第三章 电解质溶液和离子平衡

第三章电解质溶液和离子平衡主讲：江贵波(副教授/硕士)E-mail：[e-mail]班级：精细化学品生产技术101、102无机化学[e-mail]§3.1强电解质溶液§3.2水的离解和溶液的pH值§3.3弱酸、弱碱的解离平衡§3.4同离子效应和缓冲溶液§3.5盐类的水解§3.6沉淀-溶解平衡§3.7溶度积规则及其应用第三章电解质溶液和离子平衡无机化学[e-mail]概念复习是化学变化中的最小微粒。同一类原子的总称，具有相同核电荷数（相同质子)的同一类原子的总称。由同一种物质组成的物质称为纯净物,分为单质和化合物。由同种元素组成的纯净物。原子：元素：单质：纯净物：化合物：由不同种元素组成的纯净物无机化学[e-mail]混合物：由两种或两种以上物质混合而成，没有发生化学反应，混合物里各物质保持着原来的性质，如空气等。物质：由纯净物和混合物组成。无机化学[e-mail]3-1强电解质溶液电解质强电解质弱电解质区别依电离度的大小分为无机化学[e-mail]3-1-1电解质在水溶液中或在熔融状态下能导电的化合物叫做电解质。（1）强电解质：在水溶液中能全部离解成离子的电解质强电解质强酸H2SO4、HCI、HNO3、HBr、HI强碱盐NaOH、Ba(OH)2、Ca(OH)2、KOH等。可溶性的盐如NaCl、CuSO4等。难溶液性的盐如AgCl、BaCl2等。无机化学[e-mail]（2）弱电解质：•在水溶液中只有一部分离解的电解质叫做弱电解质。（3）电离：•电解质在水溶液中或在熔化状态下，分离成为离子的过程叫电离。＊注：电离过程在水溶液中或在热的作用下发生的，并非通电后引起的。3-1-1电解质无机化学[e-mail]3-1-2离子氛强电解质理论1923年，德拜(Debye)和休克尔(Hückel)提出。①强电解质在水中是完全电离的。如离子型化合物：NaCl、KCl、NaOH、KOH等强极性键化合物：HCl，H2SO4(H++HSO4-)等要点②离子之间相互作用，使离子的行动并不自由。离子在溶液中的运动受到周围离子氛的牵制。阳离子周围有阴离子氛，阴离子周围有阳离子。并非完全自由。无机化学[e-mail]3-1-2离子氛离子氛：在强电解质溶液中，一种离子被异号离子所包围的现象称为离子氛+----+++离子氛示意图无机化学[e-mail]3-1-3表观电离度由于离子间的互相牵制，实验测得的离解度（通常都小于100%），如KCl为86%。通常强电解质的表观电离度大于30%。电解质电离式表观电离度/%氯化钾KCl→K++Cl-86硫酸锌ZnSO→Zn2++SO42-40盐酸HCl→H++Cl-92硝酸HNO3→H++NO-392硫酸H2SO4→H++HSO4-61氢氧化钠NaOH→Na++OH-91氢氧化钡Ba(OH)2→Ba2++2OH-81无机化学[e-mail]水是一种极弱的电解质，绝大部分以水分子形式存在，仅能离解出极少量的H+和OH-。实验表明，纯水也有微弱的导电性3-2水的解离和溶液的pH值无机化学[e-mail]3-2-1水的解离平衡{c(H+)/cΘ}·{c(OH-)/cΘ}{c(H2O)/cΘ}KΘ==C’(H+)·c’(OH-)C’(H2O)式中c/为物质浓度c与标准浓度cΘ的比值，其量纲为1；而c的量纲为mol·L-1。1．水的解离平衡：H2OH++OH-无机化学[e-mail]2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH－(aq)或H2O(l)H+(aq)+OH－(aq))OH()OH()OH()OH(3w3wccKccccK或—水的离子积常数，简称水的离子积。wK2．