第五章 酸碱平衡
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酸和碱是两类重要的电解质。
在活的有机体中,它们起着十分重要的作用,而且很多药物本身就是酸或碱,它们的制备和分析测定条件以及药理作用等,都与酸碱性有着密切的关系。
酸碱反应是一类没有电子转移、只涉及离子的互换的反应。
许多化学反应和生化反应都是酸碱反应,有些化学反应只有在适当的酸碱条件下才能顺利进行。
了解溶液中酸碱平衡关系及其规律,对于控制酸碱反应以及与酸碱有关的化学反应的进行都是十分必要的。
第一节酸碱理论人们对酸碱概念的讨论经过了二百多年,经历了一个由表及里、由浅入深、由低级到高级的发展过程。
在这个过程中,提出了许多的酸碱理论,较重要的有:阿仑尼乌斯(S.A. Arthenius)的电离理论;布朗斯特(J.N.Bronsted)和劳莱(T.M.Lowry)的质子理论;路易斯(G.N.Lewis)的酸碱电子理论;软硬酸碱理论等。
为了能更好地说明酸碱平衡的有关规律,本节重点讨论质子理论,并简要地介绍酸碱电子理论。
一、酸碱质子理论(一)酸碱定义及其共轭关系酸碱质子理论认为:酸是能够释放质子(H+)的分子或离子(质子给体),碱是能与质子(H+)结合的分子或离子(质子受体)。
例如:HCl、HAc、NH4+、H2PO4-、[Cu(H2O)4]2+等,都能给出质子,它们都是质子酸。
而NH3、OH-、Ac-、HCO3-、HPO42-等,它们都能与质子结合,它们都是质子碱。
例如:根据酸碱质子理论,质子酸给出质子后,余下的部分必有接受质子的能力,即质子酸给出质子变为碱;反之质子碱接受质子后变为质子酸。
酸和碱并不是彼此孤立的,而是统一在对质子的关系上,这种关系可用化学反应方程式表示为:质子酸H+ + 质子碱可见,对质子酸、碱来说,酸内含碱,碱可变酸,所以质子酸、碱是相互依存的,又是可以互相转化的。
它们之间这种“酸中有碱,碱可变酸”的关系被称之为质子酸、碱的共轭关系。
另外,酸碱质子理论中的两性物质(amphoteric compound)是指在反应中,既能给出质子又能接受质子的分子或离子,如H2O、HCO3-、HPO42-等。
第五章酸碱平衡课后习题参考答案1解:共轭碱:CN -;H 2AsO 4-;NO 2-;F -;H 2PO 4-;IO 3-;H 4IO 6-;[Al(OH)2(H 2O)4]2+;[Zn(OH)(H 2O)5]+。
2解:共轭酸:HCOOH ;PH 4+;HClO ;HS -;HCO 3-;H 2SO 3;HP 2O 73-;HC 2O 4-;C 2H 4(NH 2)(NH 3+);CH 3(NH 3+)。
3解:酸:H 3AsO 3;H 3PO 3; 碱:SO 32-;Cr 2O 72-;NH 2-NH 2;BrO -; 两性:H 2C 2O 4-;HCO 3-;H 2PO 4-;HS -。
4解:(1)查表得:50℃时的K θw =5.31×10-14; ∴ 7141030.21031.5][--+⨯=⨯==θW K H pH=6.64同理:100℃时的K θw =5.43×10-13; ∴ 7131037.71043.5][--+⨯=⨯==θW K H pH=6.13(2)[H +]=0.20 pH=0.699(3)[OH -]=8.0×10-3 pH=11.90(4)[H +]=0.05×0.1÷1=5×10-3 pH=2.30(5)333102.15.0100.14.01021.0][---+⨯=⨯⨯+⨯⨯=H pH=2.92 (6)[H +]=0.1/2=0.05 pH=1.30(7)5461005.521010][----⨯=+=OH pH=14-4.30=9.70(8)[OH -]=(0.1-0.01)/2=0.045 pH=12.65 8解:(1)酸HClO 2---共轭碱ClO 2-;碱NO 2----共轭酸HNO 2;7.16100.6100.1)()(]][][[]][][[]][[]][[422222222222=⨯⨯====--+-+---HNO K HClO K H NO HClO H ClO HNO NO HClO ClO HNO K a a (2)HPO 42-(酸)—PO 43-(碱);HCO 3-(碱)—H 2CO 3(酸)671332143332434321007.1102.4105.4)()(]][[]][[------⨯=⨯⨯===CO H K PO H K HCO HPO PO CO H K a a (3)NH 4+(酸)—NH 3(碱);CO 32-(碱)—HCO 3-(酸)82.11108.1107.4100.1)()(]][[]][[51114322423433=⨯⨯⨯⨯===---+-+-CO H K NH K CO NH