05章 酸碱平衡.pptx

第1页：第五章 酸碱平衡

本页为《无机化学》第五章 酸碱平衡的章节封面，列出本章各节标题。

• 5.1 酸碱质子理论概述
• 5.2 水的解离平衡和溶液的pH
• 5.3 弱酸、弱碱的解离平衡
• 5.4 缓冲溶液
• 5.5 酸碱指示剂
• 5.6 酸碱电子理论
• 5.7 配位化合物
• 5.8 配位反应与配位平衡

第2页：5.1 酸碱质子理论概述

本节为5.1 酸碱质子理论概述，主要内容如下。

• 酸和碱的相对强弱
• 酸碱质子理论的基本概念
• 历史回顾

第3页：酸碱质子理论的基本概念

酸：凡是能释放出质子（H+）的任何分子或离子。（质子的给予体）碱：凡是能与质子（H+）结合的分子或离子。（质子的接受体）

第4页：酸碱质子理论的基本概念（续）

酸H++碱-++AcHHAc-+-+2442HPOHPOH-+-+3424POHHPO+++34NHHNH[]+++2333NHCHHNHCH++++252362O)Fe(OH)(HHO)Fe(H[][]++++422252O)(HFe(OH)HO)Fe(OH)(H[][]

第5页：共轭碱

例：HAc的共轭碱是Ac－，Ac－的共轭酸是HAc，HAc和Ac－为一对共轭酸碱。两性物质：既能给出质子，又能接受质子的物质。酸H++碱

第6页：酸碱解离反应是质子转移反应

• 酸碱解离反应是质子转移反应。
• 水是两性物质，它的自身解离反应也是质子转移反应。H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)HF(aq) H++ F－(aq)H++ H2O(l) H3O+(aq)HF(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + F－(aq)H2O(l)+H2O(l) H3O+(aq) +OH－(aq)酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)

第7页：盐类水解反应也是离子酸碱

③盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。例如NaAc水解：酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)H+NH4Cl水解：酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)H+Ac－+H2O OH－+ HAc+ H2O H3O++ NH3

第8页：非水溶液中的酸碱反应，也是离子

④非水溶液中的酸碱反应，也是离子酸碱的质子转移反应。例如NH4Cl的生成：H+液氨中的酸碱中和反应：H+

第9页：酸和碱的相对强弱

区分效应

用一个溶剂能把酸或碱的相对强弱区分开来，称为溶剂的“区分效应”

拉平效应

溶剂将酸或碱的强度拉平的作用，称为溶剂的“拉平效应”

第10页：酸和碱的相对强弱（续）

水对强酸起不到区分作用，水能够同等程度地将HClO4，HCl，HNO3等强酸的质子全部夺取过来。选取比水的碱性弱的碱，如冰醋酸为溶剂对水中的强酸可体现出区分效应。例如上述强酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：HI＞HClO4＞HCl＞H2SO4＞HNO3

第11页：酸越强，其共轭碱越弱

酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。

第12页：5.2 水的解离平衡和溶液的pH

本节为5.2 水的解离平衡和溶液的pH，主要内容如下。

• 溶液
• 水的解离平衡

第13页：水的解离平衡

2O (l) + H2O(l)H3O+(aq) + OH－(aq)或H2O (l)H+(aq) + OH－(aq)—水的离子积常数，简称水的离子积。25℃纯水：c(H+)=c(OH－)=1.0×10-7mol·L-1100℃纯水：=1.0×10-14=5.43×10-13Tθ，θ)OH()OH(3-+=cccc{}{})(OH)O(H3=-+cc或

第14页：水的解离平衡（续）

}{)(OHlgpOH-=-令c{})O(HlgpH3-=+c 101.0)(OH)O(H143×==--+根据cc14lg)OH(lg)H(lg=-=---+即cc14ppOHpH==+

