酸堿溶液pH的計(jì)算ppt課件

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第三節(jié)酸堿溶液pH的計(jì)算 酸堿溶液的幾種類型 一 強(qiáng)酸堿二 一元弱酸堿HA多元弱酸堿H2A H3A三 兩性物質(zhì)HA 四 共軛酸堿HA A 五 混合酸堿強(qiáng) 弱 弱 弱 1 物料平衡 MaterialBalanceEquilibrium MBE 各物種的平衡濃度之和等于其分析濃度 電荷平衡 ChargeBalanceEquilibriua CBE 溶液中正離子所帶正電荷的總數(shù)等于負(fù)離子所帶負(fù)電荷的總數(shù) 電中性原則 質(zhì)子條件 ProtonConditionEquilibriua PCE 溶液中酸失去質(zhì)子的數(shù)目等于堿得到質(zhì)子的數(shù)目 2 例 HAc水溶液物料平衡式 MBE c HAc Ac 電荷平衡式 CBE H Ac OH 質(zhì)子條件式 PCE H Ac OH 3 水溶液中酸堿平衡的處理方法 質(zhì)子平衡式 質(zhì)子條件式 PBE 酸堿反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)酸失去的質(zhì)子數(shù)等于堿得到的質(zhì)子數(shù) 4 關(guān)于PBE 零水準(zhǔn)法 質(zhì)子參考水準(zhǔn) 零水準(zhǔn)物質(zhì)的選擇 通常以起始酸堿組分和溶劑分子作為零水準(zhǔn)物質(zhì) a 溶液中大量存在的b 參與質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)子條件式書寫方法等式左邊 得質(zhì)子后產(chǎn)物等式右邊 失質(zhì)子后產(chǎn)物根據(jù)質(zhì)子得失相等原則列出質(zhì)子條件式有關(guān)濃度項(xiàng)前乘上得失質(zhì)子數(shù) 5 例 一元弱酸 HA 的質(zhì)子條件式 零水準(zhǔn) H2O HAHA與H2O間質(zhì)子轉(zhuǎn)移 HA H2OH3O A H2O與H2O間質(zhì)子轉(zhuǎn)移 H2O H2OH3O OH 零水準(zhǔn)酸型堿型 酸型零水準(zhǔn)得質(zhì)子產(chǎn)物 堿型零水準(zhǔn)失質(zhì)子產(chǎn)物 質(zhì)子條件式 H A OH 6 例1 Cmol mL的NH4H2PO4的質(zhì)子條件式零水準(zhǔn) NH4 H2PO4 H2O H3PO4 H NH3 HPO42 2 PO43 OH 例2 Cmol ml的Na2HPO4的質(zhì)子條件式零水準(zhǔn) HPO42 H2O H2PO4 2 H3PO4 H PO43 OH 7 例 濃度為cmol L 1的Na2NH4PO4水溶液 MBE2c Na c NH4 NH3 c PO43 HPO42 H2PO4 H3PO4 PCE H HPO42 2 H2PO4 3 H3PO4 OH NH3 CBE Na NH4 H OH H2PO4 2 HPO42 3 PO43 8 練習(xí) 1 Cmol mL的Na2S的質(zhì)子條件式2 Cmol ml的Na2H2Y的質(zhì)子條件式 9 代數(shù)法思路 質(zhì)子條件 10 1強(qiáng)酸堿溶液 強(qiáng)酸 HCl 強(qiáng)堿 NaOH cHCl 10 5 0and10 8 0mol L 1 pH 質(zhì)子條件 H cNaOH OH 最簡(jiǎn)式 OH cNaOH 質(zhì)子條件 H cHCl OH 最簡(jiǎn)式 H cHCl 11 當(dāng)時(shí) 必須采用精確式計(jì)算 例 濃度為的HCl溶液 其 pH 3 0 濃度為的HCl溶液 其 pH 7 3 堿性 這是不可能的 此時(shí) 必須用精確式計(jì)算pH 6 89 12 2弱酸 堿 溶液 展開則得一元三次方程 數(shù)學(xué)處理麻煩 一元弱酸 HA 質(zhì)子條件式 H A OH 平衡關(guān)系式 13 若 Kaca 10Kw 忽略Kw 即酸的離解遠(yuǎn)大于水的離解 忽略水的離解 HA ca