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08 post+8+Solution+Chemistry.pptx

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本课件对应化学原理第15、16章，先区分溶液、胶体与悬浊液分散系，介绍阿伦尼乌斯、布朗斯特与路易斯三种酸碱理论，讲解pH与水的离子积、弱酸弱碱电离常数与多元酸分步电离，并训练缓冲溶液pH计算、酸碱滴定、盐类水解与溶度积。

水溶液化学章节封面，标示第15章与第16章涵盖分散系类型、酸碱盐与沉淀溶解等内容

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第1页：水溶液中的化学封面

Chemistry in Aqueous Solution（水溶液中的化学），Chapters 15 & 16。

溶液的类型（12.1）
酸、碱与盐（15 & 16）
沉淀与溶解度（16）

第2页：溶液胶体与悬浊液

溶液 Solution: 溶质（少量）与溶剂（大量）形成的均相混合物。
悬浊液 Suspension: 溶质与溶剂形成的非均相混合物。
胶体 Colloid: 介于溶液与悬浊液之间的状态，非均相但动力学稳定。

三类分散系的比较
分散系	粒子直径	外观
溶液	< 1 nm	透明
胶体	1～1000 nm	透明或浑浊
悬浊液	> 1000 nm	会沉降

第3页：阿伦尼乌斯与布朗斯特理论

2. 酸、碱与盐的定义

阿伦尼乌斯电离理论（1884，瑞典）: H⁺ + OH⁻ → H₂O；酸 + 碱 = 盐 + 水。
布朗斯特质子理论（1932，丹麦）: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻；酸碱反应是两对共轭酸碱之间的质子转移过程，不涉及盐的概念。

其中 acid₁/base₁ 与 base₂/acid₂ 分别构成共轭酸碱对。

第4页：路易斯电子对理论

(3) 路易斯电子对理论（1932，美国）

路易斯酸 Lewis acid: 能接受一对电子，如 H⁺、BF₃。
路易斯碱 Lewis base: 能给出一对电子，如 OH⁻、NH₃。

第5页：pH与水的离子积

3. pH：酸度的量度，pH = −log[H⁺]

H₂O(l) ⇌ H⁺(aq) + OH⁻(aq)，K_c[H₂O] = K_w = [H⁺][OH⁻]，25 ℃ 时 K_w = 1.0 × 10⁻¹⁴

酸碱性的判据（25 ℃）
溶液性质	离子浓度关系	pH
中性	[H⁺] = [OH⁻]	pH = 7
酸性	[H⁺] > [OH⁻]	pH < 7
碱性	[H⁺] < [OH⁻]	pH > 7

25 ℃ 时 pH + pOH = pK_w

第6页：氢氧根离子浓度计算

1.3 M HCl 溶液中 OH⁻ 的浓度是多少？

K_w = [H⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴，[H⁺] = 1.3 M

[OH⁻] = K_w/[H⁺] = 1.0 × 10⁻¹⁴ / 1.3 = 7.7 × 10⁻¹⁵ M

第7页：酸碱指示剂

pH 指示剂：一种具有不同颜色的弱酸或弱碱。

HIn(aq) ⇌ H⁺(aq) + In⁻(aq)

[HIn]/[In⁻] ≥ 10：显 HIn 的颜色
[HIn]/[In⁻] ≤ 1/10：显 In⁻ 的颜色

第8页：pH计

pH 计：一种可直接测量溶液 pH 值的电化学装置。

第9页：强酸强碱滴定曲线

强酸用强碱滴定的滴定曲线：曲线在等当点附近出现 pH 突跃，据此选择指示剂。

第10页：弱酸弱碱的电离常数

4. 弱酸或弱碱的电离常数

HA(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + A⁻(aq)，K_a = [H₃O⁺][A⁻]/[HA]（酸电离常数，衡量酸强度）

A⁻(aq) + H₂O(l) ⇌ HA(aq) + OH⁻(aq)，K_b = [HA][OH⁻]/[A⁻]（碱电离常数，衡量碱强度）

共轭酸碱对：pK_a + pK_b = pK_w

第11页：

第12页：

第13页：甲酸溶液pH计算

25 ℃ 下 0.30 M HCOOH 溶液的 pH 是多少？K_a = 1.7 × 10⁻⁴

HCOOH(aq) ⇌ H⁺(aq) + HCOO⁻(aq)

