5.第五章 酸碱解离平衡-思考题解答2011
第五章：电离平衡与酸碱理论
HNO3+HAc H2AcNO3
Kao 4.21010
5、缺点： 不能说明无质子溶剂（SO3、BF3）的酸碱反应，酸 的定义并没有变化。
Practice Exercise：What is the conjugate base of each
of the following acids： H C lO 4 ， H 2 S ， P H 4 + ， H C O 3 -
度，即：
Kwo aHaOH
水的自偶电离是一个吸热反应，故Kwθ值随温度升高
而增大。
lgKw o1 Kw o2
2 .3 0H 3RTT 21 T2T1(H0)
*pH值和pOH pH＝-lgaH+ pOH＝-lg aOH-
pKw o=pH+pOH
例1: pH=14和pH=1的两种强电解质溶液等体 积混合, 求混合后溶液的pH值.
pH = 6.91
三、一元弱碱的电离
用处理一元酸的方法 ,可以导出精确公式：
Kbo
[OH
]
Kwo [OH
]
[OH
]
C0
[OH
]
Kwo [OH
]
当 K c 0 b o 5 0 0 ,C 0 K b 2 0 K w ,[ O H ] K 2 b oK 4 b o 2 K b o c 0 当 K c 0 b o 5 0 0 ,C 0 K b 2 0 K w ,[O H ]K b o c 0 + K w o
理论变色范围 0.1 [In] 10
[HIn]
即：pKa1
实际变色点是变色区间内酸式色与碱式色浓度 相等时的pH值。色浓度相等不是浓度相等。
影响指示剂变色范围的各种因素 （1）指示剂的用量 （2）温度的影响——对Kaθ的影响 （3）离子强度的影响——Ka θ与Kac θ的差别增大 （4）溶剂的影响
酸碱解离平衡
二、弱酸/碱的解离常数 HA(aq) + H2O(aq) == H3O+(aq) + Aˉ(aq)
弱酸的解离常数
B- (aq) + H2O(aq) == HB(aq) + OHˉ(aq)
弱碱的解离常数
5
故：HF的酸性比HAc强。
三、弱酸/碱溶液pH的计算
设一元弱酸HA的浓度为c，解离度为α
HA(aq) + H2O(aq) == H3O+(aq) + Aˉ(aq)
起始浓度 c
0
0
平衡浓度 c(1-α)
cα
cα
达到解离平衡时
——溶液浓度越小，则 其解离：
pOH = – lgc(OHˉ)
：
8
多元弱酸/碱的解离平衡
以H3PO4作为研究对象，
第5章 水溶液化学 水污染
一、酸碱质子理论 (Proton transfer theory)
凡能给出质子的物质都是酸； 凡能结合质子的物质都是碱。
共轭酸碱对
Bronsted J N 丹麦物理化学家
3
酸碱反应的实质 ü 两个共轭酸碱对之间的质子传递
共轭酸碱对1 共轭酸碱对2
● 酸越强，其共轭碱越弱；碱越强，其共轭酸越弱。 ● 反应总是由相对较强的酸和碱向生成相对较弱的酸和碱的方向进行4 。
第5章_酸碱平衡及酸碱滴定法-1
[HAc] [HAc]Ka [HAc]+ [H+]
cHAc
Ka [Ac-] = -] [H+] + Ka [HAc]+[Ac
分布分数的一些特征
δHA
[H+] = [H+] + Ka
δA-
Ka = [H+] + Ka
δ 仅是pH和pKa 的函数，与酸的分析浓度c无关 对于给定弱酸， δ 仅与pH有关 δHA＋ δA -＝1
Kbi =
Kw Ka(n-i+1)
例题：从手册中查出下列各酸的酸度常数pKa，计算各
酸的Ka与相应共轭碱的Kb值。(1)H3PO4；(2)H2C2O4；
(3)苯甲酸；(4)NH4+；
（2）溶剂分子的质子自递反应 H2O + H2O H3O+ + OH(25°C)
Kw= aH + aOH - =1.0×10-14
[HA]＝ δHA c HA , [A-]= δA- c HA
一元弱酸溶液
多元弱酸溶液
