无机化学酸碱平衡省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第五章第五章 酸碱平衡酸碱平衡 5.7 配位反应与配位平衡配位反应与配位平衡 5.6 酸碱电子理论与配合物概述酸碱电子理论与配合物概述 5.5 酸碱指示剂酸碱指示剂 5.4 缓冲溶液缓冲溶液 5.3 弱酸、弱碱解离平衡弱酸、弱碱解离平衡 5.2 水解离平衡和水解离平衡和pH值值 5.1 酸碱质子理论概述酸碱质子理论概述第1页 5.1 酸碱质子理论概述酸碱质子理论概述 5.1.3 酸相对强度和酸相对强度和 碱相对强度碱相对强度 5.1.2 酸碱质子理论基本概念酸碱质子理论基本概念*5.1.1 历史回顾历史回顾第2页酸：酸：凡是能释放出质子（凡是能释放出质子（H+）任何含）任何含氢原子分子或离子物种。氢原子分子或离子物种。（质子给予体）（质子给予体）碱：碱：凡是能与质子（凡是能与质子（H+）结合分子或）结合分子或离子物种。离子物种。（质子接收体）（质子接收体）5.1.2 酸碱质子理论基本概念酸碱质子理论基本概念第3页酸 H+碱-+AcHHAc -+-+2442HPOHPOH-+-+3424POHHPO+34NHHNH+2333NHCHHNHCH+252362O)Fe(OH)(HHO)Fe(H+422252O)(HFe(OH)HO)Fe(OH)(H第4页例：HAc共轭碱是Ac，Ac共轭酸HAc，HAc和Ac为一对共轭酸碱。两性物质：既能给出质子，又能接收质子物质。酸 H+碱第5页 酸碱解离反应是质子转移反应，如HF在水溶液中解离反应是由给出质子半反应和接收质子半反应组成。水是两性物质，它本身解离反应也是质子转移反应。H+酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)HF(aq)H+F(aq)H+H2O(l)H3O+(aq)HF(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+F(aq)H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)第6页 盐类水解反应也是离子酸碱质子转移反应。比如NaAc水解：酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)H+NH4Cl水解：酸(1)碱(2)酸(2)碱(1)H+Ac+H2O OH+HAc +H2O H3O+NH3第7页 非水溶液中酸碱反应，也是离子酸碱质子转移反应。比如NH4Cl生成：H+液氨中酸碱中和反应：H+第8页HCNHAc区分效应：用一个溶剂能把酸或碱相对强弱区分开来，称为溶剂“区分效应”。比如：H2O能够区分HAc，HCN酸性强弱。拉平效应：溶剂将酸或碱强度拉平作用，称为溶剂“拉平效应”。酸和碱强度是指酸给出质子能力和碱接收质子能力强弱。5.1.3 酸相对强度和碱相对强度酸相对强度和碱相对强度1.810-55.810-10第9页 水对强酸起不到区分作用，水能够同等程度地将HClO4，HCl，HNO3等强酸质子全部夺取过来。选取比水碱性弱碱，如冰醋酸为溶剂对水中强酸可表达出区分效应。比如上述强酸在冰醋酸中不完全解离，酸性强度依次为：HIHClO4HClH2SO4HNO3第10页酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。第11页 5.2 水解离平衡和水解离平衡和pH值值5.2.2 溶液溶液pH值值5.2.1 水解离平衡水解离平衡第12页5.2.1 水解离平衡水解离平衡 H2O(l)+H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)或 H2O(l)H+(aq)+OH(aq)水离子积常数，简称水离子积。25纯水：c(H+)=c(OH)=1.010-7molL-1100纯水：=1.010-14=5.4310-13T，)OH()OH(3-+=cc或)OH()OH(3-+=cccc第13页)(OHlgpOH-=-令c)O(HlgpH 3-=+c5.2.2 溶液溶液pH值值101.0)(OH)O(H143=-+依据cc14lg)OH(lg)H(lg =-=-+即cc14ppOHpH=+第14页 5.3 弱酸、弱碱解离平衡弱酸、弱碱解离平衡5.3.3 盐溶液酸碱平衡盐溶液酸碱平衡5.3.2 多元弱酸解离平衡多元弱酸解离平衡5.3.1 一元弱酸、弱碱解离平衡一元弱酸、弱碱解离平衡第15页 1.