04 第三章 酸碱平衡及酸碱(3-4)节.ppt

第1页：酸碱溶液H+浓度计算的思路

3.3 酸碱溶液[H+]的计算全面考虑、分清主次、合理取舍、近似计算物料平衡电荷平衡*质子条件化学平衡关系[H+]的精确表达式近似处理近似式进一步近似处理最简式

第2页：物料平衡与电荷平衡

数量关系(p71 –73)物料平衡(MaterialBalance):各物种的平衡浓度之和等于其分析浓度.电荷平衡(Charge Balance):溶液中正离子所带正电荷的总数等于负离子所带负电荷的总数.(电中性原则)*质子条件(Proton Condition):溶液中酸失去质子的数目等于碱得到质子的数目.

第3页：质子条件式的写法

质子条件式的写法(p72 –73)

• (1) 先选零水准(大量存在,参与质子转移的物质).
• (2) 将零水准得质子后的形式写在等式的左边,失质子后的形式写在等式的右边.
• (3) 有关浓度项前乘上得失质子数.

第4页：一元弱酸的质子条件式

例:一元弱酸(HA)的质子条件式：零水准(Zero Level): H2O, HAHA与H2O间质子转移: HA+H2O H3O++ A-H2O与H2O间质子转移:H2O+H2O H3O++ OH-零水准酸型碱型得失质子数相等: [H3O+]= [A-]+ [OH-]酸型零水准得质子产物碱型零水准失质子产物质子条件式: [H+] = [A-] + [OH-]

第5页：磷酸铵钠的质子条件式

例：Na2NH4PO4水溶液[H+] + [HPO42-] + 2[H2PO4-]+3[H3PO4]= [OH-] +[NH3]零水准：H2O、NH4+、PO43-

第6页：酸碱溶液的几种类型

酸碱溶液的几种类型

• 一.一元弱酸碱HA多元弱酸碱H2A, H3A二.两性物质HA-类两性物质A-+HB三.混合酸碱:强+弱. 弱+弱
• 四.共轭酸碱:HA+A-判断条件, 确定用近似式或最简式先用最简式计算,再看是否合理

第7页：一元弱酸H+浓度计算

3.3.1 弱酸(碱)溶液1.一元弱酸(HA)的[H+]的计算(p73 –74)展开则得一元三次方程, 难解!质子条件式: [H+]=[A-]+[OH-]代入平衡关系式精确表达式: [H+]=若将代入

第8页：近似式与最简式的条件

若: Kac>20Kw(10-12.7), 忽略Kw(即忽略水的酸性)[HA]=ca-[A-]=ca-([H+]-[OH-])≈ ca-[H+]得近似式:若:<0.05,即, 则ca-[H+]≈ca展开: [H+]2+Ka[H+]-caKa=0, 解一元二次方程即可。得最简式:

第9页：例3.8 计算二氯乙酸的pH

例3.8计算0.20mol·L-1Cl2CHCOOH 的pH.（pKa=1.26）(p74)如不考虑酸的离解(用最简式:pH=0.98), 则Er=29% （如何算？）故应用近似式: [H+]=解一元二次方程: [H+]=10-1.09 则pH=1.09解: Kac=10-1.26×0.20=10-1.96>>20KwKa/c=10-1.26/0.20=10-0.56>2.5×10-3

第10页：计算HCN溶液的pH

例题计算1.0×10-4mol·L-1HCN 的pH(pKa=9.31)解:Kac=10-9.31×1.0×10-4=10-13.31<20KwKa/c= 10-9.31/1.0×10-4=10-5.31<2.5×10-3故应用: [H+]= =10-6.61如不考虑水的离解, [H+]= =10-6.66Er=－11%

第11页：一元弱碱的H+浓度计算

2.一元弱碱(A)的[H+]的计算(p75)质子条件: [H+] + [HA] = [OH-]引入平衡关系: 得精确表达式:

第12页：一元弱碱的近似与最简式

若: c/ Ka> 20, “1”可以忽略(水的碱性)又: [A] = cb -[HA] =cb –([OH-] -[H+]) ≈ cb –[OH-]近似式:最简式: [H+] =若< 0.05,即Kb / cb < 2.5×10-3则即[A]≈cbor[OH-]=

第13页：多元酸溶液的pH计算

3. 多元酸溶液的pH计算以二元酸(H2A)为例.质子条件: [H+] = [HA-] + 2[A2-] + [OH-]精确式若≤0.05, 可略.近似式以下与一元酸的计算方法相同.大部分多元酸均可按一元酸处理,忽略第二步及以后各步的离解.