分布分数－一元弱酸
HAc H++ Ac-
cHAc=[HAc]+[Ac-]
def [HAc] [HAc] δHAc== c = [HAc]+[Ac-] = HAc
[H+] = [H+] + Ka def [Ac-] δAc == =
配位平衡
氧化还原平衡 沉淀平衡
配位滴定法
氧化还原滴定法 沉淀滴定法
1 酸碱平衡
酸 共轭碱 + 质子
HF
H2PO4-
FHPO42-
+
第五章习题与思考题
第五章思考题与习题1．写出下列各酸的共轭碱：H2O，H2C2O4，H2PO4-，HCO3-，C6H5OH，C6H5NH3+，HS-，Fe(H2O)63+，R-NH+CH2COOH.答：2. 写出下列各碱的共轭酸：H2O，NO3-，HSO4-，S2-，C6H5O-，C u(H2O)2(OH)2，(CH2)6N4，R—NHCH2COO-，COO-C O O-。
答：3．根据物料平衡和电荷平衡写出（1）(NH4)2CO3，（2）NH4HCO3溶液的PBE，浓度为c（mol·L-1）。
答：4．写出下列酸碱组分的MBE、CEB和PBE（设定质子参考水准直接写出），浓度为c （mol·L-1）。
（1）KHP （2）NaNH4HPO4（3）NH4H2PO4（4）NH4CN答：5. （1）讨论两种一元弱酸混合溶液的酸碱平衡问题，推导其H+浓度计算公式。
（2）0.10 mol·L-1NH4Cl和0.10 mol·L-1H3BO3混合液的pH值。
答：6．根据图5—3说明NaH2PO4—Na2HPO4缓冲溶液适用的pH范围。
答：7．若要配制（1）pH=3.0，（2）pH=4.0 的缓冲溶液，现有下列物质，问应该选那种缓冲体系？有关常数见附录一之表1。
（1）COO-C O O-（2）HCOOH （3）CH2ClCOOH （4）NH3+CH2COOH（氨基乙酸盐）答：8．下列酸碱溶液浓度均为0.20 mol·L-1，能否采用等浓度的滴定剂直接准确进行滴定？（1）HF （2）KHP （3）NH3+CH2COONa （4）NaHS （5）NaHCO3 （6）(CH2)6N4 （7）(CH2)6N4·HCl （8）CH3NH2答：9．强碱（酸）滴定一元弱酸（碱），c sp K a（K b）≥10-8就可以直接准确滴定。
如果用K t表示滴定反应的形成常数，那么该反应的c sp K t应为多少？解：因为c sp K a≥10-8，K a=K t•K w，故：c sp K t≥106(答案不正确,特此说明)10．为什么一般都用强酸（碱）溶液作酸（碱）标准溶液？为什么酸（碱）标准溶液的浓度不宜太浓或太稀？答：11．下列多元酸（碱）、混合酸（碱）溶液中每种酸（碱）的分析浓度均为0.10 mol·L-1（标明的除外），能否用等浓度的滴定剂准确进行分布滴定或分别滴定？如能直接滴定（包括滴总量），根据计算的pH sp选择适宜的指示剂。
第五章酸碱解离平衡
N (HA) Neq (HA) 100% c(HA) ceq (HA) 100%
N (HA)
c(HA)
一元弱酸的解离度与标准平衡常数的关系为：
(c / c )2 c 2 / c Ka (HA) c(1) / c 1
当α < 5% 时，1–α≈1，由上式得：
Ka (HA)
c/c
（二）一元弱碱的解离平衡
步对解大小离，。K多a1元越弱大酸，的多相元对弱强酸弱的就酸取性决就于越K强a1。的相
（二）多元弱碱的解离平衡
多元弱碱在水溶液中的质子转移反应也是分
步进行的。例如
CO
2 3
的质子转移反应是分成两
步进行的。
第一步解离：
CO32 H2O
HCO3 OH
K b1
(CO32
)
[ceq
(HCO3 ) / c ][ceq (OH ceq (CO32 ) / c
Ka2
(H3PO4
)
[ceq (HPO42 ) / c ] [ceq (H3O+ ) ceq (H2PO4 ) / c
/
c
]
第三步解离：
HPO24 H2O
PO34 H3O+
