无机化学酸碱平衡.ppt

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1、第九章第九章: : 酸碱平衡酸碱平衡一、一、S.ArrheniusS.Arrhenius 酸碱理论酸碱理论（经典酸碱理论）（经典酸碱理论） 瑞典科学家瑞典科学家S.ArrheniusS.Arrhenius于于18871887年提出年提出 二、酸、碱二、酸、碱质子质子理论理论（Proton Theory of Acid and BaseProton Theory of Acid and Base） 19231923年丹麦化学家年丹麦化学家BrnsredBrnsred（布朗斯特）和英国化（布朗斯特）和英国化学家学家LowryLowry（劳莱）提出。（劳莱）提出。 三、酸碱三、酸碱电子电子理论理论

2、19231923年年, ,由美国物理化学家由美国物理化学家LewisLewis提出提出, ,又称又称LewisLewis酸酸碱理论。碱理论。9-1 9-1 酸碱理论酸碱理论一一. .经典酸碱理论经典酸碱理论 ( (一一) ) 酸碱定义酸碱定义 电离时产生的电离时产生的阳离子全部是阳离子全部是H H+ +的化合物称为的化合物称为“酸酸”；电离时产生的；电离时产生的阴离子全部是阴离子全部是OHOH- -的化的化合物称为合物称为“碱碱” 。( (二二) ) 经典酸碱理论的经典酸碱理论的优点优点 从组成上揭示了酸碱的从组成上揭示了酸碱的本质本质，指出，指出H H+ +是酸的特征是酸的特征OHOH- -

3、是碱的特征。是碱的特征。 解释了解释了“中和热中和热”的值的值 找出了衡量找出了衡量酸、碱强度的标度酸、碱强度的标度（KaKa、KbKb、pHpH）（放热）（放热） H H+ +(aq(aq) + OH) + OH- -( (aqaq) = H) = H2 2O(l) O(l) H = -55.99kJ.molH = -55.99kJ.mol-1 -1( (三三) ) 经典酸碱理论的经典酸碱理论的局限性局限性 酸碱被限于水溶液酸碱被限于水溶液, ,非水体系不适用非水体系不适用 例例1 1：液氨中，：液氨中，KNHKNH2 2( (氨基化钾氨基化钾) )使酚酞变红使酚酞变红碱？碱？ 液氨中，液氨

4、中，CaCa与与NHNH4 4ClCl反应，放出反应，放出H H2 2：2324HNH2CaCaNH2 酸？酸？ ) s (ClNH)g(HCl)g(NH43碱？碱？ 酸？酸？ 例例2 2：水溶液中：水溶液中 HSOHSO4 4- - 酸？碱？酸？碱？ NaNa2 2COCO3 3 碱？碱？ 碱被限制为氢氧化物碱被限制为氢氧化物 过去认为：过去认为：NHNH4 4+ +半径半径143pm143pm， K K+ +半径半径139pm139pm，NHNH4 4OHOH应为应为强碱，但实际上氨水是弱碱，而且从未分离出强碱，但实际上氨水是弱碱，而且从未分离出NHNH4 4OHOH。二二. . 酸、碱质

5、子理论酸、碱质子理论 （一）酸碱定义（一）酸碱定义 凡能给出H+（质子）的分子或离子均是酸,凡能得到H+（质子）的分子或离子均是碱。 酸酸 - - - H- - - H+ + 给予体给予体（Proton donor） 碱碱 - - - H- - - H+ + 接受体接受体（Proton acceptor） 两性电解质两性电解质 - - - - - - 既能既能给出质子给出质子，又能，又能接受质子接受质子的的分子或离子，称为分子或离子，称为“两性电解质两性电解质”（ampholyte）简称简称“两性物两性物”。 酸酸 分子 HCl, H2SO4, H3PO4, H2O, NH3 离子 NH4+,

6、 HSO4-, H2PO4-, HPO42-碱碱 分子 H2O, NH3 离子 OH-, HSO4-, H2PO4-, HPO42-两性物两性物 分子 H2O, NH3 离子 OH-, HSO4-, H2PO4-, HPO42- NH3 + H+ = NH4+ NH3 (l) = NH2-(l) + H+ (l)（二）酸碱共轭关系（二）酸碱共轭关系 碱酸HOHHOHOHHOHNHHNHClHHCl23234 酸强度酸强度，其共轭碱，其共轭碱（conjugate baseconjugate base）强度）强度。 在水溶液中，共轭酸在水溶液中，共轭酸碱对的强度还可以定量碱对的强度还可以定量表示。

