3 电解质溶液和离子平衡a

第三章电解质溶液和离子平衡本章学习要求1.掌握强电解质溶液的离解，水的离解、溶液的酸碱性和pH；2.掌握一元弱酸、弱碱的离解平衡、离解度及其c(H+)、c(OH-)的计算，了解多元弱酸（碱）的分步离解；3.理解同离子效应产生的原理，缓冲溶液的组成及缓冲作用原理，掌握一元弱酸（碱）及其盐组成的缓冲溶液的pH计算；4．熟悉不同类型盐溶液的水解原理及其溶液的酸碱性，掌握弱酸强碱盐、强酸弱碱盐和弱酸弱碱盐溶液pH的计算；5.掌握质子酸、质子碱的概念及酸碱共轭关系；6.掌握溶度积的表达式、含义及与溶解度的相互换算；7.掌握溶度积规则的内容及应用重点与难点1．水的离解、溶液的酸碱性和pH计算2．一元弱酸、弱碱的离解平衡及其c(H+)、c(OH-)的计算3．同离子效应产生的原理与缓冲溶液的组成及缓冲作用原理，一元弱酸（碱）及其盐组成的缓冲溶液的pH计算4．一元弱酸强碱盐和一元强酸弱碱盐溶液的水解与pH的计算5．溶度积的表达式、含义及与溶解度的相互换算，溶度积规则的内容及应用电解质是指在水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物。电解质溶解于溶剂中形成的溶液称为电解质溶液。强电解质在溶液中完全解离；弱电解质在水溶液中只能部分离解成离子。一强电解质溶液1．强电解质溶液的表观离解度强电解质为离子型化合物或强极性共价化合物，在水溶液中应该100%离解成离子。但对其溶液导电性测定结果表明，它们的离解度都小于100%。这种由实验测得的离解度称为表观离解度。2．强电解质溶液离子互吸理论该理论认为强电解质在水中是完全离解的，但由于溶液中离子的浓度较大，阴、阳离子间的静电作用比较显著，离子的运动受到周围离子氛的牵制，运动速度变慢，好似电解质没有完全离解。离子的有效浓度（活度）：a=fc溶液中离子浓度越大，f越小离子所带电荷数越大，f越小弱电解质中f→1，近似计算时用c代替a活度活度系数浓度二水的离解和溶液的pHH2O⇌H++OH-Kө=c(H+)/cө·c(OH-)/cө=c’(H+)·c’(OH-)=KWө22℃时，Kө=KWө=10-14(1)KWө与浓度无关,随温度的升高而增大，但常温下忽略温度的影响，即KWө=10-14(2)KWө适用于纯水和电解质的稀溶液1．溶液的酸碱性和pHc(H+)10-7pH7酸性溶液c(H+)=10-7pH=7中性溶液c(H+)10-7pH7碱性溶液pH值表示酸碱性：pH=-lgc(H+)c(H+)c(OH-)=KWө=10-14pH+pOH=pKWө=14例：计算0.05mol•L-1盐酸溶液的pH和pOH值。盐酸为强酸，在溶液中全部离解：HCl→H++Cl—可得:c(H+)=0.05mol•L-1pH=-lgc(H+)=-lg0.05=1.3pH+pOH=pKwӨ=14根据:pOH=14–pH=14-1.3=12.72．酸碱指示剂一些有机染料，随着溶液pH的改变，本身的结构发生变化而引起颜色改变。甲基橙0红3.1橙4.4黄14甲基红0红4.4橙6.2黄14石蕊0红5.0紫8.0蓝14酚酞0无色8.2粉红10红14常见酸碱指示剂的变色范围：pH测定方法有：酸碱指示剂、pH试纸及pH计pH试纸：利用复合指示剂职称，对不同的pH溶液能显示不同的颜色（色阶）。1一元弱酸、弱碱的离解平衡1.1离解常数水溶液中，酸碱的离解程度用离解常数Kaθ或Kbθ表示θθθaθ[(H)/][(Ac)/]K(HAc)/ccccccθ(H)(Ac)(HAc)accKc()()()bcHAccOHKcAc三弱酸、弱碱的离解平衡+23HA+HOA+HO+HAA+H+BOHB+OHKaθ或Kbθ分别表示弱酸、弱碱的离解常数。其值越大，离解程度越大，弱电解质相对越强。离解常数只与温度有关，与浓度无关，室温下忽略温度的影响.一元弱酸、弱碱的离解常数θ(H)(Ac)(HAc)accKc()()()bcHAccOHKcAc1.2离解度α100%α已解离的弱电解质浓度弱电解质的起始浓度离解度与温度和溶液的浓度有关。在同温、同浓度条件下，离解度越大，该弱电解质相对越强。1.3%α醋酸的解离度α与离解常数Kaθ或Kbθ的关系：aKcbKc当Kaθ或KbθKwө时当c/Kө500时(H)accKc(OH)bccKcBOH:HA:浓度不是太小，Ka不是太小针对某一弱电解质而言，当浓度越稀时，离解度越大，该关系称为稀释定律例：已知25℃时，KaӨ(HAc)=1.75×10-5。计算该温度下0.10mol•L-1的HAc溶液中H+、Ac―离子的浓度以及溶液的pH，并计算该浓度下HAc的离解度。(2)如将此溶液稀释至0.010mol•L-1，求此时溶液的H+离子浓度及离解度。c(H+)==1.3×10-3mol•L-1α=1.3%c(H+)=4.2×10-4mol•L-1α=4.2%（二）多元弱酸(碱)的离解平衡多元弱酸在水中的离解是分步进行的。