酸碱质子理论
无机化学(上)13 酸碱质子理论1.3.2.1 酸碱质子理论
酸碱质子理论
一、酸碱质子理论中酸碱的定义
1923年，布朗斯特德和劳瑞各自独立提出酸碱质子理论：
酸：能够给出质子（H+）的物质
碱：能够接受质子（H+）的物质
酸碱反应指质子有给予提向接受体的转移过程。
酸=碱+H+
上式酸碱称为共轭酸碱对。
酸碱质子理论很好的说明了NH3是碱，因为它可以接受质子生成NH4+，同时也解释了非水溶剂中的酸碱反应。
二、共轭酸碱对
质子理论中无盐的概念，电离理论中的盐，在质子理论中都是离子酸或离子碱；
酸碱质子理论中酸碱具有相对概念：酸可以是分子、阳离子、阴离子；碱也可以是分子、阳离子、阴离子。
既能给出质子又能接受质子的物质，称为两性物质，如H2O。
三、酸碱反应的实质
●酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱
●反应总是向生成相对较弱的酸和碱的方向进行
●对于某种物种，是酸是碱取决于参与的具体反应
四、酸碱质子理论的优缺点
优点：酸碱概念扩大到所有含有质子的体系，适用于水溶液，非水溶液，气相溶液，无溶剂体系。
缺点：只适用于包含质子转移的反应。
分析化学及实验：认知酸碱
讨论：
Ka↑，给质子能力↑强，酸的强度↑ Kb↑，得质子能力↑强，碱的强度↑
共轭酸碱对HA和A- 有如下关系：
Ka · Kb = Kw Ka · Kb = Ks
（二）多元酸碱的强度
H3PO4 Ka1
H2PO4Ka2
HPO42Ka3
H2PO4 - + H+ Kb3
HPO42- + H+ Kb2
PO43- + H+ Kb1
多元酸碱在水中逐级离解，强度逐级递减。 Ka1 > Ka2 > Ka3
Kb1 > Kb2 > Kb3
形成的多元共轭酸碱对中最强酸的解离常数 Ka1对应最弱共轭碱的解离常数Kb3 Ka1 · Kb3 = Ka2 · Kb2 = Ka3 · Kb1 = Kw =1.0 x 10-14
练习
例：计算HS-的pKb2值
半反应1 NH3（碱1）+ H+ 半反应2 H2O（酸2） NH3（碱1） + H2O （酸2）
NH4+（酸1） OH-（碱2）+ H+ OH- （碱2） + NH4+ （酸1）
共轭酸碱对
三、酸碱反应的实质
NH4Cl的水解
（相当于NH4+弱酸的离解）
NH4+ + H2O
H3O+ + NH3
NaAc的水解
三、酸碱反应的实质
酸碱半反应： 酸给出质子和碱接受质子的反应
醋酸在水中的离解：
半反应1 HAc（酸1） 半反应2 H+ + H2O（碱2） HAc（酸1） + H2O （碱2）
Ac- （碱1） + H+ H3O+（酸2） H3O+（酸2） + Ac- （碱1）
简述质子酸碱理论
酸碱质子理论概述：
1、酸碱质子理论：凡是能释放出质子的任何含氢原子的分子或离子都是酸；任何能与质子结合的分子或离子都是碱。
简言之酸是质子给予体，碱是质子接受体。
2、质子理论强调酸和碱之间的相互依赖关系。
酸给出质子后生成相应的碱，而碱结合质子后生成相应的酸。
酸与碱之间的这种依赖关系称为共轭关系，相应的一对酸和碱称为共轭酸碱对。
酸给出质子后生成的碱为这种酸的共轭碱，碱得到质子后所生成的酸称为这种碱的共轭酸。
3、酸碱解离反应是质子转移的反应。
在水溶液中酸碱的电离时质子转移反应医|学教|育网搜集整理。
盐类水解反应实际上也是离子酸碱的质子转移反应。
4、既能给出质子又能接受质子的物质称为两性物质。
5、酸碱的强度首先取决于其本身的性质，其次与溶剂的性质等有关。
酸和碱的强度是指酸给出质子和碱接受质子能力的强弱。
给出质子能力强的酸是强酸，接受质子能力强的碱是强碱；反之，就是弱酸和弱碱。
6、溶剂的碱性越强溶质表现出来的酸性就越强，溶剂的酸性越强溶质表现出来的碱性就越强。
