大学化学：第三章 水化学与水污染

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1、1第三章第三章 水化学与水污染水化学与水污染本章学习要点为：本章学习要点为：掌握稀溶液的通性，包括蒸气压下降、沸点升高、掌握稀溶液的通性，包括蒸气压下降、沸点升高、凝固点下降及渗透压等物理性质的依数性规律；凝固点下降及渗透压等物理性质的依数性规律；掌握离子平衡规律，包括酸碱解离平衡规律和缓冲掌握离子平衡规律，包括酸碱解离平衡规律和缓冲溶液性质、配离子平衡规律等；溶液性质、配离子平衡规律等；初步掌握离子平衡中典型问题的计算，如初步掌握离子平衡中典型问题的计算，如pH值、值、溶解度、溶度积等。溶解度、溶度积等。2第三章第三章 水化学与水污染水化学与水污染 本章将化学反应原理（第二章）应用于水溶液体

2、本章将化学反应原理（第二章）应用于水溶液体系，探索其部分物理及化学变化的规律。系，探索其部分物理及化学变化的规律。3-1 溶液的通性溶液的通性 3-2 水溶液中的单相离子平衡水溶液中的单相离子平衡 3-3 难溶电解质的多相离子平衡难溶电解质的多相离子平衡3溶液的通性溶液的通性 溶液由溶质和溶剂组成。由不同的溶质和溶溶液由溶质和溶剂组成。由不同的溶质和溶剂组成的溶液具有不同的性质，但所有的溶剂组成的溶液具有不同的性质，但所有的溶液都具有一些相同的性质，即溶液的通性。液都具有一些相同的性质，即溶液的通性。4注意：注意：本章所涉及的溶液通性是指由不同的难挥本章所涉及的溶液通性是指由不同的难挥发性溶质

3、发性溶质B和溶剂和溶剂A组成的溶液所引起的溶组成的溶液所引起的溶液的蒸气压下降、沸点上升和凝固点下降，液的蒸气压下降、沸点上升和凝固点下降，以及溶液的渗透压等。以及溶液的渗透压等。溶液的通性溶液的通性53-1 3-1 非电解质稀溶液的通性非电解质稀溶液的通性p 溶液的一般概念及分类溶液的一般概念及分类p 溶液浓度的几种常用标度溶液浓度的几种常用标度p 非电解质非电解质(稀稀)溶液的通性溶液的通性本节核心内容本节核心内容63-1 3-1 非电解质稀溶液的通性非电解质稀溶液的通性溶液的一般概念及分类溶液的一般概念及分类溶液溶液是由两种或多种组分组成的是由两种或多种组分组成的均匀体系均匀体系。溶质。

4、溶质的分子或离子均匀地溶解（分散）于溶剂中。的分子或离子均匀地溶解（分散）于溶剂中。分为气体溶液、液体溶液、固体溶液。其中液体分为气体溶液、液体溶液、固体溶液。其中液体溶液以其特殊性引起化学家的关注。溶液以其特殊性引起化学家的关注。73-1 3-1 非电解质稀溶液的通性非电解质稀溶液的通性溶液的一般概念及分类溶液的一般概念及分类溶质溶于溶剂的过程，可伴随物理性质及化学性溶质溶于溶剂的过程，可伴随物理性质及化学性质质(即指溶剂化作用即指溶剂化作用)的变化。的变化。溶剂相同溶剂相同:溶液的某些性质溶液的某些性质(颜色颜色,导电性等导电性等)取决取决于溶质的本性于溶质的本性;而另一些性质而另一些性质

5、(蒸气压蒸气压,沸点沸点,凝固点凝固点等等)则与溶质本性无关，仅与溶液的浓度有关则与溶质本性无关，仅与溶液的浓度有关.83-1 3-1 非电解质稀溶液的通性非电解质稀溶液的通性挥发性挥发性：指化合物由固体或液体变为气体或蒸汽的倾向：指化合物由固体或液体变为气体或蒸汽的倾向.该倾向越大该倾向越大,越容易挥发越容易挥发,蒸气压越大蒸气压越大;倾向越小倾向越小,越越难以挥发难以挥发,蒸气压就越小蒸气压就越小.一般说来一般说来,在一定温度下在一定温度下,蒸气压大的物质称为易挥发蒸气压大的物质称为易挥发性的物质性的物质;把蒸气压小的物质称难挥发性的物质把蒸气压小的物质称难挥发性的物质.本教材的本教材的难

