第三章 电解质溶液(讲义59—73;141—155)(2)

2019-09-02 14:44

AB ? A+ + B-

初始浓度(mol·L-1) c 0 0 平衡浓度(mol·L-1) c-cα cα cα

?A??B?==?c??K==

??i

?AB?c?2==

c?c?1??2

2(Ki很小,α也很小,1-α≈1),故Ki=cα或α=

Ki c意义:(1)同一弱电解质α∝1/C C↑→ α↑

(2)相同浓度的不同弱电解质α∝K

[提问] 1.水的电离方程式?水的电离常数?(Kw=[H][OH]=10)

+-+-7

2.溶液的酸碱性判断的标准?(H与OH的相对大小,H与10的相对大小,pH与7的相对大小)

3.溶液酸碱性的测定方法?(pH试纸,pH计,酸碱指示剂) 4.pH值的计算方法?

三、一元弱酸(弱碱)的电离平衡: +

这部分实际上就是解决如何计算一元弱酸(碱)溶液中H的浓度。对于强电解质(如

+

HCl),完全电离,所以H浓度等于强酸的浓度;而弱电解质(如HAc)只能部分电离,不能

+

由酸的浓度直接等于H的浓度。以HAc为例进行下面的推导。

+

[推导]HAc的初始浓度为c,电离常数为Ka,[H]=x

+ -HAc ? H+ Ac

初始浓度(mol·L-1) c 0 0 平衡浓度(mol·L-1) c-x x x

+

--14

?H??Ac?==K==

?_a

?HAc?x2 c?x解此一元二次方程可得到H浓度的精确计算公式:

x==[H]==

+

+

?Ka?Ka?4Kac22

以HAc为例,说明x与c相比可以忽略。推而广之,当(1)酸的Ka不很大;(2)酸的浓度不太小,即cKa≥500时,c-x≈c,从而得到一元弱酸H+浓度的近似计算公式:

+

x==[H]==Kac

注意 1.计算酸性溶液中H浓度时,首先判断是强酸还是弱酸;

2.若是弱酸,判断c+

Ka值,以确定所需公式;

3.近似公式必须熟练掌握;

-4.依此可相应得到一元弱碱中OH浓度的精确、近似公式以及近似公式成立的条件

6

(cKa≥500),即[OH]==Kbc

-

上述公式推导过程中,忽略了水的电离。若酸(碱)极弱,或浓度极小时,必须

考虑水的电离。如10-9mol·L-1的盐酸溶液的有关计算。

-5

[例题1]计算0.1mol·L-1的HAc,NH3·H2O的pH值。(Ka =1.76×10 ) 四、多元弱酸的电离平衡:(以H2CO3为例)

1.多元弱酸分步电离。多元弱酸在水溶液中的电离是分步进行的,平衡时每一步都有一个

相应的电离平衡常数。现以H2S为例:

H2S

H+HS

-

[H?][HS?]-8

Ka1==5.7×10一级电离常数

[H2S][H?][S2?]-12

Ka2==1.0×10 二级电离常数 ?[HS] HS

-

H+S

+2-

Ka1>>Ka2说明二级电离比一级电离困难得多。 2-+-+

[解释]:(1)S对H的吸引力远大于HS对H的吸引力,

(2)一级电离出的H对二级电离有抑制作用(同离子效应)。

同一溶液中同一离子的浓度只有一个值。 +++++

[H]=[H]1+[H]2 ?Ka1>>Ka2 [H]1>>[H]2

++

∴[H]≈[H]1 -----

[HS]=[HS]1-[HS]2 ?[HS]1>>[HS]2

-++

∴[HS]≈[H]1≈[H] 2.溶液H+主要由第一步电离提供,即[H+]==Kac

所以比较多元弱酸的酸性时,只比较一级电离的氢离子[H]1

3.凡是二元弱酸,其酸根浓度均等于第二步电离的电离常数。

由第二步电离可知:

?CO??H? K==

?HCO?2??a2

3?3若假定第二步HCO3-电离时产生的H+为x, 那么: Ka2==

+

?HCO??x?3-

xH??x????