Ka3
(H3PO4
)
[ceq (PO34 ) / c ] [ceq (H3O+ ) ceq (HPO42 ) / c
/
c
]
溶液中的 H3O+ 离子主要来自 H3PO4 的第一
A2 H3O+ OH H2A
H2O H2O OH H3O+ 根据得失质子相等的原则：
ceq (H3O+ ) ceq (H2A) ceq (A2) ceq(OH)
第五章酸碱平衡
c(H3O+) = c(Ac-) = 1.3×10-3 mol· L-1
c(OH-) =7.7×10-12 mol· L-1 = x/0.10 =1.3%
c(HAc)=0.10-x≈0.10mol· L-1
{ c (H3O+)}{c(OH-)}
pH = lg c(H3O ) = 2.89
α与 K a的关系： HA(aq) 初始浓度 c 平衡浓度 c– c
H+(aq) + A-(aq) 0 0 c c
c ca c 2 Ka = = c c 1
1.一元弱酸、弱碱的解离平衡
c 2 Ka = 1 当< 10-2， 即Ka / c <10-4 时，可近似计算， 1 1，
5.1 酸碱质子理论概述
酸：凡是能释放出质子的任何分子或离子 （质子给予体） 碱：任何能与质子结合的分子或离子 （质子接受体）
共轭酸碱的概念
共轭酸碱对 酸
HAc
H 2 PO4 HPO2 4
H+ +碱
H Ac
2 H HPO4 H PO3 4
H2PO4-的共轭碱？ 共轭酸？
0.200
NH OH 4
0
0
0.200(1– 0.934%) 0.200×0.934% 0.200×0.934%
c(OH ) = 0.200 0.934% = 1.87 10 3 pH = 14 pOH = 14 ( lg 1.87 10 3 ) = 11.27
3 2 c ( NH ) c ( OH ) ( 1 . 87 10 ) 4 K b ( NH3 ) = = c( NH3 ) 0.200 1.87 10 3
第五章 酸碱解离平衡3.
《基础化学》--- 第五章
多元碱情况相似，求ceq(OH-)浓度时，同样处理。 总结：1. 多元碱 Kb K K ， 当 K / K >102 时， 1 b2 b3
b1 b2 2 可当成一元弱碱处理： 若 c(B ) / Kb1 > 400时： 2 用最简式 ceq(OH-)= Kb c ( B ) 1
{ceq ( H 3O )}{ceq ( B )}
K =
a
{ceq ( H 3O )}{ceq ( B )} {ceq ( HB )}
=
{ceq ( H )}2
ceq(H+)2 + Kaceq(H+) – Kac(HB)= 0
c( HB) - ceq ( H )
《基础化学》--- 第五章
K /K c(H 2 S ) / K
ceq
a1
2 >10 a2 0.10 a1= 8.91 10 8
按一元弱酸处理 > 400 用最简式
8
8.9110 0.1 = 9.44×10-5(mol· L-1 ) pH=4.02 ceq(HS-) = ceq(H+) =9.44×10-5(mol· L-1 )ceq(S2-)=Ka2(mol· L-1
《基础化学》--- 第五章
1.在酸碱质子理论中没有盐的概念。（
）
2.某弱酸溶液稀释时，其解离度增大，溶液的酸度 也增大。（ ） 3.任何一元弱酸的[H+]都等于 K a ca 。
4.室温下,0.10molL-1的 HB（ Ka=1.010-5）溶液中的 -4 -3 + 10 10 =_______ ， [H ]=_________ molL-1 ， pH 值 是 10-9 _______ 。HB的共轭碱的Kb等于__________ 。 3
【无机化学试题及答案】第五章酸碱解离平衡
第四章化学反应速率一、填空题1，若化学反应的半衰期与反应物的初始始浓度无关，则该反应为______级反应；若化学反应的半衰期与反应物的初始浓度成正比，则该反应为______级反应。