6、挥发性难挥发性的物质一般指蒸气压远小于纯水的蒸的物质一般指蒸气压远小于纯水的蒸气压气压,或沸点远高于纯水的化合物或沸点远高于纯水的化合物.93-1 3-1 非电解质稀溶液的通性非电解质稀溶液的通性p一般空气中挥发性有机化合物一般空气中挥发性有机化合物(VOC,Volatile Organic Compounds）按照沸点不同可以分为四类：按照沸点不同可以分为四类：p沸点小于沸点小于050的为易挥发性有机化合物（的为易挥发性有机化合物（VVOC）p沸点沸点50240的为挥发性有机物（的为挥发性有机物（VOC)p沸点沸点240 380的为半挥发性有机化合物（的为半挥发性有机化合物（SVOC）p沸点

7、沸点380以上的为颗粒状有机物（以上的为颗粒状有机物（POM)103-1 3-1 非电解质稀溶液的通性非电解质稀溶液的通性11p电解质电解质:在水溶液中在水溶液中或或熔化状态下能电离而导电的化熔化状态下能电离而导电的化合物合物,主要包括：酸、碱、盐及某些金属氧化物主要包括：酸、碱、盐及某些金属氧化物.p非电解质非电解质:在水溶液中在水溶液中和和熔化状态下都不能电离而导熔化状态下都不能电离而导电的化合物电的化合物,主要包括主要包括NH3、非金属氧化物、多数有机物非金属氧化物、多数有机物等等.p实际上实际上“能否导电能否导电”只是一种现象只是一种现象,本质是有无自由移本质是有无自由移动的离子的存在

8、动的离子的存在.3-1 非电解质稀溶液的通性非电解质稀溶液的通性121.电解质概念中的或电解质概念中的或,两种情况任取一即可两种情况任取一即可;非电解质概非电解质概念中的念中的“和和”“”“都都”，两种情况必须同时满足，两种情况必须同时满足.2.无论是电解质还是非电解质无论是电解质还是非电解质,阐述的对象都是化合物阐述的对象都是化合物.因此单质既不是电解质也不是非电解质因此单质既不是电解质也不是非电解质.溶液是混合物溶液是混合物,因此也既不是电解质也不是非电解质因此也既不是电解质也不是非电解质.3-1 非电解质稀溶液的通性非电解质稀溶液的通性133-1 3-1 非电解质稀溶液的通性非电解质稀溶

9、液的通性3.氨气氨气,二氧化硫溶于水均能导电二氧化硫溶于水均能导电,但并非它们本身能但并非它们本身能电离出自由离子电离出自由离子,而是它们与水反应的生成物而是它们与水反应的生成物NH3H2O,H2SO3能电离出离子而导电能电离出离子而导电,所以氨气所以氨气,二氧化硫都是非二氧化硫都是非电解质电解质.5.能导电的物质不一定是电解质能导电的物质不一定是电解质,如石墨等如石墨等;电解质本电解质本身不一定能导电身不一定能导电,如食盐晶体如食盐晶体.6.电解质溶液中电解质溶液中,阳离子所带正电荷总数与阴离子所带阳离子所带正电荷总数与阴离子所带负电荷总数相等，故溶液显电中性负电荷总数相等，故溶液显电中性,

10、称电荷守恒称电荷守恒.14在水溶液里全部电离成离子的电解质叫在水溶液里全部电离成离子的电解质叫强电解质强电解质.即水即水溶液中只有离子溶液中只有离子,无分子存在无分子存在.在水溶液里只有一部分电在水溶液里只有一部分电离成离子的电解质叫离成离子的电解质叫弱电解质弱电解质.即水溶液中既有离子即水溶液中既有离子,又有分子存在又有分子存在.3-1 3-1 非电解质稀溶液的通性非电解质稀溶液的通性158.电解质溶液导电能力的强弱只取决于在相同条件下溶电解质溶液导电能力的强弱只取决于在相同条件下溶液中自由离子的浓度和其所带电荷的多少液中自由离子的浓度和其所带电荷的多少.9.难溶性盐（如难溶性盐（如CaCO