NH HCO K a a (4)HAc(酸)—Ac -(碱);OH -(碱)—H 2O(酸)9145108.110108.1)(]][[][⨯=⨯===----W a K HAc K OH HAc Ac K (5)HAc(酸)—Ac -(碱);NH 3(碱)—NH 4+(酸)414554341024.310108.1108.1)()(]][[]][[⨯=⨯⨯⨯===---++-NH K HAc K HAc NH NH Ac K a a (6)H 2PO 4-(酸)—HPO 42-(碱);PO 43-(碱)—HPO 42-(酸)5138433432344224241038.1105.4102.6)()(]][[]][[⨯=⨯⨯===------PO H K PO H K PO PO H HPO HPO K a a 15解:由缓冲溶液公式得: ∴ C 酸=0.28(mol/L )所需体积为250×0.28÷6=11.7(ml )18解:(1)刚好中和为NH 4Cl 溶液。
第五章酸碱平衡5.1 酸碱理论5.2 水的自耦电离平衡5.3 弱酸弱碱的电离平衡5.4 酸碱电离平衡的移动5.5 缓冲溶液5.6 酸碱中和反应5.7 前沿话题Acid Rain:The lines on the map are pH isopleths, which identify regions in which the precipitation has the same pH, as indicated by the numbers. Notice that precipitation gradually becomes more acidic going from west to east, especially in industrialized areas of the Nor theast. This acid rain may be a result of the release of nitrogen and su lfur oxidesinto the atmosphere.5.1 酸碱理论(1) 酸碱理论发展小史1) 酸碱的早期定义:有酸味,能使蓝色石蕊变红的物质叫酸;有涩味,使红色石蕊变蓝的物质叫碱。
2) Arrhenius酸碱电离理论(1887)3) Brφnsted-Lowry酸碱质子理论(1923)4) Lewis酸碱电子理论(1923)5) Pearson软硬酸碱理论(1963)(2) Arrhenius酸碱电离理论(1887)●酸碱定义:凡是在水溶液中能够电离产生H+的物质叫作酸(acid),能电离产生OH−的物质叫作碱(base)。
Hydronium ion, hydrated proton, H3O+Electrostatic potential map of the hydronium ion. The proton is always associated with water molecules in aqueous solution.The H3O+ion is the simplest formula of a hydrated proton.水合氢离子HCl(强酸) HF(弱酸)HCl(aq) + H2O (l) H3O+(aq) + Cl−(aq) HF + H2O H3O++ F−2. Oxoacids having the same central atom (Z) but different numbers of attached groups.Acid strength increases as the oxidation number of Z increases.HClO4> HClO3> HClO2> HClO3) Lewis酸碱是着眼于物质的结构。
第五章酸碱平衡一.选择题1.按酸碱质子理论考虑,在水溶液中既可作酸亦可作碱的物质是 ( )(A) Cl-(B) NH4+ (C) HCO3-(D) H3O+2.根据酸碱质子理论,下列各离子中,既可做酸,又可做碱的是 ( )(A) H3O+ (B) CO32-(C) NH4+ (D) [Fe(H2O)4(OH)2]+3.下列各离子中,既可作酸又可作碱的是 ( )(A) H3O+ (B) CO32- (C) NH4+ (D) [Fe(H2O)4(OH)2]+4.在反应 BF3 + NH3→ F3BNH3中,BF3为 ( )(A) Arrhenius碱 (B) Bronsted酸 (C) Lewis碱 (D) Lewis酸5. NH4+的共轭碱是 ( )(A) OH-(B) NH3 (C) NH2-(D) NH2-6.不是共轭酸碱对的一组物质是 ( )(A) NH3,NH2-(B) NaOH,Na+(C) OH-,O2-(D) H3O+,H2O7. H2PO4-的共轭碱是 ( )(A) H3PO4(B) HPO42-(C) H2PO3-(D) PO43-8.