一元弱酸解离平衡一元弱酸解离平衡初始浓度/molL-1 0.10 0 0平衡浓度/molL-1 0.10 x x xx=1.31035.3.1 一元弱酸、弱碱解离平衡一元弱酸、弱碱解离平衡HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)HAc()Ac()OH()HAc(3ccc-+=x10.0 x)HAc(2-=第16页解离度(a)c(H3O+)=c(Ac)=1.3103 molL-1 c(HAc)=(0.10-1.3103)molL-10.10molL-1c(OH)=7.71012 molL-1=c(H3O+)c(OH)第17页与 关系：HA(aq)H+(aq)+A(aq)平衡浓度 c cc c初始浓度 c 00稀释定律：在一定温度下(为定值)，某弱电解质解离度伴随其溶液稀释而增大。第18页c0 0.200 0 05108.1-=327.11)109.1lg(14pOH14pH-=-=-=3109.1%95.0200.0)OH(-=c2.一元弱碱解离平衡：一元弱碱解离平衡：例：已知25时，0.200molL-1氨水解离度为 0.95%，求c(OH),pH值和氨解离常数。解：ceq 0.200(1 0.95%)0.2000.95%0.2000.95%323343109.1200.0)109.1()NH()OH()NH()NH(-+-=ccc第19页5.3.2 多元弱酸解离平衡多元弱酸解离平衡第20页 例题：计算 0.010 molL-1 H2CO3溶液中 H3O+,H2CO3,，和OH浓度以及溶液pH值第21页第22页第23页结论结论：对于二元弱酸，若 c(弱酸)一定时，c(酸根离子)与 c2(H3O+)成反比。多元弱酸解离是分步进行，普通 。溶液中 H+主要来自于弱酸第一步解离，计算 c(H+)或 pH 时可只考虑第一步解离。对于二元弱酸，当 时，c(酸根离子)，而与弱酸初始浓度无关。第24页第25页1.强酸弱碱盐（离子酸）(1)+(2)=(3)则5.3.3 盐溶液酸碱平衡盐溶液酸碱平衡第26页第27页2.弱酸强碱盐（离子碱）NaAc,NaCN一元弱酸强碱盐水溶液成碱性，因为弱酸阴离子在水中发生水解反应。如在NaAc水溶液中：第28页如Na3PO4水解：多元弱酸强碱盐也呈碱性，它们在水中解离产生阴离子都是多元离子碱，它们水解都是分步进行。第29页第30页例题：计算0.10molL-1Na3PO4溶液pH值。ceq/(molL-1)0.10 x x x解：第31页3.酸式盐 解离大于水解，NaH2PO4溶液显弱酸性；相反,Na2HPO4溶液解离小于水解,显弱碱性。思索：其相关常数等于多少？第32页*4.弱酸弱碱盐第33页5.影响盐类水解原因盐浓度：c盐,水解度增大。有些盐类，如Al2S3,(NH4)2S 能够完全水解。总之，加热和稀释都有利于盐类水解。溶液酸碱度：加酸能够引发盐类水解平衡移动，比如加酸能抑制下述水解产物生成。温度：水解反应为吸热反应，0 T,，水解度增大。第34页 5.4 缓冲溶液缓冲溶液*5.4.4 缓冲范围和缓冲能力缓冲范围和缓冲能力 5.4.3 缓冲溶液缓冲溶液pH值计算值计算 5.4.2 缓冲溶液缓冲溶液 5.4.1 同离子效应同离子效应第35页同离子效应：在弱电解质溶液中，加入与其含有相同离子易溶强电解质而使弱电解质解离度降低现象。HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)5.4.1 同离子效应同离子效应Ac(aq)NH4Ac(aq)(aq)+平衡移动方向第36页例：在 0.10 molL-1 HAc 溶液中，加入 NH4Ac(s)，使 NH4Ac浓度为 0.10 molL-1，计算该溶液 pH值和 HAc解离度。