第三章 酸碱及沉淀平衡 - 图文

第三章 酸碱反应与沉淀反应

第一节 酸碱理论与溶液的酸碱性

人们对酸碱的认识经历了一个由浅入深、不断发展、不断完善的漫长过程，先后产生了多种酸碱理论，其中比较重要的有：Arrhenius 酸碱电离理论、Bronsted 酸碱质子理论、Lewis酸碱电子理论、软硬酸碱理论（六十年代后发展起来）。 一、酸碱理论

1、Arrhenius 酸碱电离理论（1887年，瑞典）

水溶液中，电离生成的阳离子全部是H→酸，电离生成的阴离子全部是OH?→碱

酸碱电离理论从化学组成上揭示了酸碱本质，简明扼要、使用方便，至今仍被普遍应用。 酸要含H，碱要含OH?，无法解释许多不含H或OH?但却表现酸或碱性质的物质。 缺陷 把酸碱概念局限于水溶液体系，对非水体系中的酸碱将无能为力。 1923年布朗斯特（丹麦）和劳瑞（英国）又分别提出了酸碱质子理论。 2、酸碱质子理论

（1）酸碱的含义

凡能给出质子的分子或离子称为酸，酸即质子给予体。

凡能接受质子的分子或离子称为碱，碱即质子接受体。

??如： HCl?H?Cl HAc???H2OH??OH? H2CO3?HCO3 C2H5OH 酸 （2）共轭酸碱对

H?CO3 NH4?2??H??AC

?H??HCO3 H??NH3

?H??C2H5O? ? H ＋碱

由酸碱质子理论，酸与碱并不是孤立而是相互联系的，酸给出质子就变为碱，碱接受质子就变为酸，酸碱的这种依赖关系称为共轭关系，处于共轭关系中的一对酸和碱称共轭酸碱对。在一对共轭酸碱对中，酸可称为碱的共轭酸，碱可称为酸的共轭碱。共轭酸碱对中的酸和碱其组成上仅差一个质子。如：

2??HCl?Cl?、H2CO3?HCO3、HCO3?CO3

?说明：酸碱质子理论中，

a、酸和碱可以是分子也可以是离子。

b、酸和碱具有相对性。一种物质在某个共轭酸碱对中是酸，而在另一共轭酸碱对中又可能是碱，即酸碱身分并非一成不变。

c、两性物质：既能接受质子又能给出质子的物质，常见如：水及多元弱酸的酸式酸根离子。 d、电离、水解等反应都归结为酸碱反应，其实质均为质子的传递。如： H+ H+

HAc?H2O酸碱Ac??H3O? H2O?H2O酸碱OH??H3O?（水的自耦电离）

H+ H+ ???HAc?OH NH4?H2OAc?H2O碱酸酸碱NH3?H3O?

酸碱质子理论中无“盐”这一概念。

1

e、酸越强其共轭碱越弱。如：

酸性：HCl＞HAc，碱性：Cl＜Ac。再看下表：

关于其它两理论感兴趣的同学可参看其它参考书。 二、溶液的酸碱性 1、水的电离：H2O??OH??H?

??rGm?计算，室温下，Kw?cOH?，Kw也可由lgKw???1.0?10?14

2.303RTKw??cH?c??cOH?c?简写为cH????说明：（1）T↑，Kw↑，见课本p64。

（2）只有纯水或中性水溶液中才有cH??cOH??1.0?10mol?L??7?1。

?（3）水中H的实际存在形式为H3O?，而并不存在裸露的质子，为了方便可用H代替H3O?。 2、溶液的酸碱性与pH

（1）cH?、cOH?相对大小与溶液的酸碱性

cH??cOH??10?7mol?L?1 中性 cH??cOH??10?7mol?L?1 酸性 cH??cOH??10?7mol?L?1 碱性

（2）pH与pOH

pH??logcH? ，pOH??logcOH?，pH?pOH?14 （3）pH与酸碱性

pH?7 碱性 ， pH?，碱性↑

pH?7 中性

pH?7 酸性 ， pH?，酸性↑

3、溶液pH的测定 （1）pH试纸

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（2）酸度计

（3）酸碱指示剂

酸碱指示剂在不同的pH值下呈现不同的颜色，常用的有：

变色范围 酸式色 碱式色

酚酞（PP，无色） 8~10 无色 红色 甲基橙（MO，橙色） 3.1~4.4 红色 黄色

酸式色：当pH＜变色范围下限时所呈现的颜色；碱式色：当pH＞变色范围上限时所呈现的颜色。 【巩固与提高】

1、H2PO4-、HS-既是酸又是碱。

2、下列物质HCO3、NH4+、Ａc中属于质子酸的是 ，其共轭碱是 。属于质子碱的是 ，

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－

其共轭酸是 。[Fe(H2O)5(OH)]2+的共轭酸是_______________，共轭碱是_________________。HNO3的共轭酸是____________。

3、pH = 9.0 和 pH= 11.0 的溶液等体积混合，溶液的pH = ；pH = 5.0 和 pH= 9.0 的溶液等体积混合，溶液的pH = 。（上述溶液指强酸、强碱的稀溶液）

?4、已知313K时，水的Kw=3.8?10?14，此时氢离子浓度等于1.0×10-7mol?L的溶液是 。

?1（1）弱酸性 （2）中性 （3）弱碱性 （4）缓冲溶液 5、弱酸性水溶液中氢离子浓度可表示为 。

pOH?14（1）14-pOH （2）K? （4）1014?pOH w/pOH （3）106、下列离子中碱性最强的是 。

（1）CN （2）Ａc （3）NO2 （4）NH4+

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7、下列物质中既是质子酸又是质子碱的是 。 （1）H2O （2）NH4+ （3）S2 （4）PO43