第15页：5.3 弱酸、弱碱的解离平衡

本节为5.3 弱酸、弱碱的解离平衡，主要内容如下。

• 盐溶液的酸碱平衡
• 多元弱酸的解离平衡
• 一元弱酸、弱碱的解离平衡

第16页：一元弱酸、弱碱的解离平衡

1.一元弱酸的解离平衡 )+H2O(l) H3O+(aq)+A－(aq){}{}{})HA()A()OH()HA(3ccc-+==)HA(越大，酸性越强。

第17页：一元弱酸、弱碱的解离平衡（续）

初始浓度/mol·L-10.10 0 0平衡浓度/mol·L-10.10－xxxx=1.3×10－3HAc(aq)+H2O(l) H3O+(aq)+Ac－(aq){}{}{})HAc()Ac()OH()HAc(3ccc-+=例：计算25℃时，0.10 mol·L-1HAc溶液中的H3O+, Ac－, HAc,OH－浓度及溶液的pH。解：x10.0x2-=1.8×10-5

第18页：一元弱酸、弱碱的解离平衡（续）

解离度(a)c(H3O+) =c(Ac－) = 1.3×10－3mol·L-1c(HAc)=(0.10-1.3×10－3)mol·L-1≈0.10mol·L-1c(OH－) =7.7×10－12mol·L-1={c(H3O+)}{c(OH－)}

第19页：一元弱酸、弱碱的解离平衡（续）

α与的关系：HA(aq)H+(aq) +A－(aq)平衡浓度/mol·L-1c–cαcαcα初始浓度/mol·L-1c00稀释定律：在一定温度下(为定值)，某弱电解质的解离度随着其溶液的稀释而增大。当c/ Ka≥400时，误差可达5%以下，可近似计算。

第20页：一元弱酸、弱碱的解离平衡（续）

c0/mol·L-10.200005108.1-×=327.11)109.1lg(14pOH14pH-=×--=-=2.一元弱碱的解离平衡例：已知25℃时，0.200mol·L-1氨水的解离度为0.95%，求c(OH－), pH和氨的解离常数。解：ceq0.200(1–0.95%) 0.200×0.95% 0.200×0.95%/mol·L-13109.1%95.0200.0)OH(--×=×=cmol·L-1mol·L-1θ

第21页：多元弱酸的解离平衡

5.3 弱酸、弱碱的解离平衡

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第22页：多元弱酸的解离平衡（续）

例题：计算0.010 mol·L-1H2CO3溶液中的H3O+,H2CO3,，和OH－的浓度以及溶液的pH值。x + y + z≈ x，x–y≈x

第23页：多元弱酸的解离平衡（续）

6.5×10-5

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第24页：

第25页：多元弱酸的解离平衡（续）

• 结论：
• 对于二元弱酸，若c(弱酸)一定时，c(酸根离子)与c2(H3O+)成反比。
• 多元弱酸的解离是分步进行的，一般。溶液中的H+主要来自于弱酸的第一步解离，计算c(H+)或pH时可只考虑第一步解离。
• 对于二元弱酸，当时，c(酸根离子) ≈，而与弱酸的初始浓度无关。

第26页：多元弱酸的解离平衡（续）

※

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第27页：盐溶液的酸碱平衡

1.强酸弱碱盐（离子酸）(1) + (2) = (3)则

第28页：

第29页：盐溶液的酸碱平衡（续）

ceq/mol·L-10.10-xxx解：例：计算0.10mol·L-1NH4Cl溶液的pH和的解离度。x=7.5×10-6x(H3O+)=7.5×10-6mol·L-1pH=5.12%