水的离子积(自偶电离）无机化学[e-mail]w13w14w1710495.510009.1Lmol100.1)OH()H(KTKKcc25℃纯水100℃纯水P47的表3-2中:水的离子积随温度升高而稍有增加也就是说,在25℃时,在1升水中仅有1.00×10-7mol的水发生了离解无机化学[e-mail]3-2-2溶液的酸碱性和pH1.溶液的pH与酸碱性:溶液酸碱性的pH表示法:水溶液中氢离子浓度的负对数叫做pH值pH=-lg[H+]pOH=-lg[OH-]pKw＝-logKw换算:当[H+]＝m×10-n时：pH＝n-logm25℃时：pH+pOH=pKw=14（25℃）无机化学[e-mail][H+]﹤[OH-]时，碱性，[H+]﹤10-7，pH﹥7pH越大碱性越强[H+][OH-]=KW=10-14pH+pOH=pKW=14[H+]≤1mol/L，[OH-]≤1mol/L时：[H+]=[OH-]时，中性，[H+]=10-7，pH=7[H+]﹥[OH-]时，酸性，[H+]﹥10-7，pH﹤7pH越小酸性越强2.pH和pOH关系无机化学[e-mail]例0：已知[H+]=5.6×10-5mol/L，则pH=？已知pH=0.25,则[H+]=？例1（P48）：0.050mol·L-1的HCl溶液的pH和pOH.5-lg5.6=4.25∵pH=-lg[H+]=0.25∴[H+]=0.562mol/L解:HCl→H++Cl-,c(H+)≤0.050mol·L-1.pH=-lg[H+]=-lg0.050=-[-2+0.70]=1.30.pOH=pKW–pH=14.00–1.30=12.70.例无机化学[e-mail]测量溶液pH值常见方法有：酸碱指示剂:甲基橙、甲基红、石蕊、酚酞pH试纸:广泛pH试纸、精密pH试纸pH计（酸度计）测量pH值常见方法Delta320pH计(酸度计)上海雷磁PHS-3C型pH计无机化学[e-mail]3-2-3酸碱指示剂是一种有机染料，为有机弱酸或弱碱,它们的分子或离子在不同的PH值时，因为本身结构变化而呈现不同的颜色。P49的图3-2列出下列4种酸碱指示剂的变色范围：甲基橙(红3.1~橙~4.4黄)甲基红(红4.4~橙~6.2黄)石蕊(红5.0~紫~8.0蓝)酚酞无8.2~粉红~10.0红)无机化学[e-mail]3-3弱酸、弱碱的解离平衡3-3-1一元弱酸、弱碱的解离平衡1．解离常数弱酸,弱碱在溶液中部分电离,在已离解的离子和未离解的分子之间存在着解离平衡,其平衡常数叫做解离常数.无机化学[e-mail]{c(H+)/cΘ}·{c(A-)/cΘ}c(HA)/cΘKaΘ==c‘(H+)·c’(A-)c‘(HA){c(B+)/cΘ}·{c(OH-)/cΘ}c(BOH)/cΘKbΘ==c’(B+)·c’(OH-)c‘(BOH)以一元弱酸HA为例，其离解平衡式及其标准解离常数为：若以BOH表示弱碱，则：HAKaHCOOH1.77×10-4HAc1.75×10-5HClO2.80×10-8HCN6.20×10-103-3-1一元弱酸、弱碱的解离平衡HAH++A-BOHB++OH-无机化学[e-mail](2)KaΘ可用来表示酸的强弱。KaΘ越大，该弱酸的酸性越强，10-2—10-3之间的称为中强酸KaΘ〈10-4弱酸KaΘ〈10-7极弱酸3-3-1一元弱酸、弱碱的解离平衡(1)KaΘ、KbΘ主要与温度有关,与浓度无关.＊注意:P344附表1：酸、碱标准解离常数无机化学[e-mail]2.解离度3-3-1一元弱酸、弱碱的解离平衡（1）对于弱电解质,除了用解离常数表示电解质的强弱外,还可用解离度（α）来表示其离解的程度:α=×100%弱电解质的起始浓度已解离的弱电解质浓度解离度越大，表示该弱电解质相对较强。无机化学[e-mail]3-3-1一元弱酸、弱碱的解离平衡（2）解离常数与解离度的关系①定性相同：都可以表示弱电解质的相对强弱。