x=1.810-5 c(H+)=1.810-5 molL-1 0.10 x 0.100.10 molL-1 HAc溶液：pH=2.89，=1.3%解：HAc(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+Ac(aq)ceq/(molL-1)0.10 x x 0.10+xc0/(molL-1)0.10 0 0.10 pH=4.74，=0.018%第37页50mLHAcNaAc c(HAc)=c(NaAc)=0.10molL-1 pH=4.74 缓冲溶液：含有能保持本身pH值相对稳定性能溶液(也就是不因加入少许强酸或强碱而显著改变pH值溶液)。加入1滴(0.05ml)1molL-1 HCl加入1滴(0.05ml)1molL-1 NaOH试验：50ml纯水pH=7 pH=3 pH=11 pH=4.73 pH=4.75 5.4.2 缓冲溶液缓冲溶液第38页 缓冲作用原理加入少许强碱：第39页溶液中大量A与外加少许H3O+结合成HA，当到达新平衡时，c(HA)略有增加，c(A)略有降低，改变不大，所以溶液c(H3O+)或pH值基本不变。加入少许强酸：溶液中较大量HA与外加少许OH生成A和H2O，当到达新平衡时,c(A)略有增加,c(HA)略有降低，改变不大，所以溶液c(H3O+)或pH值基本不变。第40页 弱酸弱酸盐：因为同离子效应存在，通惯用初始浓度c0(HA),c0(A)代替c(HA),c(A)。5.4.3 缓冲溶液缓冲溶液pH值计算值计算平衡浓度例HAcNaAc，H2CO3NaHCO3第41页第42页2.弱碱 弱碱盐 NH3 H2O NH4Cl第43页3.由多元弱酸酸式盐 组成缓冲溶液溶液为酸性或中性例2:例1:如 NaHCO3Na2CO3 ,NaH2PO4Na2HPO4第44页溶液为碱性应按水解平衡准确计算。例1:第45页例2：第46页结论：缓冲能力与缓冲溶液中各组分浓度相关，c(HA)，c(B)及 c(A)或c(BH+)较 大时,缓冲能力强。缓冲溶液缓冲能力是有限；决定，缓冲溶液pH值主要是由或第47页例题：求 300mL 0.50molL-1 H3PO4和 500mL 0.50molL-1 NaOH混合溶液pH值。反应继续反应解：先反应再计算第48页第49页例题：若在 50.00ml 0.150molL-1 NH3(aq)和 0.200 molL-1 NH4Cl组成缓冲溶液中，加入0.100ml 1.00 molL-1HCl，求加入HCl前后溶液pH值各为多少？解：加入 HCl 前：4.缓冲溶液缓冲性能计算第50页加入 HCl 后：加HCl前浓度/(molL-1)0.150-0.0020-x 0.200+0.0020+x x0.150 0.200加HCl后初始浓度/(molL-1)0.150-0.0020 0.200+0.0020平衡浓度/(molL-1)NH3(aq)+H2O(l)(aq)+OH(aq)第51页*5.4.4 缓冲范围和缓冲能力缓冲范围和缓冲能力 所选择缓冲溶液，除了参加和 H+或 OH 相关反应以外，不能与反应系统中其它物质发生副反应；缓冲溶液选择和配制标准：或 尽可能靠近所需溶液pH值；第52页欲配制缓冲溶液 pH 值应选择缓冲组分 若 或 与所需pH不相等，依所需pH调整 第53页 例题：今有 2.0L0.10molL-1 Na3PO4 溶液和 2.0L 0.10molL-1NaH2PO4 溶液，仅用这两种溶液（不可再加水）来配制pH=12.50缓冲溶液，能配制多少升这种缓冲溶液？解：缓冲组分应为 Na2HPO4 Na3PO4反应前 n/mol 20.10 0.10 x 0 ,小于所需pH值，说明 应过量，则 2.0L Na3PO4 应全部用上，设需0.10molL-1 NaH2PO4 xL。反应后 n/mol 0.20 0.10 x 0 0.20 x第54页平衡浓度/(molL-1)初始浓度/(molL-1)第55页例：欲用等体积 NaH2PO4 溶液和 Na2HPO4 溶液配制 1.00LpH=7.20 缓冲溶液，当将50.00mL该缓冲溶液与5.00mL 0.10molL-1 HCl混合后，其 pH值变为 6.80，问 缓冲溶液中NaH2PO4 和 Na2HPO4 浓度是多大？假如该缓冲溶液是由0.500molL-1 H3PO4和1.0molL-1 NaOH配制，应分别取多少毫升？