2-

而x<<[H]==[HCO3],所以x==[CO3]==Ka2

[例题2] 计算298.15K时0.10mol.L-1H2S溶液中H+1、OH-、S-、S2-等离子的浓度。 [说明] 多元弱酸的电离平衡只需掌握上述三个特点。

通过上例计算归纳出以下结论:

(1)当多元酸的Ka1,》Ka2,且c/Ka1》500,溶液中的[]按一级电离计算。即:

C(H+)=CaKa

(2)二元弱酸的酸根离子的浓度近似等于Ka2,与酸的起始浓度无关。若需要较高浓度的二

元或多元酸根离子时,只能有其对应盐溶液提供,不能由多元弱酸来提供 (3)三元弱酸根离子浓度不等于Ka3,必须根据相应的电离平衡常数来计算

7

三、同离子效应与盐效应 [引出] 弱电解质的电离平衡是一动态平衡,若条件改变,平衡被破坏,电离反应将发生移动。如HAc中加入NaAc,对HAc的电离度如何影响?举一例题说明。

-1+

[例]往1L0.1mol·LHAc中加入0.1mol固体NaAc。比较加NaAc前后HAc的电离度及H浓

-5

度的变化。(Ka==1.76×10) 解;加NaAc前 [H+]==Kac==1.76?10??5?0.1==1.33×10-3(mol·L-1)

?3?H?×100%==1.33?10 α==

c0.1 加NaAc后,设[H]==x

+

+

×100%==1.33%

HAc ? H + Ac -1)

初始浓度(mol·L0.1 0.1

-1

平衡浓度(mol·L)0.1-x x 0.1+x

-3-3

(1.33×10比0.1小得多,加入NaAc之后,H+的浓度比1.33×10更小。因而,0.1-x≈0.1,0.1+x≈0.1)

-

?H??Ac? = x?0.1 = x = 1.76×10(mol·L)

所以, K =

?_-5

-1

a

?HAc?0.1?H?×100% = 1.76?10α =

??5c0.1×100% = 0.0176%

由上述计算结果可以定量比较出加NaAc之后,HAc的电离度下降了近100倍,其下降得原因是因为,加入了与HAc有相同离子Ac-的强电解质NaAc,使HAc的电离平衡被破坏,向结合分子的方向移动,故而HAc的电离度下降。这种现象就是同离子效应。 1.同离子效应:往弱电解质中加入具有相同离子的强电解质,使弱电解质的电离度下降的

现象。

[解释] 以HAc的电离为例。电离度下降的原因是因为加入了NaAc,使平衡发生了移动。

如果加入NaCl,这种不含相同离子的强电解质,对弱电解质HAc的电离度有没有影响?如何影响?

2.盐效应:在弱电解质的溶液中加入与若电解质 含有不同离子的强电解质,使弱电解质电

离度咯有增大的现象称为同盐效应。

[解释]:因为离子总浓度增大离子间的相互吸引和牵制作用增强,离子相互结合成分子的

机会减少。故α↑。实际上,同离子效应发生的同时也有盐效应的存在,但盐效应的影响很微弱。

+-[引出] 同离子效应的存在,使HAc的α下降。若往这样的一种溶液中加入H或OH,原

溶液pH值变化不大。这样的溶液成为缓冲溶液。

第三节 与缓冲溶液

一、缓冲溶液的组成及缓冲原理 1、缓冲溶液:能抵抗外加少量强酸强碱或释稀而保持PH值不发生明显变化的溶液。

该溶液一般由两种组分构成:一种为抗酸成分,一种为抗碱成分。两种组分合成体系又叫缓冲对。

8

2、缓冲溶液的组成 :可分四类

(1)弱酸及其盐,如:HAc—NaAc (2)弱碱及其盐,如:NH3H2O—NH4Cl

(3)多元弱酸的酸式盐及其次及盐。如:NaHCO3—Na2CO3 ;NaH2PO4—Na2HPO4 (4)单纯的两性物质也有缓冲作用,如:HCO3- 、甘氨酸 H2NCH2COOH

上述四类物质均可组成缓冲溶液,而单纯的弱酸、弱碱的缓冲能力很差,水不具有缓冲能力。这是为什么? 3.缓冲原理:

以HAc—NaAc为例说明缓冲溶液的缓冲原理。

加酸、加碱、稀释

+-HAc ? H + Ac HAc:大量存在(抗碱成分) +--NaAc ? Na + Ac Ac:大量存在(抗酸成分) +-H2O ? H + OH

4.缓冲体系的存在:(血液:多品种缓冲液)

