大学化学课件：第四章 溶液中的离子平衡

HCO3HCO3- + H+
CO32- + H+ H2CO3
H 2 O+H +
H3O+
H2O
OH- +H+
既能给出质子，又能接受质子的物质称为两性 物质。
4.1.2共轭酸碱概念及其相对强弱
按照质子理论，某种酸A给出质子后就变 为相应的碱B，而某种碱B接受质子后就变为 相应的酸A，其相互变化的关系如下：
HPO24- +
质子
H+
H+
酸
NH
+ 4
H
2
PO
4
与质子相结合的部分是碱(如Cl-、[Al(OH)(H2O)5]2+ 、 HPO42-等)，碱也可以是中性分子(NH3)，正离子 ([Al(OH)(H2O)5] 2+)或负离子(HPO42-)。
有些物质（例如HCO3-、H2O）既能够给出 质子，又能够接受质子，例如：
酸
碱 + 质子
HCl
Cl- +
H+
[Al(H2O)6] 3+ NH4+ H2PO4-
[Al(OH)(H2O)5] 2+ + H+
NH3 +
H+
HPO42- +
H+
酸可以是分子(HCl)，正离子([Al(H2O)6]3+)或负离 子(H2PO4-)，它们都含有氢，并在反应中给出质子。
碱+
NH3 +
HA+H2O
弱酸1 弱碱2
A- +H3O+ ①
强碱1 强酸2
K
aO(HA)
[c(H3O
)/ cO ][c(A c(HA)/ cO
)/
cO
]
弱酸共轭碱A-的解离（盐类的水解）平衡：
A-+ H2O
弱碱1 弱酸2
HA+ OH- ②
强酸1 强碱2
K
bO(A
)
[c(HA)/
cO ][c(OH c(A )/ cO
易
酸强 难 质子+碱弱
难
酸弱
质子+碱强
易
共轭酸碱对的半反应都是不能单独存在的。 因为酸并不能自行放出质子，必须有另一物质 同时作为碱接受质子；反过来，碱也必须从另 一种酸中接受质子，才能变成共轭酸。
H+
HAc+H2O
弱酸1 弱碱2
H+
H3O++Ac-
强酸2 强碱1
Ac- +H2O
弱碱1 弱酸2
HAc+OH-
强酸1 强碱2
在质子转移反应中，强酸的共轭碱是弱碱，弱酸 的共轭碱是强碱；强碱的共轭酸是弱酸，弱碱的共轭 酸是强酸。
4.1.3 酸碱反应的实质
根据质子理论，可分别讨论电离学说中的强电 解质的解离作用、中和反应、弱酸和弱碱的解离作 用、水的质子自递反应、盐类水解等作用。如强电 解质的解离作用，HCl在水中的解离
第四章 溶液中的离子平衡
4.1 酸碱质子理论
人类对酸碱的认识经历了一个由浅入深、 由低级到高级的漫长过程。先后提出了许多酸 碱理论，产生了较大影响的酸碱理论主要有阿 伦尼乌斯的电离理论、布朗斯特—劳莱的质子 理论和路易斯的电子论。
阿伦尼乌斯提出酸碱电离理论：电解质在 水溶液中能解离，解离时生成的阳离子全部是 H+的化合物就是酸（acid），解离时产生的阴 离子全部是OH-的化合物就是碱（base）。酸 碱反应的实质就是H+和OH-作用生成水。
阿伦尼乌斯电离理论无法解释非水溶液中 的酸碱行为，如在液氨中NH4Cl和NaNH2的反 应：
NH4++NH2-
2NH3
阿伦尼乌斯理论有一定的局限性，需要进 一步补充和发展。
4.1.1质子酸、质子碱的定义
1923年，丹麦科学家布朗斯特和英国科学家 劳莱分别提出酸碱质子理论。
酸碱质子理论认为，凡是能给出质子(H+)的分 子或离子都是酸，凡是能接受质子的分子或离子 都是碱。酸是质子的给予体（proton donor），碱 是质子的接受体（proton acceptor) 。
A
B + H+
式中A表示酸，B为相应的碱。上式表示了酸 碱的相互依存相互转变的关系，质子酸碱的这 种对应的互变关系称为共轭关系。
HCl
[Al(H2O)6] 3+ NH4+ H2PO4-
Cl- +
H+
[Al(OH)(H2O)5] 2+ + H+
NH3 +
H+
HPO42- +
H+
一种酸放出一个质子后形成的碱为它的共轭 碱；一种碱接受一个质子后所形成的酸为它的共 轭酸；酸和它的共轭碱或碱和它的共轭酸被称为 共轭酸碱对。
酸碱的强弱
酸碱的强弱以给出质子能力或接受质子能力 的强弱而定。
给出质子能力强的酸为强酸(如HCl)，给出质 子能力弱的酸为弱酸（如HAc）。接受质子能力 强的碱是强碱（如OH-），接受质子能力弱的碱 是弱碱（如 HSO4-） 。
表4.1中，H3O+上方的酸都是很强的酸，OH下方的碱都是很强的碱(如氨基负离子NH2-)。
H+
HCl + H2O
强酸1 强碱2
H3O+ + Cl-
弱酸2
弱碱1
强电解质解离作用是强酸强碱作用生成弱酸弱 碱过程。
质子理论认为，酸碱中和反应是两个共轭 酸碱对之间质子的转移反应。
H+
HCl + NH3
强酸1 强碱2
NH4+ + Cl-
弱酸2 弱碱1
质子理论不仅适用于水溶液，还适用于气 相和非水溶液中的反应。
酸碱反应的实质是质子传递，若酸碱反应 是由较强的酸与较强的碱作用，向生成较弱的 酸和较弱的碱方向进行，则反应正方向进行的 程度很大，逆向进行的程度较小。
H+
H3O+ + OH-
强酸1 强碱2
H2O + H2O
弱酸2 弱碱1
K
w
以HA-A共轭酸碱对在水溶液中的行为来说明。 弱酸HA在水中存在下列解离平衡：c(H3O )/cO ][c(A c(HA)/ cO
)/cO
]
K
O b
(A
)
[c(HA)/cO ][c(OH c(A )/cO
)/cO
]
K
O W
c(H3O )c(OH )
cO
cO
K
O W
K aO(弱酸）K bO(共轭碱 ）
NH4+-NH3共轭酸碱对在水溶液中的情况
)/
cO
]
HA+H2O +） A-+H2O
H2O + H2O
A- +H3O+ HA+OH-
H3O+ + OH-
③
水的质子自递反应
H+
H2O + H2O
弱酸1 弱碱2
H3O+ + OH-
强酸2 强碱1
水的质子自递常数
K
O W
c(H3O )c(OH )
cO
cO
（25 ℃时，KwӨ =1.0×10-14）
从表4-1可看出一些酸碱的相对强弱。
酸与碱间的强弱有一定的依赖关系, 强酸的 共轭碱是弱碱, 强碱的共轭酸是弱酸；弱酸的共 轭碱是强碱，弱碱的共轭酸是强酸。
可以通过比较酸的强弱，确定其共轭碱的 相对强弱。
酸越容易放出质子，其共轭碱越难结合 质子，即酸越强其共轭碱就越弱；反之，酸 越弱，其共轭碱就越强。