第30页：盐溶液的酸碱平衡（续）

2.弱酸强碱盐（离子碱）NaAc , NaCN……一元弱酸强碱盐的水溶液呈碱性，因为弱酸阴离子在水中发生水解反应。如在NaAc水溶液中：

第31页：盐溶液的酸碱平衡（续）

如Na3PO4的水解：多元弱酸强碱盐也呈碱性，它们在水中解离产生的阴离子都是多元离子碱，它们的水解都是分步进行的。

第32页：

第33页：盐溶液的酸碱平衡（续）

例题：计算0.10mol·L-1Na3PO4溶液的pH值。ceq/ (mol·L-1)0.10–xxx解：

第34页：酸式盐解离大于水解，NaH

3.酸式盐解离大于水解，NaH2PO4溶液显弱酸性；相反,Na2HPO4溶液解离小于水解,显弱碱性。思考：其相关常数等于多少？

第35页：弱酸弱碱盐

*4.弱酸弱碱盐

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第36页：影响盐类水解的因素及应用

• 5.影响盐类水解的因素及应用
• 盐的浓度：c盐↓ ,水解度增大。总之，加热和稀释都有利于盐类的水解。
• 溶液的酸碱度：加酸可以引起盐类水解平衡的移动，例如加酸能抑制下述水解产物的生成。
• 温度：水解反应为吸热反应，＞0，T↑,Kh↑，水解度增大。

第37页：5.4 缓冲溶液

本节为5.4 缓冲溶液，主要内容如下。

• 缓冲范围和缓冲能力
• 缓冲溶液
• 缓冲溶液
• 同离子效应

第38页：同离子效应

同离子效应：在弱电解质溶液中，加入与其含有相同离子的易溶强电解质而使弱电解质的解离度降低的现象。HAc(aq) + H2O (l) H3O+(aq) +Ac–(aq) )NH4Ac(aq) (aq) +平衡移动方向

第39页：同离子效应（续）

例：在0.10 mol·L-1的HAc溶液中，加入NH4Ac (s)，使NH4Ac的浓度为0.10 mol·L-1，计算该溶液的pH和HAc的解离度。x= 1.8×10-5c(H+) = 1.8×10-5mol·L-10.10±x≈ 0.100.10 mol·L-1HAc溶液：pH = 2.89，α= 1.3%解：HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac－(aq)ceq/ (mol·L-1)0.10–xx0.10 +xc0/ (mol·L-1)0.10 0 0.10pH = 4.74，α= 0.018%

第40页：同离子效应（续）

50mLHAc—NaAc[c(HAc)=c(NaAc)=0.10mol·L-1]pH = 4.74缓冲溶液：具有能保持本身pH相对稳定性能的溶液(也就是不因加入少量强酸或强碱而显著改变pH的溶液)。加入1滴(0.05ml)1mol·L-1HCl加入1滴(0.05ml)1mol·L-1NaOH实验：50ml纯水pH = 7 pH = 3pH = 11pH = 4.73 pH = 4.755.4.2缓冲溶液

第41页：缓冲作用原理加入少量强碱

缓冲作用原理加入少量强碱或加入少量强酸：

第42页：缓冲溶液

⒈弱酸—弱酸盐：•由于同离子效应的存在，通常用初始浓度c0(HA) ,c0(A－)代替c(HA) ,c(A－)。 ，H2CO3—NaHCO3

第43页：

第44页：弱碱—弱碱盐

2.弱碱—弱碱盐NH3·H2O—NH4Cl

第45页：缓冲溶液（续）

3.由多元弱酸酸式盐组成的缓冲溶液①溶液为酸性或中性例2：例1：如NaHCO3—Na2CO3, NaH2PO4—Na2HPO4

第46页：溶液为碱性应按水解平衡精确计算

②溶液为碱性应按水解平衡精确计算。例1：

第47页：缓冲溶液（续）

例2：

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第48页：弱酸—弱酸盐弱碱—弱碱盐

弱酸—弱酸盐弱碱—弱碱盐

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第49页：缓冲溶液（续）

• 结论：
• 缓冲能力与缓冲溶液中各组分的浓度有关，c(HA)，c(B)及c(A－)或c(BH+)较大时,缓冲能力强。
• 缓冲溶液的缓冲能力是有限的；决定的，
• 缓冲溶液的pH主要是由或

