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。
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。
酸碱质子理论基础及溶液pH值计算
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化学分析
例：求0.010 mol·L-1 H3BO3溶液的pH值。（Ka1=5.810-10）
OH
B (O H)3 +H2O
H+ + [HO-B O H]-
解：
OH
CK 0.01 5.81010 5.81012 20K , C / K 500
a
w
a
可用最简式计算： [H ] K C 5.81010 0.010 a 2.4106 mol L1 , pH 5.62
当C 10－6 mol L1，则 [OH ] 10－8 mol L1 HCl
[H ] C HCl
（近似式）
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化学分析
例1. CHCl 5.0106 mol L1, 求pH ?
解： CHCl 106 mol L1; [H ] 5.0106 mol L1 pH 5.30
[H ][OH ] K
[H O]
2
K[H O] [H ][OH ] K
2
w
KW称为水的质子自递常数，也称水的离子积
一定温度下，其与浓度、压力无关，25℃时，KW=1.0×10-714。
二、 酸碱解离平衡
化学分析
根据酸碱质子理论，当酸或碱加入溶剂中就发生质子转移，
生成相应的共轭碱和共轭酸
思考
已知: HAc的Ka=1.84×10-5 HNO2的Ka=5.1×10 –4 请判断哪种酸的酸性强
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化学分析
一元共轭酸碱对解离平衡常数Ka与Kb的关系
[H+][Ac-]
Ka = [HAc]
[HAc][OH-]
Kb =
[Ac-]
[H ][Ac ] [HAc][OH ] Ka Kb [HAc] [ Ac ]
4[1].1__酸碱质子理论
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C2O42－的
C2O42－ +H3O+
HC2O4－/ C2O42－——共轭酸碱对
pKa ＝ pKw － pKb1 = 4.29 H2C2O4 + H2O
HC2O4－ +H3O+
pKb ＝ pKw－pKa1 = 12.75
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其实，酸碱强度还与溶剂的性质有关
（） 1 HAc H 2O H 3 O Ac （ 2）HAc NH3 NH Ac 4 （ 3）HAc HAc H 2 Ac Ac
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惰性溶剂 —— 没有拉平效应却具有区分效应，是一种 良好的区分性试剂——非质子溶剂 利用溶剂的拉平和区分效应，可使某些不能在水溶液 中进行的酸碱滴定反应，能在非水溶剂中进行 如：苯酚（pKa = 10）不能直接在水溶液中用强碱滴定 乙二胺中——苯酚被拉平到溶剂化质子水平，酸性相 对增强——即可用强碱滴定
S2－、NH3、Ac－的碱性强弱顺序为：
S2－＞NH3＞Ac－
原因——它们接受质子的能力比H2O强，比OH－ 弱。16Fra bibliotek拉平效应
2 H 2SO 4 H 2O H 3 O SO 4 HCl H 2O H 3 O Cl HNO3 H 2O H O NO 3 3
H＋ ＋ ＋NH3CH2COO－
＋NH CH COOH/＋NH CH COO－ 3 2 3 2
＋NH CH COOH 3 2
4
酸碱可以是中性分子、阴离子或阳离子。
同一物质在不同的共轭酸碱对中，可表现出不同的 酸碱性。 问题： H+ 的共轭碱是什么型体？ H2O是酸还是碱？
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
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。
酸碱质子理论名词解释
酸碱质子理论名词解释在现代物理化学中，酸碱理论是一种重要的理论，主要用于描述电荷和离子的运动情况，由此推导解释各种物理化学的现象。
因此，在学习这一理论方面，对于酸碱理论的名词解释势在必行。
首先，要明确酸碱质子理论的名词是什么，针对不同名词来进行解释。