根据酸碱质子理论,HNO3 + H2SO4H2NO3++ HSO4-正反应中的酸是 ( )(A) HSO4-(B) HNO3(C) H2SO4(D) H2NO3+9.化学反应Ag(NH3)2++Br-AgBr↓+2NH3按照路易斯酸碱理论,它应属于 ( )(A) 碱取代反应 (B) 置换反应 (C) 酸取代反应 (D) 沉淀反应10.根据软硬酸碱概念,下列物质属软酸的是 ( )(A) H+ (B) Ag+ (C) NH3 (D) AsH311.根据酸碱的溶剂理论,在液态 SO2体系中的碱是 ( )(A) SOCl2 (B) Na2SO3(C) Na2SO4(D) PCl312.氢硫酸电离常数K1 =1×10-7 ,K2 =1×10-13 ,在 0.1 mol.dm-3 H2S 水溶液中溶液的pH值是 ( )(A) 10-2 (B) 2 (C) 3 (D) 413.下列离子中,碱性最强的是 ( )(A) NH4+ (B) CN-(C) Ac-(D) NO2-14. pH=2 的溶液酸度是pH=6的溶液酸度的 ( )(A) 4倍 (B) 12倍 (C) 4000倍 (D) 10000倍15.如果 0.1 mol.dm-3 HCN 溶液中 0.01% 的 HCN 是电离的,那么氢氰酸的电离常数是 ( )(A) 10-2 (B) 10-3 (C) 10-7 (D) 10-916. 0.2 mol.dm-3 甲酸溶液中有 3.2% 的甲酸电离,它的电离常数是 ( )(A) 9.6×10-3 (B) 4.8×10-5 (C) 1.25×10-6 (D) 2.1×10-417.室温下,同浓度的 Na3PO4,Na2HPO4,NaH2PO4溶液的水解度是 ( )(A) Na3PO4最大 (B) NaH2PO4最大 (C) Na2HPO4最大 (D) 三者相等18.在常压下的饱和二氧化碳水溶液中,含碳化合物的浓度最高的是 ( )(A) H2CO3(B) CO2(C) HCO3-(D) CO32-19.某酸HA的K a = 8.4×10-4 ,0.10 mol.dm-3 此酸的H+浓度为 ( )(A) 9.2×10-3 mol.dm-3 (B) 1.8×10-2 mol.dm-3(C) 2.9×10-3 mol.dm-3 (D) 8.8×10-3 mol.dm-320.0.40 mol.dm-3 丙酸溶液的 pH 是(K a = 1.3×10-5 ) ( )(A) 0.40 (B) 2.64 (C) 5.28 (D) 4.8821.pH 为 9.40 的溶液中氢氧根离子浓度为 ( )(A) 4.0×10-10 mol.dm-3 (B) 2.5×10-9 mol.dm-3(C) 4.0×10-6 mol.dm-3 (D) 2.5×10-5 mol.dm-322.0.50 mol.dm-3 HAc的电离度是(K a = 1.8×10-5 ) ( )(A) 0.030 % (B) 1.3 % (C) 0.60 % (D) 0.90 %23.1.0 dm3 0.10 mol.dm-3 H2CO3溶液用等体积水稀释后,溶液中 CO32-浓度为(H2CO3:K a 1 = 4.3×10-7 ,K a 2 = 5.6×10-11 )- ( )(A) 2.8×10-2 mol.dm-3 (B) 5.6×10-11 mol.dm-3(C) 4.3×10-7 mol.dm-3 (D) 7.6×10-6 mol.dm-324.应用式[H+]2[S2-]/[H2S] =K a 1 K a 2 的条件是 ( )(A) 只适用于饱和H2S溶液 (B) 只适用于不饱和H2S溶液(C) 只适用于有其它酸共存时的H2S溶液 (D) 上述 3 种情况都适用25.已知0.01 mol.dm-3 的弱酸HA溶液有 1 %的电离,它的电离常数约为 ( )(A) 10-2 (B) 10-6 (C) 10-4 (D) 10-526. K w 的值是 0.64×10-14 (18℃) 和 1.00×10-14 (25℃),下列说法中正确是- ( )(A) 水的电离是放热过程(B) 水的 pH 值在 25℃时大于在 18℃时(C) 在 18℃时,水中氢氧根离子的浓度是 0.8×10-7 mol.dm-3(D) 仅在 25℃时,水才是中性的27.在 298 K 时,其 pOH 值小于 7 的溶液是 ( )(A)0.1mol.dm-3 NH4Cl (B)0.1 mol.dm-3 HAc 和 0.1 mol.dm-3 NaAc(C)0.1 mol.dm-3 AgNO3 (D) 0.1 mol.dm-3 NaHCO328. pH=1.0 和 pH=3.0 两种强酸溶液等体积混合后溶液的pH值是- ( )(A) 0.3 (B) 1.0 (C) 1.3 (D) 1.529.