酸碱平衡与酸碱滴定法
这种因一个质子的得失而相互转变的每一对酸碱被称为共扼酸碱 对。
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第一节 酸碱理论
例如,因为NH3在水溶液中能接受质子,按照酸碱质子理论它就是 碱,又因为NH4+可以失去质子而成为NH3,所以NH4+就是NH3 的共扼酸:
这种酸及其共扼碱(或碱及其共扼酸)相互转变的反应就被称为 酸碱半反应。从这些例子可以看出,质子理论的酸碱概念与电离理 论的酸碱概念相比,具有更为广泛的含义,即酸或碱可以是中性分 子,也可以是阳离子或阴离子。总之,酸比它的共扼碱多一个质子, 或者说碱比它的共扼酸少一个质子。
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第一节 酸碱理论
另外,溶剂分子之间也能发生质子转移作用,被称为溶剂的质子自 递反应。
考虑到本章所讨论的酸碱平衡仍为在水中的离子平衡,为简便起 见,平衡关系式中均略去物态符号。若有气体或固体产生,则分别 用“卞”或“丰”表示。本章主要讨论的就是水溶液中物质的酸碱 性,主要以酸碱质子理论来讨论酸碱平衡及有关应用。
二、酸碱质子理论
酸碱质子理论为:凡是能给出质子(H+)的物质就是酸(质子酸),
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第一节 酸碱理论
凡是能接受质子的物质就是碱。当一种酸给出质子之后,它的剩余部 分就是碱。
1.酸碱半反应 醋酸(简写为HAc)能给出质子,按照酸碱质子理论,HAc就是酸, 而它的剩余部分Ac-由于对质子具有一定的亲和力,还能够接受质子 而成为HAc,故Ac-就是碱。两者的对应关系为:
作为溶剂的水分子同时起着碱的作用,否则HCl就无法实现其在水 中的离解。质子H+在水中不能单独存在,而是以水合质子状态存在, 常写为H3O+为了书写方便,通常将H3O+简写成H+离子。于是上述 反应式可写成如下形式:
上述反应式虽经过简化,但不可忘记溶剂水分子所起的作用。它所 代表的仍是一个完整的酸碱反应。
特别需要注意的是:按照酸碱质子理论,酸碱是相对的,
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第一节 酸碱理论
即有些物质在不同的场合下或溶剂中可以表现出不同的酸碱性。例 如:
对于同一种HPO42-离子,在H2PO4- - HPO42-共扼酸碱对中为碱, 而在HPO42- - HPO43-扼酸碱对中为酸。这类物质为酸或为碱(通 常被称为两性物质)的情况,主要取决于它们对质子的亲和力的相对 大小和存在的条件。
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第一节 酸碱理论
也可看出:酸碱电离理论中的水解反应同样是质子的转移反应。所 以,这种反应在酸碱质子理论中也属于酸碱解离反应。
(3)酸碱中和反应。 例如,NaOH与HCl的酸碱中和反应:
再如,HAc与NH3的酸碱中和反应:
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第一节 酸碱理论
很明显,前一个反应是由H3O+-H2O与H2O-OH-两个共扼酸碱对 所组成,而后一个反应则是由HAc – Ac-与NH4+ -NH3两个共扼 酸碱对所组成。因此,根据酸碱质子理论,酸碱反应实际上是由两个 共扼酸碱对共同作用的结果,反应的实质就是质子的转移。
2.酸碱反应的实质 (1)酸碱解离反应。 例如,HAc在水中的解离反应:
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第一节 酸碱理论
再如,NH3在水中的解离反应:
可见,酸碱解离反应是质子的转移反应。 (2)酸碱电离理论中的水解反应。
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第一节 酸碱理论
例如,NaAc在水中的水解反应:
再如,NH4Cl在水中的水解反应:
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第二节 酸碱平衡与酸碱的相对强度
根据酸碱质子理论,酸或碱的强弱取决于其给出质子或接受质子的 能力大小。若物质给出质子的能力愈强,则其酸性也就愈强;反之酸 性就愈弱。同样,若物质接受质子的能力愈强,则其碱性就愈强;反 之碱性也就愈弱。
学习酸碱平衡时应注意总浓度与平衡浓度的区分。平时所表示的 溶液ห้องสมุดไป่ตู้浓度一般都是指总浓度(或被称为初始浓度、分析浓度)。例 如,0. 20 mol/L HAc溶液的0. 20 mol/L就是初始浓度,并表 示为在HAc溶液中已解离的Ac一和未解离的HAc两种存在形式的总 浓度,一般以( HAc)表示。而平衡浓度是指:某物质在溶液中解离达 到平衡时,某种存在形式(或某组分)的浓度。
其次,这种酸碱半反应是不能独立存在的,当一种酸给出质子后, 必定有一种碱来接受质子。
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第一节 酸碱理论
因此,酸碱半反应实际上是两个共扼酸碱对共同作用的结果,且实 质就是质子的转移。酸碱半反应的过程及结果为:
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第一节 酸碱理论
HCl在水中的离解,便是HCl分子与水分子之间的质子转移作用,是 由HCl-Cl-与H3O+-H2O两个共扼酸碱对共同作用的结果。即:
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第一节 酸碱理论
一、酸碱电离理论
酸碱电离理论认为:在水溶液中,凡是电离时所产生的阳离子全部是氢 离子的物质就是酸,凡是电离时所生成的阴离子全部是氢氧根离子的物质 就是碱;酸与碱反应得到的产物是盐和水;弱酸盐或弱碱盐在水中能发生水 解,生成相应的弱酸或相应的弱碱。酸碱中和反应的实质就是H+和OH结合为H2O的反应。 例如:
第四章 酸碱平衡与酸碱滴定法
第一节 酸碱理论 第二节 酸碱平衡与酸碱的相对强度 第三节 缓冲溶液 第四节 酸碱指示剂 第五节 酸碱滴定法
第一节 酸碱理论
酸碱物质很早就出现在了人类的生活及生产实践中。人们对酸碱的认 识经历了一个由浅人深、由低级到高级的认识过程。人类在17世纪前 就发现并使用盐酸、硫酸、硝酸等强酸。1774年法国科学家拉瓦锡 首先提出酸的组成中都含有氧元素,到了19世纪初又认为酸的组成中 都含有氢元素。这些对酸碱物质的认识仍然是处于感性认识的阶段。 直到1884年瑞典科学家阿仑尼乌斯提出电离理论,才对酸碱物质有 了系统的认识,进而解释了水溶液的酸碱平衡。但电离理论仅局限于 以水为溶剂的电解质溶液。对于非水溶液,电离理论有明显的局限性。 1923年布朗斯特和劳莱分别提出酸碱质子理论,并扩展了电离理论, 较为完整地解释了酸碱及酸碱平衡。
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第一节 酸碱理论
酸碱的相对强弱可以根据它们在水溶液中解离出H+和OH-程度的大 小来衡量。在水中能全部电离的酸或碱被称为强酸或强碱;只有部分 电离的酸或碱被称为弱酸或弱碱。溶液的酸碱性以pH值的大小来判 断:
(4-1) 当pH<7时,溶液为酸性;当pH>7时,溶液为碱性;当pH =7时, 溶液为中性。酸碱电离理论既把酸碱仅限于水溶液,又把碱限制为氢 氧化物,因此难以对酸、碱及酸碱平衡给出完整的解释。