A ca H OH ca H 近似計(jì)算式 展開得一元二次方程 H 2 Ka H caKa 0 求解即可 最簡(jiǎn)式 若 ca Ka 105 則ca H ca 精確表達(dá)式 14 若 Kaca 10Kw但ca Ka 105酸的解離可以忽略 HA ca得近似式 精確式 15 1 Kaca 10Kw 2 ca Ka 105 3 Kaca 10Kw ca Ka 105 精確表達(dá)式 最簡(jiǎn)式 16 例計(jì)算0 20mol L 1Cl2CHCOOH的pH pKa 1 26 如不考慮酸的離解 用最簡(jiǎn)式 pH 0 98 則Er 29 解 Kac 10 1 26 0 20 10 1 96 10Kwc Ka 0 20 10 1 26 100 56 105 17 一元弱堿 B 質(zhì)子條件 得精確表達(dá)式 H HB OH 酸堿平衡關(guān)系 18 若 c Ka 20 1 可以忽略 水的堿性 并且 B cb HB cb OH H cb OH 近似計(jì)算式 最簡(jiǎn)式 若Kb cb 2 5 10 3則即 B cb 19 處理方式與一元弱酸類似 用Kb代替Ka OH 代替 H 一元弱酸的公式可直接用于一元弱堿的計(jì)算 直接求出 OH 再求 H pH 14 pOH 20 質(zhì)子條件式 OH H HB 代入平衡關(guān)系式 1 Kbc 10Kw 2 c Kb 105 3 Kbc 10Kw c Kb 105 最簡(jiǎn)式 21 多元弱酸溶液 二元弱酸 H2A 質(zhì)子條件 H HA 2 A2 OH 酸堿平衡關(guān)系 22 0 05 可略近似式 以下與一元酸的計(jì)算方法相同 Ka1ca 10Kw 忽略二級(jí)及以后各步離解 23 Ka1ca 10Kw 則 0 05 則 ca Ka1 105 計(jì)算飽和H2CO3溶液的pH值 0 040mol L 24 3兩性物質(zhì)溶液 兩性物質(zhì) 在溶液中既起酸 給質(zhì)子 又起堿 得質(zhì)子 的作用 多元酸的酸式鹽Na2HPO4 NaH2PO4 弱酸弱堿鹽NH4Ac氨基酸 25 質(zhì)子條件 H H2A A2 OH 精確表達(dá)式 酸堿平衡關(guān)系式 酸式鹽NaHA 26 若 Ka1 Ka2 HA c pKa 3 2 近似計(jì)算式 如果c 10Ka1 則 Ka1 可略 得最簡(jiǎn)式 若Ka2c 10Kw則Kw可忽略 27 精確式 Ka1 Ka2 HA c Ka2c 10Kw c 10Ka1 pH 1 2 pKa1 pKa2 28 弱酸弱堿鹽NH4Ac 質(zhì)子條件式 H HAc NH3 OH Ka c 10Kw c 10Ka 酸堿平衡關(guān)系 NH4 Ac c Ka NH4 KaHAc 29 例計(jì)算0 0010mol LCH2ClCOONH4溶液的pH CH2ClCOOH Ka 1 4 10 3 NH3 Kb 1 8 10 4Ka 5 6 10 10 Ka c 10Kw c 10Ka pH 6 24 30 氨基酸H2N R COOH PBE H H3N R COOH H2N R COO OH Ka2c 10Kw c Ka1 10 酸堿平衡關(guān)系 31 4 共軛酸堿體系 camol LHA cbmol LNaA PBE HA ca OH H A cb H OH 32 pH 6 酸性 略去 OH pH 8 堿性 略去 H 若ca 20 H cb 20 H 或ca 20 OH cb 20 OH 最簡(jiǎn)式 33 計(jì)算方法 1 先按最簡(jiǎn)式計(jì)算 OH 或 H 2 再計(jì)算 HA 或 A 看其是否可以忽略 如果不能忽略 再按近似式計(jì)算 通常情況下 由共軛酸堿對(duì)組成的緩沖溶液可以用最簡(jiǎn)式直接計(jì)算pH 34 例 1 0 10mol LNH4Cl 0 20mol LNH3先按最簡(jiǎn)式 2 0 080mol L二氯乙酸 0 12mol L二氯乙酸鈉先用最簡(jiǎn)式求得 H 0 037mol L ca OH cb OH 結(jié)果合理pH 9 56 應(yīng)用近似式 解一元二次方程 H 10 1 65mol L 1 pH 1 65 pH pKa lg 9 56 ca cb 35 