第14页：两性物溶液的H+浓度计算

3.3.2 两性物(HA-)溶液[H+]的计算(p76 –77)质子条件: [H2A]+[H+]=[A2-]+[OH-]精确表达式:带入平衡关系式:

第15页：两性物的近似与最简式

若: Ka1>>Ka2, [HA-]≈c(HA) (≤5%, △pKa≥3.2)又Ka2c(HA-)>20Kw, 则得近似式:如果c(HA-)/Ka1>20, 则“1”可略,得最简式:(若c/Ka1>20,Ka2c>20Kw,即使Ka1,Ka2相近,也可使用最简式计算)

第16页：例10 计算磷酸氢二钠的pH

例10 计算0.033mol·L-1Na2HPO4的pH.pKa1~ pKa3: 2.16, 7.21, 12.32解: Ka3c= 10-12.32×0.033 = 10-13.80≈ Kwc/Ka2= 0.033/10-7.21= 105.73>> 20故:(如用最简式, pH = 9.77, Er= 22%)pH = 9.66

第17页：氨基乙酸的等电点

氨基乙酸(甘氨酸)NH2CH2COOHNH3+CH2COOH NH3+CH2COO-NH2CH2COO-pKa1=2.35 pKa2=9.78H2A+H+A-A-氨基乙酸氨基乙酸氨基乙酸阳离子双极离子阴离子等电点时: [H2A+]= [A-]-H+-H++H++H+氨基乙酸溶液的pH与其等电点的pH是否相等?

第18页：弱碱与弱酸混合溶液

弱碱(A)+弱酸(HB)[Ka(HA)>Ka(HB)]质子条件: [H+] + [HA] = [B-] + [OH-]引入平衡关系得精确表达式:若c(HB)=c(A), (与两性物相同)最简式:

第19页：强酸与强碱溶液

3.3.3 （强+弱）溶液pH计算

• 1. 强酸(HCl):
• 2. 强碱(NaOH):c(HCl)=10-7.0or10-9.0mol·L-1, pH=?质子条件: [H+] = c(HCl) + [OH-]一般情况: [H+] = c(HCl)质子条件: [H+] + c(NaOH) = [OH-]一般情况: [OH-] = c(NaOH)

第20页：强碱弱碱与强酸弱酸混合

• 3. 强碱(NaOH) +弱碱(A-)(p82)
• 4. 强酸(HCl) +弱酸(HA)质子条件: [H+] + [HA] + c(NaOH) = [OH-]近似式: [OH-] =忽略弱碱的离解: [OH-] ≈ c(NaOH)(最简式)质子条件: [H+] = c(HCl) + [A-] + [OH-]近似式: [H+] =忽略弱酸的离解: [H+] ≈ c(HCl)(最简式)

第21页：混合酸碱的计算方法

计算方法：

• (1) 先按最简式计算[OH-]或[H+].
• (2) 再计算[HA]或[A-],看其是否可以忽略.如果不能忽略,再按近似式计算.

第22页：两弱酸混合溶液

4.两弱酸(HA+HB)溶液[H+]=

第23页：共轭酸碱体系

3.3.4 共轭酸碱体系(HA+A-)(p80)物料平衡: [HA] + [A-] = ca+ cb电荷平衡: [H+] + [Na+] = [OH-] + [A-] [HA] = ca-[H+] + [OH-][A-] = ca+ cb-[HA]= cb+ [H +] -[OH-]代入平衡关系,得精确式+)

第24页：共轭体系的近似与最简式

酸性,略去[OH-]:碱性,略去[H+]:若Ca>> [OH-] -[H +] 或Cb >> [H +] -[OH-]则最简式计算方法:

• (1) 先按最简式计算[H+].
• (2) 再将[OH-]或[H+]与ca,cb比较, 看忽略是否合理.

第25页：例13 缓冲溶液pH计算

例13 (p81)(a) 0.040mol·L-1HAc –0.06mol·L-1NaAc先按最简式:(b) 0.080mol·L-1二氯乙酸–0.12mol·L-1二氯乙酸钠先用最简式: mol·L-1∵ca>>[H+], cb>>[H+] ∴结果合理pH=4.94应用近似式:解一元二次方程，[H+]=10-1.65mol·L-1 , pH=1.65

第26页：例14 接近化学计量点的pH

例14 (p81 –82)在20.00mL 0.1000mol·L-1HA(Ka=10-7.00)溶液中, 加入0.1000mol·L-1NaOH溶液19.96mL, 计算pH.解: ca= 10-4.00cb = 10-1.30先按最简式, [H+] = mol·L-1解一元二次方程:[OH-] = 10-4.44mol·L-1pH = 9.56应用近似式: [OH-] =[OH-] = 10-4.30 mol·L-1

第27页：H+计算式列表（一）

溶液中[H+]计算式列表HAA-HA-A-+HB

第28页：H+计算式列表（二）

H2OH2AHClNaOH

第29页：H+计算式列表（三）

NaOH+A-HCl+HAHA+HBHA+A-

第30页：例3.16 混合溶液计算

例3.16 (p85)10mL 0.20mol·L-1HCl 溶液,与10mL 0.50mol·L-1HCOONa 和2.0×10-4mol·L-1Na2C2O4溶液混和,计算溶液中的[C2O42-].[pKa(HCOOH)=3.77]

第31页：例3.16 解答

混和后发生了酸碱中和反应c(HCOOH) = 0.10 mol·L-1, c(HCOO-) = 0.15 mol·L-1[H+]= =10-3.95mol·L-1(近似合理)[C2O42-] == 3.2×10-5mol·L-1c(C2O42-) • x(C2O42-)

第32页：复杂体系思考题

思考题:下列复杂体系[H+]的计算式1.HCl+NaAc2.NH4+-NH3+HAc-Ac-3.NH4H2PO4-HCl+HAcHAcHAc+Ac-NH3+NH4++Ac-NH4++Ac-NH4++HAc+Ac-[H+]+[H3PO4-]=[NH3]+[HPO42-]+2[PO4-]+[OH-]