11、3、BaSO4等）在水中的溶解度极等）在水中的溶解度极小小,导电能力很小导电能力很小,但由于它们是离子化合物但由于它们是离子化合物,在水溶液在水溶液中溶解的那部分能完全电离中溶解的那部分能完全电离,故它们属于强电解质故它们属于强电解质.10.电解质不一定导电电解质不一定导电,导电的物质不一定是电解质导电的物质不一定是电解质.因因此此溶液导电性的强弱与电解质的强弱没有必然的联系溶液导电性的强弱与电解质的强弱没有必然的联系.导电能力强的溶液不一定是强电解质溶液导电能力强的溶液不一定是强电解质溶液,强电解质溶强电解质溶液不一定导电能力强液不一定导电能力强.3-1 3-1 非电解质稀溶液的通性非电解质

12、稀溶液的通性161718二、溶液浓度的几种常用标度二、溶液浓度的几种常用标度 除组分物质及除组分物质及T、p 外，溶液的性质在很大程度上外，溶液的性质在很大程度上取决于溶质与溶剂的相对含量。如：以取决于溶质与溶剂的相对含量。如：以A为溶剂，为溶剂，B为溶质的二元溶液，其组成可用为溶质的二元溶液，其组成可用物质的量分数物质的量分数xB、物质的量（摩尔）浓度物质的量（摩尔）浓度cB、质量摩尔浓度、质量摩尔浓度mB 等方式等方式表示。表示。19二、溶液浓度的几种常用标度二、溶液浓度的几种常用标度物质的量分数物质的量分数xB：xB=nB/ni，纲量为纲量为1物质的量浓度物质的量浓度cB：cB=nB/V

13、，单位为，单位为 moldm-3质量摩尔浓度质量摩尔浓度mB：mB=nB/w，单位为：单位为：molkg-1质量摩尔浓度：质量摩尔浓度：1 Kg溶剂中所含溶质的物质的量溶剂中所含溶质的物质的量20三、稀溶液定律三、稀溶液定律思考题：思考题：被清水湿透的，或被汗水湿透的衣服哪个易干？被清水湿透的，或被汗水湿透的衣服哪个易干？蒸气压下降蒸气压下降均匀加热纯水或糖水溶液哪个先沸腾？均匀加热纯水或糖水溶液哪个先沸腾？沸点升高沸点升高水中加入乙二醇为防冻液，防冻原理是什么？水中加入乙二醇为防冻液，防冻原理是什么？凝固点下降凝固点下降洒了融雪剂的雪不可堆在树下，原因是什么？洒了融雪剂的雪不可堆在树下，原因

14、是什么？渗透压渗透压,溶雪剂一般为无机盐溶雪剂一般为无机盐,如氯化钙如氯化钙21稀溶液定律稀溶液定律经实验证明经实验证明:由由难挥发难挥发的的非电解质非电解质所形成的所形成的稀溶液稀溶液的的性质性质(溶液的蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降、溶溶液的蒸汽压下降、沸点上升、凝固点下降、溶液渗透压液渗透压)与一定量溶剂中所溶溶质的数量与一定量溶剂中所溶溶质的数量(物质的量物质的量)成正比成正比,即溶液的这些共同性质与溶解在溶剂中溶质即溶液的这些共同性质与溶解在溶剂中溶质的粒子数有关的粒子数有关,而而与溶质的本性无关与溶质的本性无关,也称之也称之依数性依数性或或依数性定律依数性定律.221、溶液的蒸气

15、压下降、溶液的蒸气压下降蒸气压蒸气压:一定温度下一定温度下,凝聚态物质与其蒸气相达平衡时凝聚态物质与其蒸气相达平衡时(凝聚的速率与蒸发的速率相等凝聚的速率与蒸发的速率相等),),气相的平衡压力气相的平衡压力,即即为该凝聚态物质的蒸气压，又称为为该凝聚态物质的蒸气压，又称为“饱和蒸气压饱和蒸气压”。蒸发蒸发:液体表面能量足够大的分子克服分子间引力而逸出液体表面能量足够大的分子克服分子间引力而逸出到气相中的过程称为蒸发或气化到气相中的过程称为蒸发或气化.蒸发为吸热过程蒸发为吸热过程.凝聚凝聚:蒸气分子因热运动而撞击液面时蒸气分子因热运动而撞击液面时,受到液体分子引力受到液体分子引力作用而重新进入液