在水溶液中下列物质酸性强度的演变顺序是- ( )(A) NH3< PH3< C2H5OH < H4SiO4< H3O+< HClO4(B) NH3< C2H5OH < PH3< H4SiO4< H3O+< HClO4(C) NH3< PH3< C2H5OH < H4SiO4< HClO4< H3O+(D) PH3< NH3< C2H5OH < H4SiO4< H3O+< HClO430.将下列物质:HPO42-,OH-,NH3,HSO4-,H2O 按碱性由强至弱的排列次序为 ( )(A)HPO42-,OH-,NH3,H2O,HSO4- (B)OH-,NH3,H2O,HPO42-,HSO4-(C)OH-,NH3,HPO42-,H2O,HSO4- (D)OH-,HPO42-,NH3,H2O,HSO4-31.0.1 mol.dm-3 H3PO4溶液中,下述关系错误的是 ( )(A) [H+] > 0.1 mol.dm-3 (B) [OH-] > [PO43-](C) [H2PO4-] > [HPO42-] (D) [H3PO4] < 0.1 mol.dm-332.0.1 mol.dm-3 碳酸氢钠溶液的 pH 值为 ( )(A) 5.6 (B) 7.0 (C) 8.4 (D) 13.033.Fe(NO3 )3水溶液的pH值比较低,解释这个现象的最恰当理由是 ( )(A) 水总是要电离出H3O+ (B) Fe3+与 OH-生成沉淀,多出H3O+(C) Fe3+本身是路易斯酸 (D) Fe(H2O)63+要离解放出H3O+34.相同浓度的下列几种酸中,酸性最弱的是 ( )(A) HCl (B) HBr (C) HI (D) H2Se35.下列各对物质中,酸性强度顺序正确的是 ( )(A) H2SO4>HClO4(B)HOCl <HOBr(C) As2S3> As2S5(D) Pb(OH)2< Sn(OH)236.把 100 cm3 0.1 mol.dm-3 HCN (K a =4.9×10-10)溶液稀释到400 cm3 ,[H+]约为原来的 ( )(A) 1/2 (B) 1/4 (C) 2倍 (D) 4倍37.下列浓度相同的盐溶液按 pH 递减次序排列正确的是 ( )(A) KClO4,KClO3,KClO2,KClO (B) KClO,KClO2,KClO3,KClO4(C) KClO3,KBrO3,KIO3(D) KClO,KBrO,KIO38.制备2.00 dm3 pH = 9.4的NaAc 溶液,需 NaAc 的物质的量为 ( )(K a HAc = 1.76×10-5 )(A) 2.2 mol (B) 1.1 mol (C) 5.7×10-10 mol (D) 1.9×10-10 mol39.一个一元弱酸的0.20 mol.dm-3溶液,其pH= 3.0,它的电离常数K a 是 ( )(A) 0.60 (B) 1.0×10-3 (C) 2.0×10-4 (D) 5.0×10-640.0.10 mol.dm-3 Na2HPO4水溶液的 pH 值约为 ( )(H3PO4:p K a 1 = 2.1,p K a 2 = 7.2 ,p K a 3 = 12.7)(A) 4.65 (B) 9.95 (C) 7.40 (D) 7.3341.0.36 mol.dm-3 NaAc 溶液的 pH 为(HAc:K a = 1.8×10-5 ) ( )(A) 4.85 (B) 5.15 (C) 9.15 (D) 8.8542. 20 cm3 0.10 mol.dm-3 HCl 和 20 cm3 0.20 mol.dm-3 NH3.H2O混合,其pH 为(NH3: K b = 1.76×10-5 ) ( )(A) 11.25 (B) 4.75 (C) 9.25 (D) 4.2543.把 100 cm3 0.1 mol.dm-3 HCN (K a = 4.9×10-10 )溶液稀释到 400 cm-3 ,氢离子浓度约为原来的- ( )(A) 1/2倍 (B) 1/4倍 (C) 2倍 (D) 4倍44.在 0.10 dm3 0.10 mol.dm-3 HAc 溶液中,加入 0.10 mol NaCl 晶体,溶液的 pH 将会 ( )(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (B) 无法判断45.将0.10 mol.dm-3HAc与0.10mol.dm-3 NaOH 等体积混合,其pH值为 ( ) (K a HAc = 1.76×10-5 )(A) 5.27 (B) 8.73 (C) 6.73 (D) 10.4946.为测定某一元弱酸的电离常数,将待测弱酸溶于水得 50 cm3 溶液,把此溶液分成两等分。