第50页：缓冲溶液（续）

例题：求300mL 0.50mol·L-1H3PO4和500mL 0. 50mol·L-1NaOH的混合溶液的pH。反应继续反应—解：先反应再计算

第51页：

第52页：缓冲溶液（续）

例题：若在50.00mL 0.150mol·L-1NH3(aq)和0.200 mol·L-1NH4Cl组成的缓冲溶液中，加入0.100ml 1.00 mol·L-1的HCl，求加入HCl前后溶液的pH各为多少？解：加入HCl前：4.缓冲溶液的缓冲性能的计算

第53页：缓冲溶液（续）

加入HCl后：加HCl前浓度/(mol·L-1)0.150-0.0020-x0.200+0.0020+xx0.150 0.200加HCl后初始浓度/(mol·L-1)0.150-0.0020 0.200+0.0020平衡浓度/(mol·L-1)NH3(aq) + H2O (l) NH4(aq) +OH－(aq)+

第54页：缓冲范围和缓冲能力

* ，除了参与和H+或OH–有关的反应以外，不能与反应系统中的其它物质发生副反应；缓冲溶液的选择和配制原则：②或尽可能接近所需溶液的pH值；

第55页：欲配制的缓冲溶液

欲配制的缓冲溶液的pH值应选择的缓冲组分③若或与所需pH不相等，依所需pH调整

第56页：缓冲范围和缓冲能力（续）

例题：今有2.0L0.10mol·L-1的Na3PO4溶液和2.0L 0.10mol·L-1的NaH2PO4溶液，仅用这两种溶液（不可再加水）来配制pH=12.50的缓冲溶液，能配制多少升这种缓冲溶液？解：缓冲组分应为Na2HPO4—Na3PO4反应前n/mol2×0.10 0.10x0,小于所需pH值，说明应过量，则2.0L Na3PO4应全部用上，设需0.10mol·L-1NaH2PO4xL。反应后n/mol0.20–0.10x00.20x

第57页：缓冲范围和缓冲能力（续）

平衡浓度/(mol·L-1)初始浓度/(mol·L-1)解得x= 0.12能配制2.12L缓冲溶液

第58页：缓冲范围和缓冲能力（续）

解得x= 0.12能配制2.12L缓冲溶液(2L Na3PO4+ 0.12L NaH2PO4)。

第59页：5.5 酸碱指示剂

本节为5.5 酸碱指示剂，本页为小节起始页，要点内容见本页图示与后续各页。

第60页：5.6 酸碱电子理论

本节为5.6 酸碱电子理论，本页为小节起始页，要点内容见本页图示与后续各页。

第61页：缓冲范围和缓冲能力（续）

••••BF3+F－••Cu2++ 4 NH3

第62页：5.7 配位化合物

本节为5.7 配位化合物，主要内容如下。

• 配合物的组成
• 配合物的化学式和命名
• 配合物的分类

第63页：配合物的组成形成体与一定数目的配位体

1.配合物的组成配合物是Lewis酸碱的加合物，例如，[Ag(NH3)2]+是Lewis酸Ag+和NH3的加合物。 一定的空间构型结合形成的离子或分子叫做配合物。Lewis酸称为形成体(中心离子)；Lewis碱称为配位体。

第64页：配合物的组成形成体与一定数目的配（续）

形成体通常是金属离子和原子，也有少数是非金属元素，例如：Cu2+，Ag+，Fe3+，Fe，Ni，BⅢ，PⅤ……配位体通常是非金属的阴离子或分子，例如：F－，Cl－，Br－，I－，OH－，CN－，H2O，NH3，CO……配位原子：与形成体成键的原子。单基配位体：配位体中只有一个配位原子。多基配位体：具有两个或多个配位原子的配位体。例如：乙二胺（en）