16、体相的过程称为凝聚作用而重新进入液体相的过程称为凝聚.凝聚是放热过程凝聚是放热过程.23 纯水及冰在不同温度下的蒸气压纯水及冰在不同温度下的蒸气压T/-15-5“0”52080100p冰冰/Pa165402611p水水/Pa422611873233947373101325问题：问题：当溶液中溶解了糖、盐、乙醇时的蒸气压的变化规当溶液中溶解了糖、盐、乙醇时的蒸气压的变化规律？变大还是变小？律？变大还是变小？思考思考：蒸气压与温度有什么关系？：蒸气压与温度有什么关系？24蒸气压下降：蒸气压下降：实验表明，实验表明，一定温度下，一定温度下，稀溶液稀溶液中中溶剂溶剂 A的蒸气的蒸气压压pA，与溶液中与

17、溶液中A的摩尔分数的摩尔分数xA成正比。比例系数为成正比。比例系数为纯纯A的饱和蒸汽压的饱和蒸汽压p*A 拉乌尔拉乌尔(Raoult)定律。定律。1、溶液的蒸气压下降、溶液的蒸气压下降25拉乌尔拉乌尔(Raoult)定律的数学表示定律的数学表示 pA p*A xA (3-1-1)显然显然 xA1，pA 0 Tfp Tfp T*fp p+加加压压h 溶液的渗透现象：纯溶剂溶液的渗透现象：纯溶剂通过半透膜自动扩散到溶液通过半透膜自动扩散到溶液中，使其稀释的现象。中，使其稀释的现象。渗透压。对于稀溶液，渗透压。对于稀溶液，渗透压仅与溶质浓度有关，渗透压仅与溶质浓度有关，与溶质种类无关。即：与溶质种类

18、无关。即：RTcVRTnBB (3-1-5)39 与理想气体方程形式相似与理想气体方程形式相似,但压力产生的原因不同但压力产生的原因不同.气气体由于分子运动碰撞器壁而产生压力体由于分子运动碰撞器壁而产生压力,溶液的渗透压是溶溶液的渗透压是溶剂分子渗透的结果剂分子渗透的结果.RTcVRTnBB (3-1-5)4、渗透压的起源、渗透压的起源40溶剂溶剂hpp渗渗透透溶液溶液溶剂溶剂溶液溶液pp半透膜半透膜溶剂溶剂溶液溶液pp+加加压压 反渗透反渗透溶剂溶剂溶液溶液ppp+h4、渗透压与反渗透技术、渗透压与反渗透技术41稀溶液的渗透压相当可观，如：稀溶液的渗透压相当可观，如：25时，时，0.1 mo

19、ldm-3 溶液的渗透压为溶液的渗透压为30.1 108.314298248()Bc RTkPa 这相对于这相对于25 m高水柱所产生的静压力。而一般植高水柱所产生的静压力。而一般植物细胞液的渗透压大约可达物细胞液的渗透压大约可达2000 kPa。思考：洒了融雪剂的雪不可堆在树下，原因是什么？思考：洒了融雪剂的雪不可堆在树下，原因是什么？4、渗透压与反渗透技术、渗透压与反渗透技术42例例3-1.将血红素将血红素1.00 g溶于适量水中，配成溶于适量水中，配成100 cm3的溶的溶液，此溶液的渗透压为液，此溶液的渗透压为0.366 kPa(20)。求：血红求：血红素的相对分子质量；与水溶液的沸点

20、升高和凝固点素的相对分子质量；与水溶液的沸点升高和凝固点降低值比较。水的降低值比较。水的kbp=0.52 Kkgmol-1,kfp=1.86 Kkgmol-1.RTcB K293molKJ314.8Pa10366.0113 BBGVcwM 3-mmol150.0 3-4dmmol1050.1 3433dmmol1050.1dm10100g00.1 141067.6 molg4、渗透压与反渗透技术、渗透压与反渗透技术解：解：43Tbp=kbpmB kbpcB例例3-1、与溶液的沸点升高和凝固点降低值比较。与溶液的沸点升高和凝固点降低值比较。结论：结论：Tbp、Tfp的数值很小，测量较困难。所以测

21、的数值很小，测量较困难。所以测量具有量具有较大分子量较大分子量的物质时，常采用渗透压法。的物质时，常采用渗透压法。=0.366kPaTfp=kfpmB kfpcB=1.861.5010-4K=2.7910-4K=0.521.5010-4K=7.8010-5K4、渗透压与反渗透技术、渗透压与反渗透技术44当在溶液一侧加一大于渗透压的压力时，溶剂将从当在溶液一侧加一大于渗透压的压力时，溶剂将从溶液一方向溶剂一方扩散，为反渗透现象。溶液一方向溶剂一方扩散，为反渗透现象。海水淡化海水淡化(所需能量仅为蒸馏法的所需能量仅为蒸馏法的30左右，常温常左右，常温常压、环保压、环保)、污水净化等。、污水净化等。