7、表示。 质子酸质子酸1 1 + + 质子碱质子碱2 2 = = 质子碱质子碱1 1 + + 质子酸质子酸2 2电离电离 HAc + H2O = H3O+ +Ac NH3 + H2O = NH4+ + OH-中和反应中和反应 HAc + OH- = H2O + Ac- (弱酸强碱） H3O+ + NH3 = NH4+ + H2O （强酸弱碱） H3O+ + OH- = H2O + H2O （强酸强碱）盐水解盐水解 Ac- + H2O = HAc+ OH-复分解复分解 NH4+ + OH- NH3+H2O 酸1 + 碱2 碱1 + 酸2 电离，中和电离，中和 , ,盐水解盐水解, ,复分解反应都称

8、酸碱反应复分解反应都称酸碱反应。酸碱反应的方向酸碱反应的方向： 强酸强酸1 + 1 + 强碱强碱2 2 弱酸弱酸2 + 2 + 弱碱弱碱1 1不受水溶液，水，非水溶液，气固相的限制不受水溶液，水，非水溶液，气固相的限制 （三（三) ) 共轭酸碱共轭酸碱 强电解质的电离强电解质的电离 HCl + H2O = H3O+ + Cl 强酸1 强碱2 弱酸2 弱碱1 酸性：HCl H3O+ 碱性：H2O Cl强酸和强碱作用生成弱酸弱碱的过程，是不可逆强酸和强碱作用生成弱酸弱碱的过程，是不可逆过程。过程。 弱酸的电离弱酸的电离 HAc + H2O = H3O+ + Ac 弱酸1 弱碱2 强酸2 强碱1NH

9、3 + H2O = NH4+ + OH弱碱1 弱酸2 强酸2 强碱1酸性酸性：HAc H3O+ 碱性碱性：H2O Ac 酸性酸性：H2O NH4+ 碱性碱性：NH3 OH 弱酸弱碱作用生成强酸强碱的反应，是可逆过程。弱酸弱碱作用生成强酸强碱的反应，是可逆过程。 水的自偶电离水的自偶电离 H2O + H2O H3O+ + OH 弱酸1 弱碱2 强酸2 强碱1 弱酸弱碱作用生成强酸强碱的反应是可逆过程。可逆过程。 酸和碱可以是分子，也可以是阳离子或阴酸和碱可以是分子，也可以是阳离子或阴 离子离子 有的酸和碱在某对共轭酸碱中是碱，但在有的酸和碱在某对共轭酸碱中是碱，但在 另一对共轭酸碱对中是酸另一对

10、共轭酸碱对中是酸 质子论中不存在盐的概念，它们分别是离质子论中不存在盐的概念，它们分别是离 子酸或离子碱子酸或离子碱 ( (四四)“)“区分效应区分效应”和和“拉平效应拉平效应” 同一溶剂中，酸碱的强弱由其本质决定同一溶剂中，酸碱的强弱由其本质决定 弱碱弱碱弱酸弱酸酸酸碱碱碱碱酸酸强酸强酸弱碱弱碱弱碱弱碱强酸强酸酸酸碱碱碱碱酸酸212121213232 OHAcOHHAcOHClOHHCl在左边在左边2 2个个“质子转移质子转移”反应中，反应中，H H2 2O O均是弱碱，均是弱碱，它把它把HClHCl、HAcHAc酸性强弱酸性强弱区分开来。因此，区分开来。因此，H H2 2O O是是HClH

11、Cl、HAcHAc酸性的酸性的“区分区分试剂试剂”。这种现象，。这种现象，称为称为“区分效应区分效应”。 HCl、HI、H2SO4、HNO3、HClO4在水中为什么具有在水中为什么具有相同的酸度呢？相同的酸度呢？若在非水溶剂（如甲醇）中，酸度又不同呢。若在非水溶剂（如甲醇）中，酸度又不同呢。 同一酸（或碱），在不同溶剂中可表现出不同的酸性（或碱性） 例例1:1: 液氨中，HAc变为强酸：HAc + NH3(l) = Ac- + NH4+强酸 强碱而HCl也是强酸：HCl + NH3(l) = Cl- + NH4+强酸 强碱NH3（l）把HAc和HCl的酸性“拉平”。原因是NH3(l)碱性强，它