第65页：乙二胺四乙酸根

乙二胺四乙酸根EDTA（Y4－）乙二酸根（草酸根）O OC CO O2–• •• •4–• •• •• •• •• •• •

第66页：配位数

配位数：配位原子数单基配体：形成体的配位数等于配位体的数目；多基配体：形成体的配位数等于配位体的数目与基数的乘积。Cu2+的配位数等于4。例如：2+

第67页：配合物的组成形成体与一定数目的配（续）

[Ca(EDTA)]2－或CaY2－Ca2+的配位数为6，配位原子分别是4个O，2个N。

第68页：溶液中析出配合物时，配离子

从溶液中析出配合物时，配离子常与带有相反电荷的其他离子结合成盐，这类盐称为配盐。配盐的组成可以划分为内层和外层。配离子属于内层，配离子以外的其他离子属于外层。外层离子所带电荷总数等于配离子的电荷数。形成体配位原子配体配位数K3[ Fe ( C N )6]外层内层

第69页：配合物的化学式和命名

配酸：×××酸配碱：氢氧化×××配盐：先阴离子后阳离子，简单酸根加“化”字，复杂酸根加“酸”字。

第70页：配合物的命名原则

配合物的命名原则：配体数配体名称合形成体名称（氧化态值）以二、三、四表示不同配体“•”分开以罗马数字Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示

第71页：配体次序

• 配体次序：先离子后分子，例如：K[PtCl3NH3]：三氯
• 氨合铂(Ⅱ)酸钾；同是离子或同是分子，按配位原子元素符号的英文字母顺序排列，例如：[Co(NH3)5H2O]Cl3：氯化五氨
• 水合钴(Ⅲ)；配位原子相同，少原子在先；配位原子相同，且配体中含原子数目又相同，按非配位原子的元素符号英文字母顺序排列，例如：[PtNH2NO2(NH3)2]：氨基
• 硝基
• 二氨合铂(Ⅱ)；先无机后有机，例如：K[PtCl3(C2H4)]：三氯
• 乙烯合铂(Ⅱ)酸钾。

第72页：配合物的化学式和命名（续）

• 硫酸四氨合铜(Ⅱ)乙二胺四乙酸根合钙(Ⅱ)离子三硝基
• 三氨合钴(Ⅲ)五羰(基)合铁(三)氯化五氨
• 水合钴(Ⅲ)硝酸羟基
• 三水合锌(Ⅱ)五氯
• 氨合铂(Ⅳ)酸钾氢氧化四氨合铜(Ⅱ)六氯合铂(Ⅳ)酸六异硫氰根合铁(Ⅲ)酸钾

第73页：配合物的分类

简单配合物：一个中心离子，每个配体均为单基配体。如螯合物：一个中心离子与多基配体成键形成环状结构的配合物。如[Cu(en)2]2+，CaY2－。多核配合物：含两个或两个以上的中心离子。如[(H2O)4Fe(OH)2Fe(H2O)4]4+。羰合物：CO为配体。如Fe(CO)5，Ni(CO)4。烯烃配合物：配体是不饱和烃。如：[PdCl3(C2H4)]－。多酸型配合物：配体是多酸根。如：(NH4)3[P(Mo3O10)]6H2O。

第74页：5.8 配位反应与配位平衡

本节为5.8 配位反应与配位平衡，主要内容如下。

• 配合物的解离常数和稳定常数
• 配合物稳定性
• 配体取代反应和电子转移反应

第75页：配合物的解离常数和稳定常数

配合物的解离反应是分步进行的，每步均有其解离常数。例如：总解离常数(不稳定常数)：总解离反应： )NH(aq))][Ag(NH(aq)])[Ag(NHd13323+++K(aq)NH(aq)Ag(aq))][Ag(NHd233+++K(aq)NH2(aq)Ag(aq)])[Ag(NHd323+++K)})Ag(NH({)}(NH)}{(Ag{2323d2d1d++==cccKKK