解得 x=0.12 能配制2.12L缓冲溶液(2L Na3PO4 +0.12L NaH2PO4)。第56页解：第57页第58页变色范围 酸色 中间色 碱色甲基橙3.1 4.4 红橙 黄酚 酞8.0 10.0 无色 粉红 红石 蕊3.0 8.0 红紫 蓝 5.5 酸碱指示剂酸碱指示剂第59页 5.6 酸碱电子理论与配合物概述酸碱电子理论与配合物概述5.6.2 配合物组成和命名配合物组成和命名5.6.1 酸碱电子理论酸碱电子理论第60页lewis 酸：凡是可以接受电子对分子、离子或原子，如Fe3+,Fe,Ag+,BF3等。lewis 碱：凡是给出电子对离子或分子，如:X,:NH3,:CO,H2O:等。lewis酸与lewis碱之间 以配位键配位键结合生成 酸碱加合物。5.6.1 酸碱电子理论酸碱电子理论第61页BF3+FCu2+4 NH3第62页1.配合物组成 配合物是Lewis酸碱加合物，比如，Ag(NH3)2+是Lewis酸Ag+和NH3加合物。5.6.2 配合物组成和命名配合物组成和命名 形成体与一定数目标配位体以配位键按一定空间构型结合形成离子或分子叫做配合物。Lewis酸称为形成体(中心离子)；Lewis碱称为配位体。第63页 形成体通常是金属离子和原子，也有少数是非金属元素，比如：Cu2+，Ag+，Fe3+，Fe，Ni，B，P 配位体通常是非金属阴离子或分子，比如：F，Cl，Br，I，OH，CN，H2O，NH3，CO 配位原子：与形成体成键原子。单基配位体：配位体中只有一个配位原子。多基配位体：含有两个或多个配位原子 配位体。比如：乙二胺（乙二胺（en）第64页乙二胺四乙酸根 EDTA（Y4）乙二酸根（草酸根）O OC CO O2 4 第65页 配位数：配位原子数 单基配体：形成体配位数等于配位体数目；多基配体：形成体配位数等于配位体数目与基数乘积。Cu2+配位数等于4。比如：2+第66页Ca(EDTA)2或CaY2Ca2+配位数为6，配位原子分别是4个O，2个N。第67页 从溶液中析出配合物时，配离子常与带有相反电荷其它离子结合成盐，这类盐称为配盐。配盐组成能够划分为内层和外层。配离子属于内层，配离子以外其它离子属于外层。外层离子所带电荷总数等于配离子电荷数。形成体配位原子配体配位数K3 Fe(C N)6 外层内层第68页2.配合物化学式和命名配酸：酸配碱：氢氧化配盐：先阴离子后阳离子，简单酸根加“化”字，复杂酸根加“酸”字。第69页配合物命名标准：配合物命名标准：配体名称列在中心元素之前，配体数目用倍数词头二、三、四等数字表示（配体数为 一时省略），不一样配体名称之间以“”分开，在最终一个配体名称之后缀以“合”字。形成体氧化值用带括号罗马数字表示(氧化值为 0 时省略)。配体数配体数 配体名称配体名称 合合 形成体名称（氧化态值）形成体名称（氧化态值）以二、以二、三、四三、四表示表示不一不一样配样配体体“”分开分开以罗马数以罗马数字字、表示表示第70页配体次序：先离子后分子，比如：KPtCl3NH3：三氯氨合铂()酸钾；同是离子或同是分子，按配位原子元素符号英文字母次序排列，比如：Co(NH3)5H2OCl3：氯化五氨水合钴()；配位原子相同，少原子在先；配位原子相同，且配体中含原子数目又相同，按非配位原子元素符号英文字母次序排列，比如：PtNH2NO2(NH3)2：氨基硝基二氨合铂()；先无机后有机，比如：KPtCl3(C2H4)：三氯乙烯合铂()酸钾。第71页硫酸四氨合铜()乙二胺四乙酸根合钙()三硝基三氨合钴()五羰(基)合铁(三)氯化五氨水合钴()硝酸羟基三水合锌()五氯氨合铂()酸钾氢氧化四氨合铜()六氯合铂()酸六异硫氰根合铁()酸钾第72页3.分类简单配合物：一个中心离子，每个配体均为单基配体。如螯合物：一个中心离子与多基配体成键形成环状结构配合物。如Cu(en)22+，CaY2。多核配合物：含两个或两个以上中心离子。如(H2O)4Fe(OH)2Fe(H2O)44+。羰合物：CO为配体。如Fe(CO)5，Ni(CO)4。烯烃配合物：配体是不饱和烃。如：PdCl3(C2H4)。多酸型配合物：配体是多酸根。如：(NH4)3P(Mo3O10)6H2O。