第二章 电解质溶液和缓冲溶液

Logo第一节电解质溶液1.强电解质：电解质溶液：电解质的水溶液第二章电解质溶液电解质：溶于水或熔融状态下能导电的化合物NaCl、CuSO4在水溶液中能完全解离成离子的化合物。如：2.弱电解质：在水溶液中只部分解离成离子的化合物。NaClNa++Cl-第二章电解质溶液和缓冲溶液如HAc、NH3H2O解离平衡HAcH++Ac-一、电解质Logo3.解离度：(degreeofdissociation）定义：解离达平衡时，已解离的分子数和原有分子总数之比。=原始分子总数已解离的分子数（单位为一，习惯用%表示）可根据的大小区分强弱电解质：同为0.1mol·kg-1的电解质{30%强电解质5%弱电解质30%5%中强电解质Logo《医用化学》---第二章酸碱电离理论酸碱的定义:酸—凡在水中解离出H+离子的物质；碱—凡在水中解离出OH-离子的物质。酸碱反应的实质:不能解释：Na2CO3的碱性NH3+HCl=NH4Cl---酸碱反应H++OH-=H2O不足：二、酸碱质子理论（Protontheoryofacidandbase）Logo（一）酸碱的定义：1.酸--凡能给出质子（H+）的物质2.碱--凡能接受质子（H+）的物质HClH++Cl-HAcH++Ac-H2CO3H++HCO3-HCO3-H++CO32-H3O+H++H2OH2OH++OH-HB(酸)质子+B-(碱)《医用化学》---第二章Logo3.共轭酸碱对：HB-B-HB---共轭酸B----共轭碱4.共轭关系：酸中有碱，碱可变酸。酸碱互变，质子相关。讨论：1酸和碱可以是分子，亦可是阳离子、阴离子。2既能接受质子又能给出质子的物质叫两性物质。如：H2O，HCO3-。中性物质。如：Na+，Ca2+。3酸越强，给出质子的能力越强，其共轭碱越弱;碱越强，接受质子的能力越强。在质子论中无盐的概念。《医用化学》---第二章Logo（二）酸碱反应的实质2.下列物质中，不属于共轭酸碱对的是（）A、NH4+—NH3B、H3O+—H2OC、H2PO4-—PO43-D、HAc—Ac-例：1.按酸碱的质子理论，HCN的共轭碱是________。H2O的共轭碱是_____，共轭酸是______。HCO3-的共轭酸是______。CN-OH-H3O+H2CO3C酸碱质子理论的优点1：扩大了酸碱的范围（无盐的概念）;《医用化学》---第二章Logo两对共轭酸碱对之间的质子转移如HAc+NH3H+酸1碱1碱2酸2中和反应酸的离解碱的离解H3O++OH-H2O+H2OHAc+H2OH3O++Ac-NH3+H2ONH4++OH-HCl+H2OH3O++Cl-1.酸碱反应的实质：NH4++Ac-《医用化学》---第二章LogoAc-+H2OHAc+OH-CO32-+H2OHCO3-+OH-NH4++H2OH3O++NH3盐的水解•酸碱质子理论的优点2：•扩大了酸碱反应的范围（酸碱、解离、水解、非水、气相）；2.酸碱反应的方向：强酸1+强碱2弱碱1+弱酸2《医用化学》---第二章Logo例：判断下列反应进行的方向。1.Ac-+H2OHAc+OH-酸性：HAcH2O碱性：OH-Ac-逆向进行程度大2.HCl+NH3NH4++Cl-酸性：HClNH4+碱性：NH3Cl-正向进行3.H3O++OH-H2O+H2O酸性：H3O+H2O碱性：OH-H2O正向进行《医用化学》---第二章Logo（三）酸碱强度酸碱的强度不仅与本性有关，还与反应对象（或溶剂）有关。酸碱的相对强弱—溶剂对酸碱性强弱的影响酸越强，给出质子的能力越强;碱越强，接受质子的能力越强。