不同：解离常数是化学平衡常数的一种；是某弱电解质的特征常数。基本不随浓度变化。解离度是转化率的一种。电离度随浓度变化。无机化学[e-mail]Θ===c’(H+)·c’(A-)c’(HA)c’α·c’αc’(1-α)c’α21-α②定量：以一元弱酸HA为例,其解离度α,解离常数KaΘ和浓度c之间的关系推导如下:起始浓度c0c00平衡浓度cc(1–α)cαcα3-3-1一元弱酸、弱碱的解离平衡HAH++A-无机化学[e-mail].精确公式:也就是说,c/α2+KaΘα-KaΘ=0,α=－KaΘ+√(KaΘ)2+4c’KaΘ2c’－KaΘ+√(KaΘ)2+4c’KaΘ2c’c(H+)=cα=c·－KaΘ+√(KaΘ)2+4c’KaΘ2=·cΘ3-3-1一元弱酸、弱碱的解离平衡无机化学[e-mail]α=√KaΘ/c’c'(H+)=√KaΘ·c’对于一元弱碱的解离将得到同样形式的公式：B.近似公式:当1-α≈1时,或c/KaΘ500时,由得：KaΘ=c/α2上式也称为稀释定律:解离度α与浓度的平方根成反比,与解离常数的平方根成正比。α=√KbΘ/c’c'(OH-)=√KbΘ·c’3-3-1一元弱酸、弱碱的解离平衡KaΘ===c’(H+)·c’(A-)c’(HA)c’α·c’αc’(1-α)c’α21-α无机化学[e-mail]例2．(1).已知25℃时,KaΘ（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的解离度；3．一元弱酸、弱碱溶液中离子浓度及pH的计算解(1)醋酸的离解平衡式如下,并设达平衡时有xmol·L-1的醋酸离解KaΘ==C’(H+)·c’(Ac-)c‘(HAc)x·x0.10-xHAH++Ac-起始浓度c0/mol·L-10.1000平衡浓度c/mol·L-10.10–xxxx=c’(H+)=c’(Ac-)=√KaΘ·c’=√1.75×10-5×0.10=1.3×10-3c'(H+)=√KaΘ·c’∵c/KaΘ==0.10÷(1.75×10-5)500,∴可用近似公式pH=-lgc’(H+)=-lg1.3×10-3=2.88α=(1.3×10-3/0.10)×100%=1.3%(2)如将此溶液稀释至0.010mol·L-1,求此时溶液的H+浓度、pH、及解离度。解(2).∵c/KaΘ=0.010÷(1.75×10-5)500,∴仍可用近似公式pH=-lgc’(H+)=-lg4.2×10-4=3.38α=(4.2×10-4/0.010)×100%=4.2%x=c’(H+)=√KaΘ·c’=√1.75×10-5×0.010=4.2×10-43-3-1一元弱酸、弱碱的解离平衡P51无机化学[e-mail]Θ（NH3）===1.8×10-5c'(NH4+)·c’(OH-)c'(NH3)(6.0×10-4)20.020α=×100%=×100%=3.0%6.0×10-40.020c’(OH-)c'(NH3)例3．（P52）：25℃时，实验测得0.020mol·L-1氨水溶液的pH为10.78,求它的解离常数和解离度.解：pH=10.78,pOH=14.00–10.78=3.22.c(OH-)=6.0×10-4mol·L-1.氨水的离解平衡式为NH3+H2ONH4++OH-起始浓度c0/mol·L-10.02000平衡浓度c/mol·L-10.020–6.0×10-46.0×10-46.0×10-43-3-1一元弱酸、弱碱的解离平衡无机化学[e-mail]3-3-2多元弱酸的解离平衡多元弱酸在水中的离解是分步进行的。H2SH++HS－Ka1Θ（H2S）=1.32×10-7HS－H++S2－Ka2Θ（H2S）=7.10×10-15H2OH++OH－14w100.1Ka,2a,1KK无机