4.1酸碱质子理论与酸碱平衡
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4.1 酸碱质子理论与酸碱平衡
一、酸碱理论：
1、S.Arrhenius 酸碱理论（经典酸碱理论）
28岁的瑞典科学家S.Arrhenius于1887年提出。
2、酸碱质子理论（Proton Theory of Acid and Base）
第三列
[Fe(OH2)6]3+ [Cu(NH3)4]2+ H3O+ F3BNH3 [AlCl4]– [SiF6]2– HCO3– (CH3)2COI2
配合物)
2. 路易斯酸的分类
★ 配位化合物中的金属阳离子，例如[Fe(H2O)6]3+和
[Cu(NH3)4]2+中的Fe3+离子和Cu2+离子。
Cu2+ + 4 [NH3]
2+ NH3
NH3
Cu
NH3
NH3
★ 有些分子和离子的中心原子尽管满足了8电子结构，
仍可扩大其配位层以接纳更多的电子对。如 SiF4 是 个路易斯酸，可结合2个F–的电子对形成 [SiF6]2–。
F
Si
+
F
F F
2 ( F–)
F
F
F
SiБайду номын сангаас
F
F
F
酸碱理论小结：
3种酸碱理论各有所长、所短，侧重的应用范围不同: 1、Arrhenius酸碱理论 无机化学,尤其是 水溶液体
溶液酸性 溶液中性 溶液碱性
pH标度
为了方便指示水溶液的酸碱性，丹麦科 学家S.P.L.Sörensen在1909年提出pH标度。
定义： pH = -lg [H+]
酸碱质子理论
共轭碱
化学式
名称
ClO4HSO4SO42H2O
OH-
高氯酸根 硫酸氢根
硫酸根 水
氢氧根
NH3 NH2Br -
氨 氨基离子
溴离子
酸碱质子理论
从表中的共轭酸碱对可以看出：
①酸和碱可以是分子也可以是离子；
②有的离子在某个共轭酸碱对中是碱，但在另 一个共轭酸碱对中却是酸，如HSO4-等；
碱的强度：用接受质子的能力来量度。
强碱具有高度接受质子的能力。如OH-、PO43离子等。
• 讨论：
酸碱质子理论认为酸碱反应的实质是什 么？
酸碱质子理论
3、酸碱反应 根据酸碱质子理论，酸碱反应的实质，就是两个 共轭酸碱对之间质子传递的反应。例如：
HCl 酸1
+
N碱H2 3
===
N酸H24+
+Cl碱1
NH3和HCl的反应，无论在水溶液中或气相中， 其实质都是一样的。
即HCl是酸，放出质子给NH3，然后转变为它的 共轭碱Cl-；NH3是碱，接受质子后转变为它的共轭酸 NH4+。
强酸和强碱之间质子转移，转化为较弱的共轭碱 和共轭酸的过程。
酸碱质子理论
酸碱质子理论不仅扩大了酸和碱的范围，还可 以把电离理论中的电离作用、中和作用及水解作用， 统统包括在酸碱反应的范围之内，都是可以看作是 质子传递的酸碱中和反应。
两性物质：既能给出质子，又能接受质子的物质。 如HPO42-等。
酸和碱可以是分子或离子。
主要内容
二、酸碱质子理论
2、共轭酸碱的定义
如：HCl→ H+ + Cl-
这样的一对酸碱，它们依赖获得或给出质子互相 依存这样的酸碱对叫做共轭酸碱对，这里Cl-离子是 HCl的共轭碱，而HCl是Cl-离子的共轭酸。即
酸碱质子理论与缓冲溶液
其次，考虑加入HCl后，由于H + (aq)与Ac-(aq)全部结合 生成HAc（因为溶液中有大量的Ac-），所以HAc和Ac-的总浓 渡为：
c(酸)＝0.9 + 0.01＝0.91 (mol·L-1) c(碱)＝0.9 - 0.01＝0.89 (mol·L-1) 则有：
pH= pKa
lg
c(酸) c(碱)
2 4
PO 34
PO34 (aq) H2O (l)
HPO
2 4
(aq
)
OH
(aq