Logo如HAc在水和液氨两种溶剂中：HAc+H2OAc-+H3O+HAc+NH3Ac-+NH4+弱酸强酸如HNO3在水、冰醋酸和纯硫酸三种溶剂中：HNO3+H2O=NO3-+H3O+HNO3+HAcNO3-+H2Ac+弱酸强酸HNO3+H2SO4H2NO3++HSO4-弱碱Logo三、水溶液中的质子传递平衡（一）水的质子自递反应H2O+H2OH3O++OH-]][[]][[223OHOHOHOH酸1碱2酸2碱1平衡时K=[H2O]为常数Kw=[H3O+][OH-]简写为：Kw=[H+][OH-]Kw---水的质子自递平衡常数，又称水的离子积。1.水的质子自递反应和水的离子积Logo讨论:1)Kw的大小只与T有关，TKw，如25℃，Kw=1.0×10-141000C，Kw=7.4×10-13室温，纯水中：[H+]=[OH-]=1.0×10-7mol·L-12)任何稀水溶液中，[H+][OH-]=KW为一常数。已知[H+]，可求[OH-]，反之亦然。如：250C，0.001mol·L-1HCl水溶液中，[OH-]=][HKw=3--1410101.0=1.0×10-11mol·L-1[H+]=10-3mol·L-1，[OH-]=?Kw=[H+][OH-]Logo2.水溶液的pH值25℃(室温)水溶液中：[H+][OH-]=1.0×10-14[H+]=[OH-]=1.0×10-7mol·L-1中性溶液[H+]1.0×10-7[OH-]酸性溶液[H+]1.0×10-7[OH-]碱性溶液1）水溶液的酸碱性：2）pH与pOH：pH=-㏒[H+]pOH=-㏒[OH-]LogopH=pOH=7pH7pH7[H+][OH-]=Kw[(-㏒[H+])+(-㏒[OH-])]=-㏒KwpH+pOH=pKw25℃(室温),Kw=1.0×10-14中性溶液酸性溶液碱性溶液[H+]=[OH-]=1.0×10-7mol·L-1[H+]1.0×10-7mol·L-1[H+]1.0×10-7mol·L-1Logo（二）酸碱质子传递平衡及其平衡常数在水溶液中，酸HB：HB+H2OH3O++B-平衡时，K=]][[]][[23OHHBBOH稀溶液：[H2O]为常数Ka=][]][[3HBBOHKa---弱酸的质子传递平衡常数，又称酸解离常数在水溶液中，碱B-：B-+H2OHB+OH-平衡时，K=稀溶液：[H2O]为常数Kb=Kb---弱碱的质子传递平衡常数，又称碱解离常数]][[]][[2OHBOHHB][]][[BOHHBLogo讨论：1.Ka、Kb的大小与酸、碱的本性和T有关，与c无关。2.T一定时，Ka（Kb）越大，酸（碱）在水中给出（接受）质子的能力越强，在水中酸性（碱性）越强。3.由于弱酸、弱碱的Ka、Kb小，常用pKa，pKb表示。pKa=-lgKapKa↓酸性越强。pKb=-lgKb如:HAcH2PO4-HCNKa：1.74×10-56.23×10-86.16×10-10pKa：4.767.219.21P-237附录四可查pKa值Logo][]][[BOHHB][]][[3HBBOH（三）共轭酸、碱常数的关系一元酸碱Ka与Kb的关系：以HB-B-为例共轭酸HB+H2OH3O++B-Ka=共轭碱B-+H2OHB+OH-Kb=Ka×Kb=][]][[3HBBOH][]][[BOHHB=[H3O+][OH-]=Kw讨论：1）共轭酸的Ka越大，其共轭碱的Kb越小---即共轭酸强，其共轭碱就弱。2）知Ka：Kb=Kw/Ka。知Kb：Ka=Kw/Kb。Logo例：已知250C时，HAc的Ka=1.75×10-5，计算Ac-的Kb。NH3的Kb=1.79×10-5，求NH4+的Ka。解：Ac-是HAc的共轭碱Kb=awKK5--14101.75101.0==5.86×10-10Ka=bwKK=5--14101.79101.0=5.59×10-10练习：HCN的Ka=4.93×10-10，求其共轭碱CN-的Kb=？Logo四、酸碱溶液pH的计算—以HB为例（一）一元弱酸HB的浓度=ca，解离平衡常数=KaHB+H2OH3O++B-Ka=][]][[-3HBBOH=][]][[-HBBHH2O+H2OH3O++OH-Kw=[H3O+][OH-]1.