液中的质子转移反应也是分 步进行的。例如 的质子转移反应是分成两 步进行的。 (二)多元弱碱的解离平衡 溶液中的 OH- 主要来自 的第一步解 离。多元弱碱的相对强弱就取决于 的相对大 小, 越大,多元碱的碱性就越强。 第二步解离: 三、共轭酸碱对的 与 的关系 共轭酸碱对 HA-A- 在水溶液中存在如下质 子转移反应: 达到平衡时,存在下列定量关系: 以上两式相乘得: 例题 例 5-1 25 时,HAc 的标准解离常数为 1.810-5, 计算其共轭碱 Ac- 的标准解离常数。 解: Ac- 的标准解离常数为: 第三节 酸
8、、碱溶液 H3O+ 或 OH- 浓度 的计算 一、一元弱酸溶液 H3O+ 浓度的计算 二、一元弱碱溶液 OH- 浓度的计算 三、多元酸溶液 H3O+ 浓度的计算 四、多元弱碱溶液 OH- 浓度的计算 五、两性物质溶液 H3O+ 浓度的计算 六、同离子效应和盐效应 基础化学中计算 H3O+ 浓度或 浓度时通 常允许有不超过 5% 的相对误差。当两个数相加 减时,若其中的较大数 x 大于较小数 y 的 20 倍以 上时,可以将较小数忽略不计。 x y x 一、一元弱酸溶液 H3O+ 浓度的计算 在一元弱酸 HA 溶液中,存在下列质子转移 平衡: 溶液中存在下列关系: 当 ,即 时, 可以忽略不计。
9、上式简化为: 由一元弱酸 HA 的解离平衡得: 当 ,即 时, 。 例题 例 5-2 计算 0.10 molL-1 HAc 溶液的 pH, 已知 Ka (HAc)1.810-5 。 解: 且 可以用最简 溶液的 pH 为: 式进行计算。溶液中 H3O+ 浓度为: 二、一元弱碱溶液 OH- 浓度的计算 在一元弱碱 A 的水溶液中,存在下述质子转 移平衡: 溶液中存在下列关系: 当 时: 当 时: 例题 例 5-3 计算 0.010 molL-1 NH3 溶液的 pH,已知 时 Kb (NH3)=1.810-5。 解: 且 可利 用最简公式计算。溶液中 OH- 浓度为: 溶液的 pH 为: 三、多
10、元酸溶液 H3O+ 浓度的计算 以二元弱酸 H2A 为例,它在水溶液中存在下 列质子转移平衡: 根据得失质子相等的原则: 水的解离: 如果又能同时满足 即 当 时,可以忽略 ,上式可以进一步简化为: 此时二元弱酸可按一元弱酸处理,H3O+ 相对浓度 计算公式为: 若 时,可进一步 简化为: 对于三元弱酸溶液 H3O+ 浓度的计算,一般 可以忽略三元弱酸的第三级解离,而按二元弱酸 处理。 例题 例 5-4 计算 0.10 molL-1 H3PO4 溶液的 pH。已知 25 时 Ka1(H3PO4) = 6.710-3, Ka2(H3PO4) = 6.210-8, Ka3(H3PO4) = 4.5
11、10-13。 解: , 。可忽 略H2O的解离和H3PO4的第二级解离和第三级解离。 但 可利用近似公 式计算。 溶液的 H3O+ 浓度为: 溶液的 pH 为: 四、多元弱碱溶液 浓度的计算 当 时,可以忽略水的解离; 当 时,可以忽略多元弱碱的第 二级解离。 相对浓度的近似计算公式为: 例题 若 ,上式可进一步简化为: 例 5-5 计算 0.10 molL-1 Na2C2O4 溶液的 pH。已知 时 解: 的第一级标准解离常数和第二级标准解离 常数分别为: 由于: 可以用最简公式进行计算。OH- 的相对浓度为: 溶液的 pH 为: 五、两性物质溶液 H3O+ 浓度的计算 两性物质 HA 在溶
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