2，反应速率系数与______无关，但与______有关。
3，催化剂加快反应速率的根本原因是______。
4，反应A + B Y + Z，若正反应的活化能为Ea，逆反应的活化能为Ea′，则该化学反应的摩尔焓变ΔrHm = ______。
5，对于元反应A(aq) + 2B(aq) Y(aq) + Z(aq)，速率方程为______，反应级数为______，速率系数的SI单位是______。
6，若反应A(aq) Y(aq)为零级反应，则以______对______做图得一直线，直线的斜率为______。
7，已知化学反应2A(aq) Y(aq)的速率系数为6.93×10－3 min－1，则此反应为______级反应，反应的半衰期为______。
二、是非题1，对于绝大多数反应而言，升高温度，吸热反应的反应速率增大，而放热反应的反应速率减小。
2，质量作用定律同样适用于复合反应。
3，对于任意化学反应，反应级数等于反应分子数。
4，对于同一反应，反应物的消耗速率与产物的生成速率总是相等的。
5，在一般情况下，活化能越大的化学反应，其反应速率越慢。
6，当反应物浓度增大时，活化分子的分数增大，所以反应速率加快。
7，化学反应自发进行的趋势越大，其反应速率就越快。
8，由反应速率系数的单位，可以判断反应级数。
9，反应物的浓度与反应速率的关系符合质量作用定律的化学反应，一定是元反应。
10，按简单碰撞理论，能发生有效碰撞的分子一定是活化分子。
三、问答题1，为什么反应速率通常随反应时间的增加而减慢？2，什么叫有效碰撞？反应物分子发生有效碰撞的条件是什么？3，什么叫催化剂？催化剂为什么能改变反应速率？4，简述一级反应的基本特征。
四、计算题1，化学反应2A(aq) Z(aq)，当A的浓度为0.010 mol·L－1时，反应速率为1.4×10－6 mol·L－1·s－1。
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第五章 酸碱解离平衡 思考题试答 2011.10.16.
1．写出下列各分子或离子的共轭碱的化学式：4NH +、HCl 、H 2O 、24H PO −、
3HCO −
答：NH 3、Cl -、OH -、24HPO −、23CO −。
2．写出下列各分子或离子的共轭酸的化学式：H 2O 、HS -、24HPO −、NH 3、
3HSO −
答：H 3O +、H 2S 、24H PO −
、、H 4NH +2SO 3。
3．下列分子或离子中，哪些是酸？哪些是碱？哪些是酸碱两性物质？
HS -、、、、HAc 、OH 2-3SO 2-4HPO +4NH -、H 2O 、、HCl
-3NO 答：酸：、HAc 、HCl (只能失去质子)
+4NH 碱：、OH 2-3SO -、 (只能得到质子)
-3NO 酸碱两性物质：HS -、、H 2-4HPO 2O (既能失去质子也能得到质子)
4．何谓水的质子自递作用？何谓水的离子积常数？在纯水中加入少量酸或碱后，水的离子积常数是否改变？
答：(1) 水的质子自递作用可表示为：H 2O ＋H 2O ＝H 3O +＋OH -它表示一个水分子能从另一个水分子中得到质子形成水合氢离子，而失去质子的那个水分子则剩下氢氧根离子；
(2) 水的离子积常数是指定温下H 3O + 离子与OH - 离子相对平衡浓度的乘积； (3) 在纯水中加入少量酸或碱后，水的离子积常数不变。
5．同离子效应降低了弱酸或弱碱的解离度，是否也改变了弱酸或弱碱的标准解离常数？
答：未改变。
a
K 或b K 既然是标准平衡常数，它就只与温度有关，与溶液中存在什么离子、每种离子的浓度多少无关。
6．什么是酸雨？简述酸雨的形成过程及酸雨对大自然的主要危害。
答：酸雨指pH ＜5.6 的酸性降水。
由于矿物燃料燃烧等因素，引起大气中SO 2浓度升高，在光化
学作用下，SO 2转变为SO 3和硫酸，形成酸雨、酸雾。