当Ka·caw时，忽略水的质子自递平衡。Ka=][]][[-HBBH=][-][2HcHa[H+]2+Ka[H+]-Kaca=0[H+]=24-2aaaacKKK近似式如NH4+,HAc,HCNLogo且ca/Ka500时，ca-[H+]caKa=aCH][+[H+]=aacK—最简式2.当Ka·caw，（二）一元弱碱：如NH3,Ac-,CN-B-+H2OHB+OH-Kb=][]][[BHBOHH2O+H2OH3O++OH-Kw=[H3O+][OH-]以B-为例Ka=][]][[-HBBH=][-][2HcHa条件：Ka·c≥20Kwc/Ka≥500Logo—近似式[OH-]=bbcK—最简式cb/Kb500时，2.当Kb·cbw，cb-[OH-]cb条件：Kb·c≥20Kwc/Kb≥5001.当Kb·cbw时，忽略水的质子自递平衡。[B-]=cb–[OH-][OH-]2+Kb[OH-]-Kbcb=0Kb=][]][[BHBOH][][2OHcOHb=[OH-]=24K-2bbbbcKK—近似式Logo例：计算250C时，0.10mol·L-1的HAc溶液的pH值。（已知Ka=1.76×10-5）解：Ka·c=1.76×10-5×0.0120Kwc/Ka=0.10/1.76×10-5500，[H+]=cKa=0.10101.76-5=1.33×10-3（mol·L-1）pH=-lg[H+]=-lg1.33×10-3=2.88Logo例：计算250C时，0.10mol·L-1NH4Cl溶液的pH值。(已知NH3·H2O的Kb=1.79×10-5)解：NH4+是NH3·H2O的共轭酸。NH4++H2ONH3+H3O+Ka=bwKK5--14101.79101.0==5.68×10-10Ka·c20Kw,c/Ka500[H+]=cKa=0.10105.68-10=7.5×10-6(mol·L-1)pH=5.12Logo例：计算250C时，0.10mol·L-1NH3溶液的pH值。（已知NH3·H2O的Kb=1.79×10-5）解:NH3+H2ONH4++OH-Kb·c20Kw，c/Kb500[OH-]=cKb0.1101.79-5==1.34×10-3（mol·L-1）pOH=2.87pH=14-pOH=11.13Logo例.计算250C时，0.10mol·L-1NaAc溶液的pH值。(已知HAc的Ka=1.76×10-5)解:NaAc在水溶液中全部解离,Ac-是离子碱,与水的质子传递反应为:Ac-+H2OHAc+OH-Kb=5--14101.76101.0awKK==5.68×10-10[OH-]=0.10105.68-10cKb==7.54×10-6(mol·L-1)pOH=5.12pH=14-pOH=14-5.12=8.88Kb·c20Kw，c/Kb500Logo五、同离子效应和盐效应1.同离子效应(commonioneffect)：HAc+H2OH3O++Ac-加入NaAcNaAc→Na++Ac-平衡c(Ac-)增大，c(H+)↓，↓。氨水中，加入少量NH4ClNH3+H2ONH4++OH-NH4Cl→NH4++Cl-平衡这种在弱电解质溶液中加入与弱电解质含有相同离子的易溶强电解质时，使该弱电解质的解离度下降的现象称为同离子效应。LogoHAc+H2OH3O++Ac-100.0100.0x10.01074.15例2-40.100molL-1HAc溶液的解离度为1.33%，如果在该溶液中加入固体NaAc，使其浓度为0.100molL-1，计算此时溶液的[H+]和解离度。[Ka（HAc）=1.7610-5]解：[H+]=xx+0.1000.1000.100-x0.1001.7610-5=x=[H+]