22、其中的主要问题是，需要一种高强度的耐高压半透其中的主要问题是，需要一种高强度的耐高压半透膜。近年已研制了由尼龙或醋酸纤维制成的合成薄膜，膜。近年已研制了由尼龙或醋酸纤维制成的合成薄膜，用于反渗透装置。用于反渗透装置。4、反渗透、反渗透455、理想溶液通性说明、理想溶液通性说明凡符合凡符合依数性（依数性（溶液蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降，渗透压溶液蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降，渗透压）的）的溶液叫溶液叫理想溶液理想溶液.其各组分混合成溶液时其各组分混合成溶液时,没有热效应和没有热效应和体积的变化体积的变化.结构相似的物质也能形成理想溶液结构相似的物质也能形成理想溶液.上述溶液的上述溶液的

23、依数性定量规律依数性定量规律均在一定条件下所表现的均在一定条件下所表现的.其中最重要的其中最重要的条件是稀的条件是稀的,难挥发的难挥发的,非电解质的非电解质的.465、通性说明、通性说明浓溶液浓溶液中溶质分子间中溶质分子间,溶质与溶剂分子间的相互作用加溶质与溶剂分子间的相互作用加强强,使溶液的性质不仅与溶质的浓度有关使溶液的性质不仅与溶质的浓度有关,还与溶质的本还与溶质的本性有关性有关.电解质溶液电解质溶液中也发生上述蒸气压下降中也发生上述蒸气压下降,沸点升高沸点升高,凝固凝固点下降点下降,渗透压等现象渗透压等现象,且由于且由于溶质发生离解溶质发生离解,使溶液中使溶液中溶质粒子数增多溶质粒子数

24、增多,使得下降或升高数值均使得下降或升高数值均高于非电解质高于非电解质溶液溶液.如热盐浴如热盐浴,冰盐浴的应用冰盐浴的应用.47例：将质量摩尔浓度均为例：将质量摩尔浓度均为0.10 molkg-1的的BaCl2,HCl,HAc,蔗糖水溶液的离子数、蒸气压、沸点、凝固点和渗透压按蔗糖水溶液的离子数、蒸气压、沸点、凝固点和渗透压按从大到小次序排序从大到小次序排序:解解：按从大到小次序排序如下：按从大到小次序排序如下：离子数离子数 BaCl2 HCl HAc 蔗糖蔗糖蒸气压蒸气压 蔗糖蔗糖 HAc HCl BaCl2沸点沸点 BaCl2 HCl HAc 蔗糖蔗糖凝固点凝固点 蔗糖蔗糖 HAc HCl

25、 BaCl2渗透压渗透压 BaCl2 HCl HAc 蔗糖蔗糖483.1.2 电解质溶液的通性电解质溶液的通性阿仑尼乌斯根据电解质溶液不服从稀溶液定律的现象，提出了电离理论。1903年他获得了诺贝尔化学奖。电离理论认为电解质分子在水溶液中解离成离子，使得溶液中的微粒数增大，故它们的蒸汽压、沸点、熔点的改变和渗透压数值都比非电解质大。%100电解质的起始浓度已解离的电解质浓度解离度49根据解离度的大小，将电解质分为强电解质和弱电解质两类。强电解质在水中全部解离，而弱电解质在水溶液中只有部分解离，大部分仍以分子形式存在。弱电解质在水溶液中存在解离平衡。强电解质和弱电解质强电解质和弱电解质从部分电解

26、质的0.1molkg-1溶液的凝固点下降数值与理论值的比较可以得到电解质溶液的偏差 i 值50电解质电解质 实测实测Tf/K 计算计算 Tf/K i=Tf/Tf NaCl 0.348 0.186 1.87HCl 0.355 0.186 1.91K2SO4 0.458 0.186 2.46CH3COOH 0.188 0.186 1.01电解质强弱对依数性的影响电解质强弱对依数性的影响51可以看出，产生的偏差有以下规律：可以看出，产生的偏差有以下规律：A2B(AB2)强电解质强电解质AB强电解质强电解质AB弱电解质弱电解质非电解质非电解质沸点高低或渗透压沸点高低或渗透压大小大小的顺序的顺序,蒸气压