緩沖溶液 定義緩沖溶液 能使溶液的pH不因外加少量酸 堿或溶液適當(dāng)稀釋等因素而發(fā)生顯著變化的溶液 生理緩沖溶液 人體液 37 正常pH為7 35 7 45 每人每天耗O2600L 產(chǎn)生CO2酸量約合2L濃HCl 除呼出CO2及腎排酸外 歸功于血液的緩沖作用 血紅蛋白 HHb KHb血漿蛋白 HPr NaPr氧絡(luò)血紅蛋白 HHbO2 KHbO2磷酸鹽 H2PO4 HPO42 碳酸鹽 H2CO3 HCO3 36 緩沖現(xiàn)象在自然界和人類社會(huì)中普通存在 buffer 一詞的意思就是彈簧等對(duì)沖力的緩解 在化學(xué)上 借用 buffer 來(lái)表達(dá)能減緩因外加強(qiáng)酸或強(qiáng)堿以及稀釋而引起的pH急劇變化的作用 這種溶液被稱為pH緩沖溶液 簡(jiǎn)言之 緩沖溶液是一種能對(duì)溶液的酸度起穩(wěn)定作用的溶液 37 緩沖溶液通常分為兩類 一類是由弱酸及其共軛堿所組成 基于弱酸的離解平衡來(lái)控制 H 如HAC AC NH4 NH3等 另一類是強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液 由于H 或OH 的濃度本來(lái)就很高 外加少量酸或堿時(shí)不會(huì)對(duì)溶液的酸度產(chǎn)生太大的影響 在這種情況下 強(qiáng)酸強(qiáng)堿也是緩沖溶液 它們主要是高酸度 pH12 時(shí)的緩沖溶液 但這類緩沖溶液不具有抗稀釋的作用 38 緩沖溶液pH的計(jì)算作為一般控制酸度用的緩沖溶液 因?yàn)榫彌_劑本身的濃度較大 對(duì)計(jì)算結(jié)果也不要求十分準(zhǔn)確 可以采用近似方法進(jìn)行計(jì)算 以0 1mol LHA 0 1mol LA 為例 平衡濃度 HA A 可以認(rèn)為分別等于它們的初始濃度CHA和CA 即 39 例 計(jì)算下列溶液的pH值 1 0 20mol LNH3 0 30mol LNH4Cl緩沖溶液 2 往400ml該緩沖溶液中加入100ml0 050mol LNaOH溶液 3 加入100ml0 050mol LHCl溶液 已知pKa 9 26 解 1 因?yàn)?較大 40 2 往400ml該溶液中加入100ml0 050mol LNaOH后 即 41 3 加入100ml0 050mol LHCl后 可見 往緩沖溶液中加入強(qiáng)酸強(qiáng)堿后 pH的改變是很小的 42 二 緩沖容量 1L溶液的pH增加 或減小 1個(gè)單位所需加入的強(qiáng)堿 酸 的物質(zhì)的量 值越大 緩沖能力越強(qiáng) 43 質(zhì)子條件 H b A OH HA A 體系 HA c OH b 根據(jù)和換算得 44 強(qiáng)酸 H 2 3 H 2 3c HCl pH11 HA A HA A 2 3 c x1 x0 1 c c增大則 增大2 H Ka 即pH pKa時(shí) max 0 575c3 緩沖范圍 pKa 1 pH pKa 1 共軛體系緩沖容量的特點(diǎn) 45 46 pH曲線 緩沖溶液所能控制的pH范圍為pKa 1 47 三 緩沖溶液的選擇 1 有較大的緩沖能力 c較大 0 01 1mol L 1 pH pKa 即ca cb 1 1 HAc NaAc pKa 4 76 pH4 5 5 NH4Cl NH3 pKb 4 75 pH4 5 6 CH2 6N4 CH2 6N4H pKb 8 87 pH8 10 2 不干擾測(cè)定 例如EDTA滴定Pb2 時(shí) 不用HAc Ac 控制pH 48 常用緩沖溶液 49 常用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液 標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的pH是實(shí)驗(yàn)測(cè)定的 用于校準(zhǔn)酸度計(jì) 50 綜合考慮 分清主次 合理取舍 近似計(jì)算 酸堿溶液 H 的計(jì)算總結(jié) 質(zhì)子條件物料平衡電荷平衡 酸堿平衡關(guān)系 H 的精確表達(dá)式 近似處理 H 的近似計(jì)算式和最簡(jiǎn)式 51