第73页 5.7 配位反应与配位平衡配位反应与配位平衡5.7.1 配离子解离常数和配离子解离常数和 稳定常数稳定常数*5.7.3 关于配合物稳定性关于配合物稳定性 深入讨论深入讨论*5.7.2 配体取代反应和配体取代反应和 电子转移反应电子转移反应第74页 配合物解离反应是分步进行，每步都有其解离常数。比如：总解离常数(不稳定常数)：总解离反应：5.7.1 配离子解离常数和稳定常数配离子解离常数和稳定常数(aq)NH(aq)Ag(NH (aq)Ag(NHd13323+K(aq)NH(aq)Ag (aq)Ag(NHd233+K(aq)NH2(aq)Ag (aq)Ag(NHd323+K)Ag(NH()(NH)(Ag2323d2d1d+=cccKKK第75页配合物生成反应是其解离反应逆反应。总生成常数(稳定常数或累积稳定常数)：总生成反应：(aq)Ag(NH (aq)NH(aq)Ag33+(aq)Ag(NH (aq)NH(aq)Ag(NH2333+(aq)Ag(NH (aq)NH2(aq)Ag233+f1Kf2KfK)(NH)(Ag)Ag(NH(2323f2f1fcccKKK=+1dfKK=f越大，配合物越稳定。K1d2f1KK=1d1f2KK=第76页例题：室温下，0.010molAgNO3(s)溶于1.0L 0.030molL-1NH3H2O中(设体积不变)，计算该溶液中游离Ag+、NH3和 浓度。0.01020.010 )L/(mol1xxx-+-平衡浓度-2 )L/(mol1xxx-改变浓度0.010020.00.030 0)L/(mol1-开始浓度解：很大，且c(NH3)大，预计生成 反应完全，生成了0.010molL1 。很小，可略而不计。723f101.67)(Ag(NH=+K(aq)Ag(NH (aq)2NH (aq)Ag233+第77页1233Lmol010.0)(Ag(NH)NH(-+=cc16Lmol100.6)Ag(-+=c672100.6 101.6701000100-=x.x.010.02010.0 010.00.010+-xx7f2101.67)2010.0(0.010=+-Kxxx第78页 1.配体取代反应 一个配体取代了配离子内层另一个配体，生成新配合物反应称为配体取代反应。例：血红色Fe(NCS)2+中加入NaF反应以下：*5.7.2 配体取代反应和电子转移反应配体取代反应和电子转移反应22(aq)NCS(aq)FeF (aq)F(aq)Fe(NCS)+-+-+3262f2f108.7101.9101.7)(Fe(NCS)(FeFKKK=+越完全。浓度越大，取代反应越大，取代所用配合剂生成配合物f K第79页 例：将0.020molL-1 ScCl3溶液与等体积0.020molL-1EDTA(Na2H2Y)混合,反应生成ScY。计算溶液pH值。解：查附表三、四，配体取代发生伴伴随溶液pH值改变：x)2(0.010 x 0.010 x x eq-c0 0 0.010 0.010 0cc(Y4)c(HY3)c(Y4)c(HY3)c(ScY)c(H3O+)c(H3O+)c(H2Y2)K =16.622a4a310)YH()YH(=-KK10.23f23.103a4a410)ScY(10)HY()YH(=-；KKKO4H)aq(O2H)aq(ScY )aq(YH)aq(O)Sc(H2322362+-+第80页6101.5=23.1016.610.23101010=-0.010 x010.0-101.5x)x010.0(4623=-108.9x7=-1.70pH Lmol 020.0)OH(13=-+c3a22af)(HY)Y(H)(ScY=-KKKK第81页2.配合物电子转移反应有些配合物生成反应伴伴随电子转移，)aq(Fe(CN)aq(IrCl3636-+这是氧化还原反应，详见第七章。比如：)aq(Fe(CN)aq(IrCl 4626-+第82页 螯合物稳定性螯合物稳定性螯合效应：螯合物比含有相同配位原子简单配合物稳定。*5.7.3 关于配合物稳定性深入讨论关于配合物稳定性深入讨论8.74 )Ni(NH 18.83Ni(en)7.12 )CHCd(NH 10.09 Cd(en)9.46 )Zn(NH 10.83 Zn(en)13.32 )Cu(NH 20.00Cu(en)lg lg 263232432222432224322ff+KK简单配合物螯合物第83页