27、与凝固点蒸气压与凝固点小大小大顺序顺序:A2B或或AB2型强电解质溶液型强电解质溶液AB型强电解质溶液型强电解质溶液弱电解弱电解质溶液质溶液非电解质溶液非电解质溶液电解质强弱对依数性的影响电解质强弱对依数性的影响523-3 3-3 水溶液中的单相离子平衡水溶液中的单相离子平衡一、一、酸碱质子理论及共轭酸碱对酸碱质子理论及共轭酸碱对二、弱酸、弱碱在水溶液中的离子平衡及计算二、弱酸、弱碱在水溶液中的离子平衡及计算三、同离子效应与缓冲溶液三、同离子效应与缓冲溶液四、配离子的解离平衡四、配离子的解离平衡重点讨论弱酸、弱碱解离平衡，简介配离子解离平衡。重点讨论弱酸、弱碱解离平衡，简介配离子解离平衡。53

28、 1、酸、碱的概念：、酸、碱的概念：电离理论：水溶液中能解离出阳离子电离理论：水溶液中能解离出阳离子H者为酸，解者为酸，解离出阴离子离出阴离子OH-者为碱；者为碱；溶剂理论溶剂理论:在特定溶剂的溶液中在特定溶剂的溶液中,凡能解离产生溶剂阳凡能解离产生溶剂阳离子的物质为酸离子的物质为酸;凡能解离产生阴离子的物质为碱凡能解离产生阴离子的物质为碱.54 1、酸、碱的概念：、酸、碱的概念：酸碱质子理论：酸碱质子理论：凡能给出质子的物质称为酸凡能给出质子的物质称为酸;凡能凡能接受质子的物质称为碱接受质子的物质称为碱.质子酸碱有共轭关系质子酸碱有共轭关系,酸碱酸碱反应的实质是质子的转移和传递的结果反应的实

29、质是质子的转移和传递的结果.路易斯酸碱理论：凡是能接受电子对的物质为酸路易斯酸碱理论：凡是能接受电子对的物质为酸;凡是能给出电子对的物质为碱凡是能给出电子对的物质为碱.酸碱反应是电子的转酸碱反应是电子的转移移.酸为电子对的受体，碱为电子对的给体。酸为电子对的受体，碱为电子对的给体。55 近代酸碱理论近代酸碱理论酸碱理论酸碱理论内容内容缺点缺点电离理论电离理论.1884年，年，S.A.Arrhenius(阿阿仑尼乌斯仑尼乌斯)在水溶液中能解离出阳离子在水溶液中能解离出阳离子H+的的物质称为酸物质称为酸;在水溶液中能电离出在水溶液中能电离出阴离子阴离子OH-的物质称为碱的物质称为碱.立论仅限于水溶

30、液体立论仅限于水溶液体系系,不适用于非水溶剂不适用于非水溶剂和无溶剂体系和无溶剂体系.溶剂理论溶剂理论.1905年，年，E.C.Franklin(富兰富兰克林克林)在特定的溶剂的溶液中在特定的溶剂的溶液中,凡是能解凡是能解离产生溶剂阳离子的物质为酸离产生溶剂阳离子的物质为酸;凡凡能解离产生阴离子的物质为碱能解离产生阴离子的物质为碱.它只能描述溶剂中的它只能描述溶剂中的酸碱酸碱,不能概括气相和不能概括气相和固相中的酸碱反应固相中的酸碱反应.56 近代酸碱理论近代酸碱理论酸碱理论酸碱理论内容内容缺点缺点质子理论质子理论.1923年，年，Brnsted(布朗思帝得布朗思帝得)凡能给出质子的物质称为酸

31、凡能给出质子的物质称为酸;凡凡能接受质子的物质称为碱能接受质子的物质称为碱.质子质子酸碱有共轭关系酸碱有共轭关系,酸碱反应的实酸碱反应的实质是质子的转移和传递的结果质是质子的转移和传递的结果.对于酸限制在含氢的对于酸限制在含氢的物质上物质上,酸碱反应也仅酸碱反应也仅限于包括质子转移的限于包括质子转移的反应反应.酸 碱 电 子 理 论酸 碱 电 子 理 论,Lewis(路易斯路易斯)酸碱理论酸碱理论凡是能接受电子对的物质为酸凡是能接受电子对的物质为酸;凡是能给出电子对的物质为碱凡是能给出电子对的物质为碱.酸碱反应是电子的转移酸碱反应是电子的转移.范围扩大了范围扩大了,着眼于物着眼于物质的结构质的