氢硫酸(H2S)是二元弱酸例如:第一步离解:第二步离解:H2S=H++HS―HS―=H++S2―Ka1Ө(H2S)=c(H+)•c(HS―)/c(H2S)=1.32×10-7Ka2Ө(HS-)=c(H+)•c(S―)/c(HS-)=7.10×10-15结论：多元弱酸的分步解常数Ka1ӨKa2Ө，所以计算多元弱酸溶液中c(H+)时，只考虑第一步离解。四同离子效应和缓冲溶液1同离子效应HAc=H++Ac–同离子效应:在弱电解质的溶液中，加入与其含有相同离子的易溶强电解质，使弱电解质离解度降低的现象。A：在此系统中加入NaAcα(HAc)降低B：在此系统中加入HClα(HAc)降低例：向1.0L浓度为0.10mol•L-1的HAc溶液中加入固体NaAc0.10mol（假定溶液的体积不变），计算此时溶液中H+的浓度为多少？HAc的离解度为多少？解：HAc=H++Ac–C00.1000.10C平0.10–xx0.10+x5(0.10)()1.75100.10axxKHACxKaӨ(HAc)=x=1.75×10-5c(H+)=1.75×10-5mol·L-1α=0.0175%0.10±x≈0.100.10mol·L-1HAc溶液：pH=2.89，α=1.3%2缓冲溶液加1.0mL1.0mol•L-1的HCl溶液加1.0mL1.0mol•L-1的NaOH溶液11.0L纯水pH从7.0变为3.0，改变4个单位pH从7.0变为11，改变4个单位21.0L溶液中含有0.10molHAc和0.10molNaAcpH从4.76变为4.75，改变0.01个单位pH从4.76变为4.77，改变0.01个单位31.0L溶液中含有0.10molNH3和0.10molNH4ClpH从9.26变为9.25，改变0.01个单位pH从9.26变为9.27，改变0.01个单位表格2、3这种由弱酸及其盐（或弱碱及其盐）组成的混合溶液，能保持本身pH值相对稳定性(也就是不因加入少量强酸或强碱而显著改变pH值)，这种溶液称为缓冲溶液，这种作用称为缓冲作用。缓冲溶液中的弱酸及其盐（或弱碱及其盐）称为缓冲对。21.0L溶液中含有0.10molHAc和0.10molNaAc31.0L溶液中含有0.10molNH3和0.10molNH4Cl2.1缓冲作用原理[HAc]分子起抗碱作用[Ac—]分子起抗酸作用缓冲溶液之所以具有缓冲作用，是因为溶液中同时存在足量的缓冲对(缓冲溶液组成上的特征)，它们能够抵抗外加的少量强酸或强碱，从而保持溶液的pH基本不变。如果加入大量的强酸或强碱，缓冲溶液中的抗酸成分或抗碱成分将耗尽，缓冲溶液就丧失了缓冲能力。2.2缓冲溶液pH的计算设缓冲溶液由一元弱酸HA和它的盐MA组成，HA的浓度为c(酸),盐的浓度为c(盐),由HA离解得c(H+)=χmol·L-1则由盐MA=M++A―c0mol·L-1c(盐）c(盐）HA=H++A―c平mol·L-1c(酸）-xxc(盐)+χKaӨ=c(H+)·c(A―)/c(HA)=x[c（盐）+χ]/[c(酸）-χ]χ=KaӨ[c(酸）-χ]/[c(盐）+χ]由于KaӨ很小，再加上同离子效应，因此：c(酸）-χ≈c(酸）c(盐）+χ≈c(盐）则一元弱酸及其盐组成缓冲溶液c(H+)和pH通式为：c(H+)=χ=KaӨc(酸）/c(盐）=KaӨ·c(酸）/c(盐）pH=-lgc(H+)=-lgKaӨ-lg[c(酸）/c(盐）]=pKaӨ-lg[c(酸）/c(盐)]同理，一元弱碱及其盐组成缓冲溶液c(OH-)和pOH通式为：c(OH―)=KbӨc(碱）/c(盐）=KbӨ·c(碱）/c(盐）pOH=-lgc(OH―)=-lgKbӨ-lg[c(碱)/c(盐)]=pKbӨ-lg[c(碱）/c(盐）]例：在1.0L浓度为0.10mol•L-1的氨水中加入0.050mol(NH4)2SO4的固体，问该溶液的pH为多少？将该溶液平均分成两份，在每份溶液中各加入1.0mL1.0mol•L-1的HCl和NaOH溶液，问pH各为多少？小结：⑴缓冲溶液的pH值主要是由Kaθ或Kbθ决定⑵缓冲溶液pH的控制主要体现在lg[c(酸）/c(盐）]或lg[c(碱）/c(盐）]一项。(3)缓冲溶液的缓冲能力是有限的(4)各种缓冲溶液只能在适合的范围内发生缓冲作用。缓冲溶液适当稀释时，溶液pH不变。()()1()()cccc酸碱或接近时，缓冲能力大盐盐2.3缓冲溶液的应用(1)化学应用：离子的分离，提纯以及分析检验。(2)生物体内缓冲作用：土壤酸碱度，人体血液。习题：P742、6、10、15解：C00.20000C平0.200(1–0.95%)0.200×0.95%0.200×0.95%33324b3335(OH)0.2000.95%1.910pH14pOH14(lg1.910)11.27(NH)(OH)(1.910)(NH)(NH)0.2001.9101.810cccKc324NH(aq)HO(l)NH(aq)OH(aq)例：已知25℃时，0.200mol·L-1氨水的解离度为0.95%，求c(OH－),pH值和氨的解离常数。