酸雨可危害湖泊水体，使鱼虾绝迹；酸化土壤，使土壤贫瘠；使森林遭到破坏；使建筑物、古迹等遭到破坏。
7．在组成蛋白质的20种常见氨基酸中，最简单的是甘氨酸(H 2NCH 2COOH)。
已知甘氨酸的a K 和b K
几乎相等，试判断甘氨酸在强酸性溶液、强碱性溶液和纯水中主要以何种离子存在。
3
+
离子存在； 答：甘氨酸在强酸性溶液中主要以2HOOCCH NH 在强碱性溶液中主要以离子存在；
2OOCCH NH −2
在纯水中主要以离子2OOCCH NH 3−+
存在。
8．是一种酸碱两性物质，但为什么Na -2H PO 4442HPO 4溶液显碱性？
答：是一种酸碱两性物质，也同样是酸碱两性物质，
存在酸式水解和碱式水解两面性。
酸式水解产生H -2H PO 2-4HPO 2-4HPO 3O +，碱式水解产生OH -。
由于碱式水解的倾向大于酸式水解的倾向，OH -
浓度大于H 3O + 浓度，所以溶液呈碱性，与是酸碱两性物质无必然联系。
可以用下列计算说明：
-2H PO 酸水解：＋H 2-4HPO 2O U ＋H 3-4PO 3O
+a3
K \
(H 3PO 4)＝
3+eq 4eq 32eq 4
[(PO )/][(H O )/]
(HPO )/c c c c c −−⋅\\
\
c 4＝4.5×10-13
碱水解：＋H 2-4HPO 2O U ＋OH
-2H PO -b2K \()＝
3-4
PO --eq 24eq 2eq 4[(H PO )/][(OH )/]
(HPO )/c c c c c
−⋅\\\
c
＝
--eq 24eq 2eq 4[(H PO )/][(OH )/]
(HPO )/c c c c c c
−⋅\\\×
+eq 3+eq 3[(H O )/][(H O )/]
c c c c \\
＝,2
w a K K
＝148
1.0106.210−−××＝1.61×10-7
b2K \＞a3K \
，说明碱式水解产生OH - 浓度大于酸式水解产生H 3O + 浓度，所以溶液呈碱性。
9．何谓缓冲溶液？决定缓冲溶液pH 的主要因素有哪些？
答：能抵抗外加少量强酸或强碱而维持pH 基本不发生变化的溶液称为缓冲溶液。
决定缓冲溶液pH 的主要因素有p a
K
和缓冲比。
10．HAc 溶液中也同时含有HAc 分子和Ac - 离子，它为何不是缓冲溶液？ 答：因为这里面虽然有缓冲对，但是缓冲比远远小于
1
10
，所以缓冲容量太小，可以认为它没有缓冲能力。
例如 0.1mol ⋅L -1 HAc 溶液中，c eq (Ac -)＝1.3×10-3 mol ⋅L -1，c eq (HAc)＝0.1mol ⋅L -1，因此缓
冲比为 -(Ac )(HAc)c c ＝3
1.3100.1
−×＝1.3×10-2＜＜ 110。
也就是说抗碱成分有一定浓度，而抗酸成分
几乎没有。
11．HCOOH 、HAc 、ClCH 2COOH 的p a K
分别为3.74、4.74、2.85。
欲配制pH 为3.0的缓冲溶液，应
选择哪种比较好？
答：根据缓冲对选择原则，使所配制的缓冲溶液的pH 在所选的缓冲范围(p a
K ±1)内，因此选用p a K
为2.85的ClCH 2COOH 或p a K 为3.74的HCOOH 均不违背该原则。
但这两个相比，p a K
为2.85
的ClCH 2COOH 要比p a K 为3.74的HCOOH 好。
因为p a K 越靠近pH ，则缓冲比越接近1，在总浓
度相等的条件下缓冲容量β越大。
12．何谓缓冲容量？缓冲容量与哪些因素有关？在什么条件下缓冲溶液具有最大缓冲容量？
缓冲容量β定量表示缓冲溶液的缓冲能力：
β
def
b d dpH n V ⋅＝－a
d dpH
n V ⋅
β与总浓度、缓冲比有关。
同一共轭对组成的缓冲溶液，当缓冲比相同时，总浓度越大，缓
冲容量就越大；当总浓度相同时，缓冲比越接近1，缓冲容量也越大。