质子是电荷正数的物质叫做质子，酸与碱相对应，酸是质子数量比电子数量多的化合物，碱是质子数量比电子数量少的化合物。
酸碱质子理论提出，一定条件下，酸和碱可以互相中和，形成盐和水，这种过程称之为酸碱反应。
酸碱反应过程中，参与反应的物质如下：基态元素，酸，碱，离子，盐类，水，质子，电子，离子螯合物，离子浓度等。
其中基态元素是原子或分子尚未经过任何反应，仍处于原子态的元素。
酸是能把离子从中性或它们本来所属的化合物里脱除出来的物质，碱则是能使中性或本来就存在的离子获得质子的物质。
离子是物质电荷不为0的原子或分子，有正离子和负离子之分，离子分为金属离子、非金属离子以及复合离子等。
盐类是由酸与碱中的离子所以某种固定比例反应所得到的化合物。
水是酸碱反应中必不可少的物质，因为它可以稳定离子、改变反应环境，从而调节反应进行的速度。
质子指饱和高分子构成的电荷正数结构，在溶液中质子可以通过水分子自由移动，是溶解过程的重要因素。
电子是物质电荷负数的粒子，经由电子自由移动，从而改变化合物的结构，或产生电流。
离子螯合物是离子在溶液中结合起来的分子，它可以提供离子的稳定环境，调节反应速度。
离子浓度是指一定体积中溶液中各种离子的总量，它可以影响酸碱反应的速度和结果。
此外，酸碱质子理论还能解释多种其它的物理化学现象，如离子浓度失衡，溶液中各种离子的取代反应等。
通过对酸碱质子理论的名词解释，我们可以更清楚的理解酸碱反应的过程，从而更深入地探索酸碱质子理论，深化对物理化学的了解。
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因此，HAc 是上述酸的分辨试剂区分效应。
可见：质子理论中的酸碱强度与参比对象 ( 或溶 剂 ) 有关。如， HAc 在 H2O 中是弱酸，而在液 NH3 中却是强酸。
酸碱反应
NH3 + H2O NH4 + + OH碱1 酸1 酸2 NH3 和NH4 +互为共轭酸碱对 H2O和OH-互为共轭酸碱对 碱2
酸碱质子理论
酸碱理论的发展
酸碱的概念 酸碱电离理论 酸碱溶剂理论 酸碱质子理论 酸碱电子理论 硬软酸碱理论
质子酸碱的定义
• 1923年，由布朗斯特和劳莱提出。 • 质子酸：反应过程中能给出质子（ H+ ）的 分子或离子（HCl，NH4+，H2PO4-）。 • 质子碱：反应过程中能接受质子的分子或 离子（NH3，HPO4-，CO32-）。
+ Hc• H2O H2O • H2O H2O
HAc
H3O+
OHOH-
H3O+
OH-
中和反应 水解反应 自偶电离 自偶解离
强酸+强碱弱酸+弱碱
酸碱的概念
总结——各类酸碱理论的对比
酸碱电离理论 酸碱质子理论
酸碱电子理论
水溶液中，电离阳/ 含容易为金属 反应过程中，能 能接受/给出电子 定义 置换的氢的化和 阴离子全部是H+/OH- 给出/接受质子（H+） 对的物质是酸/碱 物 的化合物是酸/碱 的分子或离子是酸/ 碱 酸碱 H++OH- → H2O 强酸+强碱→弱酸+弱 A++B-→AB 反应 碱 碱将电子对给酸， 实质 质子转移 形成配位键 明确指出了酸碱的 质子理论大大扩大 大大扩大了酸碱 特征，提出了酸碱的 了碱及两性物质的范 的范围和数量； 优点 定量度(以pH=7为界)。 围；将酸碱通过H+这 一切化学反应 个纽带统一起来。 均可归为酸碱反应
共轭碱碱强度： S2- > OH- > NH3 > Ac- > F- > H2PO4>H2O> ( ClO4-、HSO4-、Cl-、NO3- )
拉平效应与区分效应
H2O作溶剂时，既不能区分下述酸( HClO4、H2SO4、 HNO3、HCl )的酸强度，又不能区分下述碱 ( ClO4-、 HSO4-、Cl-、NO3- )的碱强度。因此，H2O是上述酸、碱 的拉平试剂即H2O对上述酸、碱具有拉平效应。 若用HAc作溶剂时，酸碱的标度是以HAc为标准， 下列酸的强度序是： HClO4 H2SO4 HCl HNO3 pKa： 5.8 8.2 8.8 9.4
将碱限定为氢氧化 物(NH3不是阿氏碱)； 酸碱只存在于水溶 液体系。 pH 对无质子参与的酸 碱反应不能解释 酸碱的特征变得 模糊； 无统一的酸碱标 度 软硬酸碱理论
缺点
酸碱 强度
pKa
+ NH4
NH3 + H+
碱 + 质子
酸
共轭酸碱
酸 HCl NH4+ H2PO4HPO42碱 Cl NH3 HPO42PO43+
质子 H+ H+ H+ H+
+
酸碱的强度：用电离平衡常数表示Ka
——与溶剂有关
• 以H2O作溶剂时，酸碱的标度是以H2O为标准
酸强度： ( HClO4、H2SO4、HNO3、HCl ) > H3PO4 > HF > HAc> NH4+ > H2O > HS- ）