K_a = x²/(0.30 − x) = 1.7 × 10⁻⁴；因 K_a ≪ 1，取 0.30 − x ≈ 0.30

x = [H⁺] = 0.0071 M，pH = −log[H⁺] = 2.15

近似处理须谨慎：精确解为 x² + 1.7 × 10⁻⁴x − 5.1 × 10⁻⁵ = 0。

第14页：多元酸的分步电离

多元酸：H₂S ⇌ H⁺ + HS⁻（K_a1）；HS⁻ ⇌ H⁺ + S²⁻（K_a2）

常见多元酸的电离常数
酸	K_a1	K_a2	K_a3
H₂S	9.1 × 10⁻⁸	1.1 × 10⁻¹²	—
H₂CO₃	4.2 × 10⁻⁷	4.8 × 10⁻¹¹	—
H₃PO₄	7.3 × 10⁻³	6.2 × 10⁻⁸	4.8 × 10⁻¹³

规律：K_a1 ≫ K_a2 ≫ K_a3

第15页：多元酸的近似处理

多元酸的一级近似

[H⁺] ≈ [HS⁻]（主要由第一步电离决定）
[S²⁻] ≈ K_a2

需要更准确结果时再按精确解求解 H₂S 的两步电离。

第16页：

第17页：酸强度与分子结构

5. 酸强度与分子结构：HX → H⁺ + X⁻，H—X 键越强，酸性越弱。

分析酸性时还需考虑分子间作用力与氢键等因素。

第18页：含氧酸的酸性强弱

含氧酸：Z—O—H ⇌ ZO⁻ + H⁺，中心原子 Z 的电负性越大、非羟基氧数目越多，酸性越强。

酸性顺序：HClO₄ > HClO₃ > HClO₂ > HClO；且 HClO₃ > HBrO₃。

第19页：缓冲溶液的pH计算

含 0.30 M HCOOH 与 0.52 M HCOOK 的溶液 pH 是多少？（同离子效应）

HCOOH(aq) ⇌ H⁺(aq) + HCOO⁻(aq)；平衡时 [HCOOH] ≈ 0.30，[HCOO⁻] ≈ 0.52

pH = pK_a + log([A⁻]/[HA])

pH = 3.77 + log(0.52/0.30) = 4.01

第20页：氨缓冲溶液的计算

缓冲溶液计算：NH₄⁺(aq) ⇌ H⁺(aq) + NH₃(aq)

(1) 0.30 M NH₃ / 0.36 M NH₄Cl（80 mL）：pH = 9.25 + log(0.30/0.36) = 9.17

(2) 上述溶液与 20.0 mL 0.050 M NaOH 混合：NH₄⁺ + OH⁻ → H₂O + NH₃

反应后 [NH₃] = 0.25、[NH₄⁺] = 0.28，pH = 9.25 + log(0.25/0.28) = 9.20

第21页：缓冲体系判断

缓冲溶液：含有弱酸（或弱碱）及其对应盐的溶液，能抵抗少量酸或碱引起的 pH 变化。

pH = pK_a + log([共轭碱]/[酸])

缓冲体系判断
组合	判断
KF / HF	是缓冲溶液（pK_a = 3.15）
KBr / HBr	不是缓冲溶液（HBr 为强酸）
Na₂CO₃ / NaHCO₃	是缓冲溶液（pK_a2 = 10.32）

第22页：

第23页：强酸的滴定

7. 酸碱滴定：强酸用强碱滴定，曲线在等当点处出现 pH 突跃。

第24页：弱酸用强碱滴定

弱酸用强碱滴定：CH₃COOH（25.00 mL，0.10 M）用 0.10 M NaOH 滴定，pK_a = 4.75

pH = pK_a + log([CH₃COO⁻]/[CH₃COOH])

第25页：弱碱用强酸滴定

弱碱用强酸滴定：NH₃·H₂O（0.10 M，25.00 mL）用 0.10 M HCl 滴定，pK_b = 4.75

pOH = pK_b + log([NH₄⁺]/[NH₃])

第26页：盐的酸碱性

8. 盐的酸碱性质

盐的类型与溶液酸碱性
溶液性质	盐的来源	实例与水解
中性	强酸 + 强碱	NaCl：Na⁺ + Cl⁻，不水解
碱性	强碱 + 弱酸	CH₃COONa：CH₃COO⁻ + H₂O ⇌ CH₃COOH + OH⁻
酸性	强酸 + 弱碱	NH₄Cl：NH₄⁺ ⇌ NH₃ + H⁺

第27页：铝离子的水解

Al(H₂O)₆³⁺ ⇌ Al(OH)(H₂O)₅²⁺ + H⁺

水解产物很复杂，取决于 OH/Al 比、pH 与温度等条件，可生成 Al₂(OH)₂(H₂O)₄⁴⁺、Al₁₂(OH)₂₄(H₂O)₁₂⁷⁺ 等寡聚物与多核配阳离子，在强碱性条件下生成 Al(OH)₄⁻。