第76页：配合物的生成反应

配合物的生成反应是配合物解离反应的逆反应。总生成常数(稳定常数或累积稳定常数)：总生成反应：(aq))][Ag(NH(aq)NH(aq)Ag33+++(aq)])[Ag(NH(aq)NH(aq))][Ag(NH2333+++(aq)])[Ag(NH(aq)NH2(aq)Ag233+++f1Kf2KfK)}(NH)}{(Ag{)})Ag(NH({2323f2f1fcccKKK==++1dfKK=f越大，配合物越稳定。K1d2f1KK=1d1f2KK=

第77页：配合物的解离常数和稳定常数（续）

例题：室温下，0.010mol的AgNO3(s)溶于1.0L0.030mol·L-1的NH3·H2O中(设体积不变)，计算该溶液中游离的Ag+、NH3和的浓度。0.01020.010)L/(mol1xxx-+-·平衡浓度-2)L/(mol1xxx-·变化浓度0.010020.00.0300)L/(mol1--·开始浓度解：很大，且c(NH3)大，预计生成的反应完全，生成了0.010mol·L－1。很小，可略而不计。723f101.67))(Ag(NH×=+K(aq))Ag(NH(aq)2NH(aq)Ag233+++

第78页：配合物的解离常数和稳定常数（续）

1233Lmol010.0))(Ag(NH)NH(-+·==cc16Lmol100.6)Ag(--+·×=c672100.6101.6701000100-×=×=x.x.010.02010.0010.00.010≈+≈-xx7f2101.67)2010.0(0.010×==+-Kxxx

第79页：配体取代反应和电子转移反应

1.配体取代反应一种配体取代了配离子内层的另一种配体，生成新的配合物的反应称为配体取代反应。例：血红色的[Fe(NCS)]2+中加入NaF反应如下：* 22(aq)NCS(aq)[FeF](aq)F(aq)[Fe(NCS)]++-+-+3262f2f108.7101.9101.7)(Fe(NCS))(FeFKKK×=××==++越完全。的浓度越大，取代反应越大，取代所用的配合剂生成的配合物的fK

第80页：配体取代反应和电子转移反应（续）

例：将0.020mol·L-1ScCl3溶液与等体积的0.020mol·L-1的EDTA(Na2H2Y)混合,反应生成ScY－。计算溶液的pH值。解：查附表三、四，配体取代的发生伴随着溶液pH值的改变：x)2(0.010x0.010xxeq--c 4－)c(HY3－)c(Y4－)c(HY3－){c(ScY－)}{c(H3O+)} {c(H3O+)}{c(H2Y2－)}·K=16.622a4a310)YH()YH(==--KK10.23f23.103a4a410)ScY(10)HY()YH(===---；KKKO4H)aq(O2H)aq([ScY])aq(YH)aq(]O)Sc(H[2322362++++--+

第81页：配体取代反应和电子转移反应（续）

6101.5×=23.1016.610.23101010××=--0.010x010.0≈-101.5x)x010.0(4623×=-108.9x7×=-1.70pHLmol020.0)OH(13=·=-+c3a22af)(HY)Y(H)(ScY=---KKKK

第82页：配合物的电子转移反应

2.配合物的电子转移反应有些配合物的生成反应伴随着电子的转移，)aq(][Fe(CN))aq(][IrCl3636--+这是氧化还原反应，详见第七章。例如：)aq(][Fe(CN))aq(]IrCl[4626--+

第83页：配合物稳定性

螯合物的稳定性螯合效应：螯合物比具有相同配位原子的简单配合物稳定。* 8.74)Ni(NH18.83Ni(en)7.12)CHCd(NH10.09Cd(en)9.46)Zn(NH10.83Zn(en)13.32)Cu(NH20.00Cu(en)lglg263232432222432224322ff++++++++KK简单配合物螯合物