32、结构.进一步包括进一步包括的配合物的形成体的配合物的形成体.软硬酸碱理论软硬酸碱理论,1963年，年，Pearson(帕耳森帕耳森)根据根据Lewis酸碱对外层电子吸引酸碱对外层电子吸引的松紧程度的松紧程度,即保持价电子能力即保持价电子能力的强弱进一步划分为软硬酸碱的强弱进一步划分为软硬酸碱.57一、一、酸碱质子理论及共轭酸碱对酸碱质子理论及共轭酸碱对+pHlgH eq+pHlg(H)c 酸度酸度就是指就是指H+的浓度的浓度,常用常用pH值来表示值来表示:酸度酸度,酸的强度以及浓度酸的强度以及浓度+eqHpHlgc 58 酸的强度酸的强度是指酸解离是指酸解离H+的能力的能力,用解离常数用解离常

33、数Ka值表值表示示,Ka值与物质的本性及温度有关值与物质的本性及温度有关.一、一、酸碱质子理论及共轭酸碱对酸碱质子理论及共轭酸碱对酸度酸度,酸的强度以及浓度酸的强度以及浓度如如,HAc的的 Ka1.7610-5eqHAceqAceqHacccK 若：若：HAc Ac-+H+59一、一、酸碱质子理论及共轭酸碱对酸碱质子理论及共轭酸碱对酸度酸度,酸的强度以及浓度酸的强度以及浓度 酸的浓度酸的浓度常分为常分为分析浓度分析浓度,表示为表示为cHB；和和平衡浓度平衡浓度,表示为表示为cHBeq或或HB,单位单位:moldm-3.如如,cHAcHAc+Ac-60一、一、酸碱质子理论及共轭酸碱对酸碱质子理论

34、及共轭酸碱对 酸碱质子理论：酸碱质子理论：酸为质子给体，碱为质子受体；酸为质子给体，碱为质子受体；共轭酸碱对共轭酸碱对酸酸 碱碱HH+、OH-、H2O哪个为酸、碱？哪个为酸、碱？61例如：例如：HAc Ac-+H+NH4+NH3+H+结论：质子理论中的酸、碱可为分子或离子；结论：质子理论中的酸、碱可为分子或离子；共轭酸碱一定共存，且相互转化；共轭酸碱一定共存，且相互转化；酸愈强，它的共轭碱愈弱，反之亦然；酸愈强，它的共轭碱愈弱，反之亦然；Al(H2O)63+Al(H2O)5(OH)2+H+H2PO4-HPO42-+H+HPO42-PO43-+H+一、一、酸碱质子理论及共轭酸碱对酸碱质子理论及共

35、轭酸碱对62 酸、碱反应中酸给出质子，由碱来接受质子酸、碱反应中酸给出质子，由碱来接受质子一、一、酸碱质子理论及共轭酸碱对酸碱质子理论及共轭酸碱对普遍的公式：普遍的公式：酸酸1+碱碱2 酸酸2+碱碱1 共轭共轭共轭共轭HAc +H2O H3O+Ac 酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1HCl +H2O H3O+Cl酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1NH3 +H2O OH+NH4+碱碱1 酸酸2 碱碱2 酸酸1HAc +NH3 NH4+Ac 酸酸1 碱碱2 酸酸2 碱碱1强酸强酸1强碱强碱2 弱酸弱酸2 弱碱弱碱1程度相对高程度相对高63表表3-3 常见共轭酸碱对常见共轭酸碱对共轭酸共轭酸共轭碱共轭碱名称

36、名称分子式分子式分子式分子式名称名称酸性增强酸性增强高氯酸高氯酸硝酸硝酸氢碘酸氢碘酸盐酸盐酸硫酸硫酸水合氢离子水合氢离子HClO4HNO3HIHClH2SO4H3O+ClO4NO3IClHSO4H2O酸根离子酸根离子酸根离子酸根离子碘离子碘离子氯离子氯离子酸根离子酸根离子水水碱性增强碱性增强亚硝酸亚硝酸氢氟酸氢氟酸醋酸醋酸氢硫酸氢硫酸铵离子铵离子氢氰酸氢氰酸HNO2HFCH3COOHH2SNH4HCNNO2FCH3COOHSNH3CN酸根离子酸根离子氟离子氟离子酸根离子酸根离子硫氢根离子硫氢根离子氨氨氰根离子氰根离子水水H2OOH氢氧离子氢氧离子氨氨氢氧离子氢氧离子NH3OHNH2O2氨基离子