)
Kb1(PO34 )
Kw Ka3 (H3PO4
)
0.022
应按水解平衡精确计算。
例：HCO
3
(aq)
H
2O
(l)
H3O (aq) CO32 (aq)
Ka2 4.2 1013
CO
2 3
(aq)
H
2O(l)
HCO
第六章 酸碱质子理论与缓冲溶液
§ 6.1 酸碱质子理论概述 § 6.2 水的解离平衡和pH值 § 6.3 缓冲溶液
§ 6.1 酸碱质子理论概述
6.1.1 历史回顾 6.1.2 酸碱质子理论的基本概念 6.1.3 酸的相对强度和碱的相对强度
2023/11/8
2
6.1.1 历史回顾
非水体系（少部分）
c(HAc)=1.0 mol·L-1，c(Ac-)=1.0 mol·L-1 因为组成该缓冲溶液的共轭酸碱对是：HAc - Ac所以 c(酸)＝c (HAc)＝1.0 mol·L-1 ，
c(碱)＝c(Ac- )＝1.0 mol·L-1
查表得：
K a ＝1.75×10-5，则有：
pH=
酸碱质子理论
一、酸碱的定义
酸：凡能给出质子的物质都是酸。
碱：凡能接受质子的物质都是碱。
酸和碱可以是分子或离子。如HCl、NH4+、HSO4-是酸； Cl-、NH3、HSO4-是碱。
如：HCl H+ + Cl-
酸 质子 + 碱
这样的一对酸碱，它们依赖获得或给出质子互相依存这样
的酸碱对叫做共轭酸碱对，这里Cl-离子是HCl的共轭碱，而
(1)电离作用： 根据酸碱质子理论的观点，电离作用就是水与分 子酸碱的质子传递反应。 在水溶液中，酸电离时放出质子给水，并产生共 轭碱。
酸碱质子理论
强酸给出质子的能力很强，其共轭碱则较弱，几 乎不能结合质子，因此反应几乎完全进行(相当于 电离理论的全部电离)。
HCl + H2O H3O++Cl-
纯水有微弱的导电能力
H2O + H2O H3O++OHor H2O H++OH-
实验测得295K时1升纯水仅有10-7mol水分子电离， 所以[H+]=[OH-]=10-7mol/L
由平衡原理
Kw=[H+][OH-]=10-14 Kw为水的离子积常数。简称水的离子积。 Kw的意义为：一定温度时，水溶液中[H+]和[OH-] 之积为一常数。
HCl + NH3 === NH4+ +Cl-
酸1 碱2
酸2 碱1
NH3和HCl的反应，无论在水溶液中或气相中， 其实质都是一样的。
即HCl是酸，放出质子给NH3，然后转变为它的 共轭碱Cl-；
NH3是碱，接受质子后转变为它的共轭酸NH4+。 强酸放出的质子，转化为较弱的共轭碱。
酸碱质子理论
电离理论（1887年Arrhenius）
酸碱理论
质子理论(1923年Brö nsted J N )
一、酸碱的定义
Arrhenius的电离理论把酸碱反应只限于 水溶液中，把酸碱范围也限制在能解离出 H+或OH-r 的物质。这种局限性就必然产 生 许多与化学事实相矛盾的现象。
有些物质如NH4C1水溶液呈酸性， Na2CO3、Na3PO4等物质的水溶液呈碱性， 但前者自身并不含H+,后者也不含有OH-， 为此，又提出了许多酸碱理论。酸碱的质 子理论就是其中的一种。二、酸 Nhomakorabea 反 应
按照酸碱质子理论，酸碱反应的实质 是质子的传递，酸碱反应是两对共轭 酸碱对共同作用的结果。例如HAc溶 液呈酸性是由于HAc与H2O分子之间 发生了质子的传递；NH3的水溶液呈 碱性是由于NH3与H2O分子之间发生 了质子的传递。
HAc H2O⇌H3O Ac
酸1 碱2 酸2
酸碱质子理论认为： 酸：凡能给出质子（H+）的物质。 碱：凡能接受质子的物质。 酸和碱既可以是分子，也可以是阴离子或阳 离子。当一种酸给出1个质子后则变成了碱， 而碱得到1个质子则变成了酸，酸和碱之间 的关系可表示为：
酸