人体血液

二、缓冲溶液酸碱度的计算:(以HAc—NaAc体系为例)

+-[推导] HAc ? H + Ac

c酸 c盐 c酸-x x c盐+x

?H??Ac?==x?c K==

?_a

?HAc?盐?x?c酸?x==x

c盐c酸

∴X==[H+]==Ka

c酸c盐

1.弱酸及其盐: pH==pKa-lgc酸c盐(要求记)

同理:弱碱及其盐 [OH-]= Kb,pOH==pKb-lgc碱c盐

PH = PKw-PKb+Lg

Cb Cs可见:缓冲溶液的PH值首先取决于Ka或Kb同时也与Ca/Cs或Cb/Cs有关。 缓冲溶液稀释时两组分浓度以相同倍数减小,所以PH值变化很小。 [注意] 1.弱酸及其盐、弱碱及其盐溶液的pH值应选用不同的公式;

2.缓冲溶液的pH值首先决定于Ka(或Kb);

3.缓冲溶液的pH值还与

c酸c盐(或

c碱c盐)有关;

pH==pKa-lg

c酸c盐==pKa-lg

c酸v总c盐v总 ==pKa-lg

n酸n盐

9

同理,pOH==pKb-lg

c碱c盐==pKa-lg

c碱v总c盐v总 ==pKa-lg

n碱n盐

[例题3] 将0.10mol.LHAc溶液.和0.10mol.LNaAc等体积混合后,溶液的pH值为多少?

(Ka=1.76×10-

[例题4] 将50mL 0.1mol·L-1HCl加到200mL 0.1mol·L-1NH3·H2O中,求pH值。(pKa==4.75)(提示:HCl与NH3·H2O接触后反应,NH3·H2O过量,过量的NH3·H2O与生成的NH4Cl组成缓冲溶液)

缓冲溶液具有缓冲能力,这种能力是不是无限的?如何衡量其缓冲能力? 2.缓冲容量: (1) 定义:1升缓冲溶液的pH值改变一个单位时所需加入的酸(或碱)的物质的量。 (2) 影响缓冲容量因素:a。酸、盐总浓度越大,缓冲容量越大;

b.酸、盐总浓度一定时,

c酸c盐(

c碱c盐)=1,缓冲容量最大。

(3) 缓冲范围:pKa±1 , pKb±1

[引出] 工作中,或实验室,需配制一定pH值的缓冲溶液,如何配制? 三、缓冲溶液的配制:

1. 根据pH值确定所选缓冲对; 2. 根据pH==pKa-lg

c酸c盐计算所需酸、盐用量;

3. 选择合适方法进行配制。

说明 1。配制缓冲溶液的缓冲对的缓冲范围与所需缓冲溶液的pH值应接近。如若需pH=4,

可选用HAc-NaAc缓冲对(3.75~5.75)

2.如果酸、盐是溶液,可用吸量管、量筒配制;如果有固体,根据计算的质量,称

取、溶解进行配制; 3.此内容将在实验中安排。

[例题5] 1.欲配制100mlpH=4.5的缓冲溶液,需用0.50mol.LHAc和0.50mol.LNaA各多少毫

升?

VHAc =64ml VNaAc=36ml

[例题6]欲配制1L lpH=5.00,所含HAc浓度为0.20 mol·L-1缓冲溶液,问(1)需浓度均为若用1.00mol·L-1的HAc和NaAc溶液各多少毫升?(2)若用NaAc。3H2O固体配制需多少克?

四、生物体内的缓冲体系 1、人体血液PH=7.4±0.05,PH改变超过0.4个单位会有生命危险。人体血液的PH值恒定:

主要依靠各种排泄器官将过多的酸 碱物质排出体外;其次血液中的各种缓冲机构也起

---

着非常重要的作用。如:H2CO3—HCO3 H2PO4—HPO42 蛋白质和蛋白盐等。 2、土壤中含有H2CO3—NaHCO3和NaH2PO4—Na2HPO4及有机酸及其盐类构成的复杂缓冲体系,所以能使土壤维持一定的PH值,从而保证了植物的正常生长。

第四节 盐类的水解

10


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