37、氨基离子氧离子氧离子64二、弱酸、弱碱在水溶液中二、弱酸、弱碱在水溶液中的离子平衡及计算的离子平衡及计算1、一元弱酸一元弱酸及一元弱碱的解离平衡及一元弱碱的解离平衡eqHAceqAceqHacccK (3-3-1)一元弱酸一元弱酸（如（如HAc、HCN等）等）例：例：HAc(aq)H(aq)Ac(aq)平衡时有：平衡时有：eqHAcceqH ceqAc c65一元弱酸一元弱酸、弱碱的解离平衡、弱碱的解离平衡Ka热力学平衡常数，量纲为热力学平衡常数，量纲为1，-RT ln Ka=rGm；Ka为实验平衡常数，量纲不为为实验平衡常数，量纲不为1;eqHAceqAceqHacccK 通常取通常取 c=

38、1 molL-1，则则Ka与与Ka数值相等数值相等 ccccccKeqHAceqAceqHa/)/()/(或为：或为：Ka为弱酸解离常数，为弱酸解离常数，与酸的本性和温度有关，与酸与酸的本性和温度有关，与酸的起始浓度无关；的起始浓度无关；也也表示一元弱酸解离程度表示一元弱酸解离程度，即，即Ka愈大愈大的一元弱酸的酸性愈强。的一元弱酸的酸性愈强。66 例：例：HAc(aq)H(aq)Ac(aq)c0/moldm-3 ca 0 0 ceq/moldm-3 ca-x x xxcxcccKaa 2eqHAceqAceqH2+2(H)eqaaxccc一元弱酸一元弱酸、弱碱的解离平衡、弱碱的解离平衡67当

39、当ca/Ka 500时，可忽略已离解部分：时，可忽略已离解部分：ca-x ca5HAc1.76 10K如：如：2532HAcHAcHAc0.01 mol dm5.68 10500ccK时：68aacK (3-3-2)eqeqHH;pHlgaaxcc Kc 即：即：Ka定时定时,ca愈小愈小,愈大愈大一元弱酸一元弱酸、弱碱的解离平衡、弱碱的解离平衡定义：定义：为解离度；代入上式得：为解离度；代入上式得：acceqH 69溶液的解离度溶液的解离度近似与其分析浓度近似与其分析浓度ca的的平方根成反比平方根成反比.即浓度越稀即浓度越稀,解离度越大解离度越大.稀释定律：稀释使弱酸的解离度增加稀释定律：稀

40、释使弱酸的解离度增加70解：查表知解：查表知 Ka1.7610-5%42.01020.40.11076.13511 aacK%33.11033.11.01076.12522 aacK 例例3-2、计算浓度分别为、计算浓度分别为1.0 moldm-3和和0.1 moldm-3 的的HAc溶液的解离度。溶液的解离度。2171并有：并有：bbbcKcx beqOHNHeqOHeqNHbcxcccK2234 bbeqOHKccx -eqOHpOHlg;pH14pOHc 2、一元弱碱、一元弱碱(如如NH3H2O)解离平衡为：解离平衡为：NH3H2O(aq)NH4+(aq)OH-(aq)与前同理与前同理:72 OHeqNHeqOHNHOHHeqNHeqNHeqOHaccccccccK423433Kw=110-14bWaKKK 另可另可表示为弱酸的解离平衡：表示为弱酸的解离平衡：NH4+(aq)+H2O(l)NH3(aq)+H3O+(aq)等同于盐的水解，其解离平衡常数：等同于盐的水解，其解离平衡常数：解离常数解离常数Ka或或Kb可由实验测得，也可与标准平衡可由实验测得，也可与标准平衡常数一样，利用常数一样，利用 rGm-RT lnK求得，附录求得，附录6-773课课 后后 要要 求求复习今天所学内容复习今天所学内容阅读阅读p122-p135内容内容第二章作业下周交第二章作业下周交