H 2 CO 3 ⇌ H HCO3 HCO3
H ⇌ 碱
⇌ H CO3 HCI ⇌ H CI H 3 P O4 ⇌ H H 2 P O4 H 2 P O4 ⇌ H HP O42 HAc ⇌ H Ac
碱1
NH3 H2O ⇌OH NH4
碱1 酸2 碱2 碱1
反应方向：总是由较强的酸或是较强的碱 作用向着生成较弱的酸或较弱 的碱的方向进行。
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酸碱质子理论的基本概念
酸碱质子理论(Theory of acid-base proton)：
酸：凡是能释放质子H+的任何含氢原子的分子或离子的物种，即质子的给予体（Proton donor）。
碱：任何能与质子结合的分子或离子的物种。
即质子的接受体（Proton acceptor）。
共轭酸碱对：酸给出质子生成相应的碱，而碱结合质子后又生成相应的酸；酸与碱之间的这种依赖关系称共轭关系。
相应的一对酸碱被称为共轭酸碱对（Conjugate acid-base Pair）。
例如：HAc的共轭碱碱是Ac-，Ac- 的共轭酸是HAc，HAc 和Ac- 是一对共轭酸碱对。
通式表示如下：
酸= 质子+ 共轭碱
既能给出质子，又能接受质子的物质为两性物质，例如：HPO42-，H2PO42，H2O，[Fe(OH)(H2O)5]2+等。
根据酸碱质子理论，可知酸碱解离反应实质是质子转移反应。
例如：HF在水溶液中的解离反应是由给出的质子的半反应和接受质子的半反应组成的。
HF(aq)H+(aq)+F-(aq)
H2O(l)+H+(aq)H3O+(aq)
HF(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+F-(aq)
水是两性物质，它的自身解离反应也是质子转移反应。
盐类水解反应也是离子酸碱的质子转移反应。
例如：NaAc的分解：
NH4+的分解：
酸碱中和反应（包括非水溶剂中的反应）也是质子转移反应。
1.7.2 Bronsted-Lowry的质子酸碱理论
1923年，Bronsted 和Lowry同时提出了酸碱的质子论。
提出凡能给出质子的分子或离子都是Bronsted -Lowry酸，凡能与质子结合的分子或离子都是Br?nsted -Lowry碱。
根据这一理论，酸和碱彼此统一在对质子的关系上。
一般称Bronsted -Lowry酸脱去质子的部分称为其共轭碱，同样，Bronsted-Lowry碱质子化后就称为其共轭酸。
一个碱的碱性越强，其共轭酸的酸性越弱；反之亦然。
如：
许多有机化学反应中都有质子的传递，而且Br?nsted -Lowry质子酸碱理论可以用p K a值代表酸的强弱，或用p K b值代表碱的强度，即可以定量地比较各种不同酸碱的强弱，因此，Bronsted-Lowry质子酸碱理论对于理解有机化学反应十分重要。
如羧酸的酸性强于苯酚，苯酚的酸性强于醇，因此，可以选择合适的碱逐步分离它们。
又比如烯丙型的氢相比于一般饱和碳上的氢具有很好的反应活性，从其p K a值对比可以看出，由于共轭效应的影响，其脱去氢质子后的碳负离子比较稳定。
又比如羰基化合物的α-H酸性与末端炔烃的p K a值相当，说明羰基化合物的α-H也可以在一定碱的作用下形成负离子，事实上它们可以作为良好的亲核试剂进行各种亲核加成反应。
又如二苯甲烷，三苯甲烷脱去质子后可形成与苯环共轭的碳负离子，其p K a值与胺相当，
也就是说二苯甲基负离子，三苯甲基负离子的碱性与胺负离子（）相当强，常作为强的有机碱。
而烃类化合物中酸性－H >
－H > C sp－H，最弱的有机酸为烷烃，这也就意味着最强的碱为烷基负离子，因此它们的有机金属试剂是最强的碱，也是非常好的亲核试剂。