12、是HAc和HCl酸性的“拉平试剂”。这种现象称为这种现象称为“拉平效应拉平效应”。 例2: H2O是HCl、HBr、HI的拉平试剂。212132酸酸碱碱碱碱酸酸 OHXOHHX而CH3OH是HCl、HBr、HI的区分试剂 1221233233233碱碱酸酸碱碱酸酸 IOHCHOHCHHIBrOHCHOHCHHBrClOHCHOHCHHCl原因原因 例例3：HAc碱性也较弱 )AcHHHAc(2它是下列酸碱的区分试剂3424HNOHClHBrHISOHHClOHIHBrHClCH3OH碱性较弱（难接受H+）故把HCl、HBr、HI酸性强弱区分开来。酸碱质子理论的优点和局限性酸碱质子理论的优点和局

13、限性 优点：优点： 扩大了酸、碱范围，不局限于水溶液体系扩大了酸、碱范围，不局限于水溶液体系 把阿仑尼鸟斯理论中的电离、中和、盐的水把阿仑尼鸟斯理论中的电离、中和、盐的水解统一为解统一为“质子传递反应质子传递反应”。 局限性局限性: :仍局限于有仍局限于有H H+ +的体系，无的体系，无H H体系不适用，体系不适用，例如：例如：BFBF3 3, AlF, AlF6 6 3- 3-, Fe(CN), Fe(CN)6 6 3- 3-, Ni(CO), Ni(CO)4 4 三三. .酸碱电子理论酸碱电子理论 (Lewis酸碱电子理论酸碱电子理论 ) 酸碱定义酸碱定义: : 凡是可给出给出电子对的分子

14、、离子或原子团称为“碱碱”;凡是可接受接受电子对的分子、离子或原子团称为“酸酸” 。 酸酸电子接受体电子接受体（Electron acceptor） 碱碱电子给予体电子给予体（Electron donor） 酸碱反应的实质酸碱反应的实质: :通过电子对的授-受形成配位键，产生成酸碱配合物。 例例: : H+ + OH- HOH H+ + Cl- H Cl 优点：酸碱范围几乎无所不包，既不局限于某元素，也不受溶剂限制。 凡“缺电子”的分子或离子都是酸酸例： 金属阳离子 Mn+ , H+, BF3 .凡可给出“电子对”的分子或离子都是碱碱。 大多数无机和有机化合物可视为酸碱加合物（配合物）。 例：

15、乙醇C2H5OH可视为： OHHC52 缺点缺点：太笼统，酸碱特征不易掌握。 3 3种酸碱理论种酸碱理论各有长、短各有长、短，侧重的应用范围不同侧重的应用范围不同: : 1 1、ArrheniusArrhenius酸碱理论酸碱理论 无机化学无机化学, ,尤其是水溶液体系酸碱问题尤其是水溶液体系酸碱问题 2 2、酸碱质子理论、酸碱质子理论 水溶液体系和非水溶液体系水溶液体系和非水溶液体系; ;无机化学无机化学, , 分析化学分析化学 3 3、LewisLewis酸碱理论（电子论）酸碱理论（电子论） 配位化学配位化学, ,有机化学有机化学9-2 水溶液的酸碱性水溶液的酸碱性 一、一、水的自偶电离水

16、的自偶电离（self-ionization of water） 纯水有微弱的导电性，表明它有微弱的自偶电离. 按酸碱质子理论讨论: H2O + H2O = OH- + H3O+ 酸1 碱2 碱1 酸2 简写为： H2O = H+ + OH-浓度平衡常数为： rrrrcOHOHHK2rrrrcOHHOHK2 纯水浓度H2O为一常数，298 K为 1000 g.dm-3 / 18 g.mol-1 = 55.56 mol.dm-3KwOHKrrc2水的水的“离子积常数离子积常数”rrOHHKw298K，纯水中： 710004. 1rrOHH Kw = (1.004 10-7)2 = 1.008 10 -14T / K Kw 273 1.13910-15 295 1.00010-14 298 1.00810-14 323 5.47410-14 373 5.510-13 R.T. Kw =1.010-14 温度T, Kw，H2O电离是一个吸热过程：由于水溶液中存在H2O的自偶电离平衡： H2O + H2O = OH- + H3O+ 酸1 碱2 碱1 酸2 即： H2O = H+ + OH-室温下