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8、不是共轭酸碱对的一组物质是 。

（1）NH3 ，NH2? （2）NaOH，Na+ （3）HS，S2 （4）H2O，OH

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?9、已知18℃时，水的Kw=6.4?10?15，此时中性溶液中氢离子浓度为_______mol?L，pH为 。

?110、给出下列反应的平衡常数和共轭酸碱对。已知H2S：K?a1?1.3?10?7,K?a2?7.1?10?15；

H3PO4：K?a1?7.6?10?3,K?a2?6.3?10?8，K?a3?4.4?10?13 （1）H3PO4 + PO43（2）S2 + H2O

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H2PO4 + HPO42

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K?= ；共轭酸碱对 。

HS + OH

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K?= ；共轭酸碱对 。

【答案】1、√，2、HCO3-、NH4+ ，CO32-、NH3 ，Ac-，HAc ， [Fe(H2O)6]3+ ，[Fe(H2O)4(OH)2]+ ，H2NO3+ ，

3、9.30 、5.30 ，4、（3）,5、（3）,6、（1）,7、（1）,8、（2），9、8?10?8，7.10，10、1.7?1010， H3PO4 —H2PO4，HPO42—PO43；1.4，H2O—OH，HS—S2

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第二节 弱电解质的电离平衡

弱电解质：弱酸、弱碱、水、某些盐（如HgCl2）。 一、弱电解质的电离平衡 1、电离平衡：AB2、电离(解离)常数

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弱电解质A??B?

cAcB???cA??cB???cc（1）表达式：Ki? ，或简单表示为：Ki? cABcABc?a、一元弱酸（碱）：Ka、Kb或K分子式示之。如：

???HA?H2OH3O?A（或HA?B??OH?，Kb???H?A），Ka????cHO??cA?3cHA

BOH?cB??cOH?cBOH

b、Ki可查表或计算。 c、多元弱酸（碱）

??ⅰ、分步电离，几元便分几步，每步都有对应的电离常数，Ka1、Ka2或Kb1、Kb2示之。 ??ⅱ、Ka1》Ka2》…；Kb1》Kb2》…

????（2）意义：反映弱电解质电离程度的相对大小，其值越大，弱电解质电离程度越大。

相同类型可由Ka、Kb判断弱酸（碱）的相对强弱。如：

??K?HAc?1.8?10?5、K?HCN?4.9?10?10，可知HCN是比HAc更弱的酸。

通常：Ki≤10，弱电解质；Ki在10????4??2~10?3，中强电解质。

（3）影响因素：本性及温度。温度升高，相应电离常数增大，室温下可忽略。 （4）共轭酸碱对中两物质Ka与Kb的关系： a、一元：如HAc?Ac

?HAc?H2OAc?H2O?H3O?Ac，Ka??HAc?OH?，Kb????cHO??cAc?3cHAc

cHAc?cOH?cAc?

???×Kb?KwKa

如：已知NH3，Kb?1.8?10，则其共轭酸NH由上式也可看出：酸越强，其共轭碱越弱。 b、二元：如H2CO3?HCO3

???5?4：

??10Kw10?14 Ka????5.6?10?5Kb1.8?10?H2CO3?H2OH3O?HCO3，Ka1?OH?H2CO3，Kb2??????cHO??cHCO?33cH2CO3cOH??cH2CO3cHCO?3

HCO?H2O?3?

?? Ka1 ×Kb2?Kw

4

?Kw同理可得：Ka2 ?? Kb1????KwKwKw??c、三元：Ka1??，Ka2??，Ka3??

Kb3Kb2Kb1????【例】试求H2PO?4的pKb3和Kb3，并判断H2PO4的酸碱性。

??????【解】 根据 Ka1·=Kw= 10-14 即 pKa1+pKb3= pKw= 14.00得： Kb3??= 14.00－pKa1 pKb3??经查表可知 Ka1= 6.9×10-3 pKa1= 2.16

??则 pKb3= 14.00－2.16 = 11.84 Kb3= 1.4×10-12

在水溶液中存在如下平衡：

+2? ?酸式离解： H2PO?Ka4+ H2O H3O + HPO42

碱式离解：

H2PO?4 ?+ H2O H3PO4 + OH Kb3

－

?即H2PO?10￣8，显然Ka?2＞4为两性物质，既可作为酸失去质子，也可作为碱获得质子。查表得Ka2= 6.3×?，说明H2PO?因此NaH2PO4水溶液将以酸式离解为主，Kb34在水溶液中酸式离解能力比其碱式离解能力强。

即NaH2PO4水溶液呈弱酸性。 3、电离度与稀释定律 （1）电离度（?） ：??n已电离n总?100%?c已电离c0?100%

?也可表示弱电解质电离的程度，?↑，电离程度 ↑。

?（2）Ki与?的关系→稀释定律

??Ki与?均可以反映弱电解质电离程度的相对大小，Ki与浓度无关，而?与浓度有关。

AB A＋B?

?

初始浓度： c 0 0 平衡浓度： c-c? c? c?

KAB?c?2c? ，当??5%(或??500)时，1???1 1??KABK?AB 可看出：c↓, ?↑。 ??c二、溶液酸碱度的计算 1、一元弱酸（碱）

?（1）当Ka》Kw且c不是太小时，可忽略水的电离。 ，

??弱酸： HA H＋A 初始浓度 c 0 0 平衡浓度 c-cH? cH? cH?

?K?

?acH??cA?cHA?2cH?c?cH?2?? cH??Kac??Kac?0 H5

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