第28页：沉淀反应与溶度积

9. 沉淀与溶解度：Pb²⁺(aq) + 2I⁻(aq) → PbI₂(s)

第29页：溶度积常数

溶度积常数 K_sp（25 ℃）

难溶电解质的溶度积表达式
沉淀	溶解平衡	K_sp 表达式
PbI₂	PbI₂(s) ⇌ Pb²⁺ + 2I⁻	K_sp = [Pb²⁺][I⁻]²
MgF₂	MgF₂(s) ⇌ Mg²⁺ + 2F⁻	K_sp = [Mg²⁺][F⁻]²
Ag₂CO₃	Ag₂CO₃(s) ⇌ 2Ag⁺ + CO₃²⁻	K_sp = [Ag⁺]²[CO₃²⁻]
Ca₃(PO₄)₂	Ca₃(PO₄)₂(s) ⇌ 3Ca²⁺ + 2PO₄³⁻	K_sp = [Ca²⁺]³[PO₄³⁻]²，25 ℃ 时 1.4 × 10⁻⁸

第30页：

第31页：氯化银溶解度计算

25 ℃ 下 AgCl 的溶解度（g/L）是多少？K_sp = 1.6 × 10⁻¹⁰

AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq)，K_sp = s²，s = √K_sp = 1.3 × 10⁻⁵

[Ag⁺] = [Cl⁻] = 1.3 × 10⁻⁵ M

1.3 × 10⁻⁵ mol/L × 143.35 g/mol = 1.9 × 10⁻³ g/L

第32页：同型与异型沉淀的比较

银盐沉淀的溶度积与溶解度
沉淀	颜色	K_sp	溶解度 s（M）
AgCl	白色	1.6 × 10⁻¹⁰	1.3 × 10⁻⁵
AgBr	浅黄色	7.7 × 10⁻¹³	8.8 × 10⁻⁶
AgI	黄色	8.3 × 10⁻¹⁷	9.3 × 10⁻⁸

同型沉淀：K_sp 越大溶解度越大。异型沉淀必须逐项计算：

Ag₂CrO₄ ⇌ 2Ag⁺ + CrO₄²⁻，K_sp = (2s)²·s = 1.1 × 10⁻¹²，s = 6.5 × 10⁻⁵ M

第33页：

第34页：沉淀生成的判据

AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq)，25 ℃ 时 K_sp = 1.6 × 10⁻¹⁰

离子积 Q 与 K_sp 的比较
条件	溶液状态	现象
Q = K_sp	饱和溶液	沉淀与离子共存
Q < K_sp	不饱和溶液	无沉淀，只有离子
Q > K_sp	过饱和溶液	将有沉淀生成

第35页：沉淀生成判断练习

将 2.00 mL 0.200 M NaOH 加入 1.00 L 0.100 M CaCl₂ 中，是否有沉淀生成？

可能生成的沉淀只有 Ca(OH)₂：[Ca²⁺]₀ = 0.100 M，[OH⁻]₀ = 4.0 × 10⁻⁴ M

Q = [Ca²⁺]₀[OH⁻]₀² = 0.10 × (4.0 × 10⁻⁴)² = 1.6 × 10⁻⁸

K_sp[Ca(OH)₂] = [Ca²⁺][OH⁻]² = 8.0 × 10⁻⁶

因 Q < K_sp，故不会生成沉淀。

第36页：沉淀的溶解方法

沉淀的溶解与转化

1. 加入酸或碱

Al³⁺ + OH⁻ → Al(OH)₃(s) + OH⁻ → Al(OH)₄⁻(aq)（两性氢氧化物）
ZnS(s) + H⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + H₂S(aq)

2. 加入配位剂

Cu²⁺ + NH₃ → Cu(OH)₂(s) + NH₃ → Cu(NH₃)₄²⁺(aq)

第37页：沉淀的转化与氧化还原溶解

3. 转化为更难溶的沉淀：AgCl → AgBr → AgI；CaSO₄(s) + CO₃²⁻ → CaCO₃(s) + SO₄²⁻（K_sp 由 7.1 × 10⁻⁵ 变为 8.7 × 10⁻⁹）；AgI 可被 S₂O₃²⁻ 配位溶解为 Ag(S₂O₃)₂³⁻。

4. 加入氧化剂（或还原剂）：3CuS + 8H⁺ + 2NO₃⁻ → 3Cu²⁺ + 3S + 2NO + 4H₂O

5. 分解为其他物种：CuS(s) + O₂(g) → CuO(s) + SO₂(g)

第38页：第15章与第16章习题

习题：15.68、15.91、16.97、16.101、16.110、16.115