第6章 酸碱质子理论与缓冲溶液
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.1 水的离解与溶液的pH 57
第6章 酸碱质子理论与缓冲溶液
最初，人们对酸碱的认识只单纯地限于从物质所表现出来的性质上来区分酸和碱。随着生产和科学技术的进步，人们的认识不断深化，提出了多种酸碱理论。其中比较重要的有离解理论，溶剂理论，质子理论，电子理论以及软硬酸碱概念等。中学化学关于酸碱概念的讨论都是基于离解理论，本章主要介绍水的离解与溶液的pH ，酸碱的质子理论及其基于在此理论上提出的缓冲溶液概念。
6.1 水的离解与溶液的pH
6.1.1 水的离解平衡
水的离解非常之小，通常认为是不离解的。但是采用精确的实验方法可以测出，在25℃时，1L 水中有10-7 mol 分子发生离解，离解反应如下：
H
2O
H + + OH －
起始浓度／mol ·L -1 1000/18 0 0 平衡浓度／mol ·L -1 55.55-10-7 10-7 10-7
)
()()(})({})(}{)({2///2O H c OH c H c c O H c c OH c c H c K -+-+==
c / (H
+
)·c /
(OH -
)＝55.55K ＝10-7×10-7
令55.55×K ＝K w ，则水的离子积常数K w ＝10-14。
K
w ＝c / (H
+
)·c /
(OH -
)适用任何溶液，K w 的值随温度升高而显著增大。
需指出，上述式子中的c /
(A)为系统中物种A 的浓度c(A)与标准浓度c 的比值，即
c /
(A)＝c(A)/c 。由于c ＝1mol ·L -1，故c 和c /
数值完全相同，只是量纲不同，c 量纲为
mol ·L -1，c /
量纲为1，或者说c /
只是个数值。以后关于其它平衡常数的表示将经常使用
这类表示方法。请注意c 与c /
的异同。
6.1.2 溶液的酸碱性和pH
由上所述，可以把水溶液的酸碱性和H +、OH -－
浓度的关系归纳如下：在酸性溶液中，
c /
(H
+
)＞10-7＞c /
(OH -
)；在中性溶液中，c /
(H
+
)＝10-7＝c /
(OH -
)；在碱性溶液中，c / (H
+
)＜10-7
＜c /
(OH -
)。由此可见，溶液的酸碱性由c(H +)和c(OH -
)的相对大小决定。
为了方便起见，1909年索伦森（Sorensen S P L ）提出用pH 表示溶液的酸碱性。所谓pH ，是溶液中c / (H
+
)的负对数：
pH ＝- lgc /
(H
+
)
58 第6章 酸碱质子理论与缓冲溶液
可见，pH 越小，溶液的酸性越强；反之，pH 越大，溶液的碱性越强。溶液的酸碱性与pH 的关系为：酸性溶液的pH ＜7，c /
(H
+
)＞10-7；中性溶液的pH=7，c /
(H
+
)＝10-7；
碱性溶液的pH ＞7，c /
(H
+
)＜10-7。
同样，也可以用pOH 表示溶液的酸碱度。定义为：
pOH ＝- lgc /
(OH -
)
因此则有：pH + pOH ＝pK
w ＝14
此式适用：10-14 mol ·L -1≤)(/+H c ≤1 mol ·L -1或10-14 mol ·L -1≤)(/-OH c ≤1 mol ·L -1
例题6-1：计算0.05 mol ·L -1HCl 溶液的pH 和pOH 值。 解：盐酸为强酸，在溶液中全部离解：HCl H + + OH -
c /
(H
+
)＝0.05 mol ·L -1
pH ＝- lgc /
(H
+
)＝-lg0.05＝1.3
pOH ＝pK w – pH ＝14–1.3＝12.7
6.2 酸碱质子理论
6.2.1 酸碱概念
酸碱离解理论是阿累尼乌其斯（Arrhenius ）根据他的电离学说提出来的。他认为在水中能电离出氢离子并且不产生其它阳离子的物质叫酸。在水中能电离出氢氧根离子并且不产生其它阴离子的物质叫碱。酸碱中和反应的实质是氢离子和氢氧根离子结合成水。这个理论取得了很大成功，但它的局限性也早就暴露出来。例如，气态氨与氯化氢反应迅速生成氯化铵，这个酸碱中和反应并没有水的生成。
由于阿累尼乌斯的酸碱离解理论不能解释一些非水溶液中进行的酸碱反应等问题，1923年布朗斯特（Bronsted ）和劳瑞（Lowry ）分别提出了酸碱质子理论，把酸碱概念加以推广。酸碱质子理论认为凡是能给出质子的物质都是酸，凡是能与质子结合的物质都是碱。即酸是质子的给予体，碱是质子的接受体。这样，一个酸给出质子后余下的部分自然就是碱，因为它本身就是与质子结合的。它们的关系如下：
酸(HB)
碱(B) + 质子(H +)
这种关系叫做酸碱的共轭关系，式中略去了HB 和B 可能出现的电荷。右边的碱是左边酸的共轭碱，左边的酸是右边碱的共轭酸，两者组成一个共轭酸碱对，它们只直差一个质子。
例如： HOAc
OAc - + H +