酸碱与酸碱平衡.doc

文档介绍：第3章酸碱与酸碱平衡
(Acid-Base & Acid-Base Equilibrium)
本章将以酸碱质子理论为主来讨论水溶液中的酸碱平衡及有关应用。

、碱与酸碱反应的实质
根据酸碱质子理论,凡是能给出质子(H+)(proton)的物质就是酸,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、碱的共轭关系与酸碱半反应
醋酸(可以简写为HAc)能给出质子,所以HAc就是酸,它的剩余部分Ac-由于对质子具有一定的亲和力,能够接受质子而成为HAc,按照酸碱质子理论,Ac-就是碱:
HAc H+ + Ac-
这种因一个质子的得失而相互转变的每一对酸碱就被称为共轭酸碱对(conjugate acid-base pair)。
又如氨水,NH3能接受质子,按照酸碱质子理论它就是碱;NH4+可以失去质子而成为NH3,所以NH4+就是NH3的共轭酸(conjugate acid):
NH3 + H+ NH4+
这种酸及其共轭碱(或碱及其共轭酸)相互转变的反应就称为酸碱半反应。
再看以下一些酸碱半反应:
H2CO3 H+ + HCO3-
HCO3- H+ + CO32-
+NH3-CH2-CH2-+NH3 H+ + +NH3-CH2-CH2-NH2
以上例子可以看出,根据酸碱质子理论,酸或碱可以是中性分子,也可是阴离子或阳离子。总之,酸比它的共轭碱(conjugate base)多一个质子;或者说碱比它的共轭酸少一个质子。
应注意:
①酸、碱是相对的。同一种物质在不同的介质(medium)或溶剂(solvent)中常具有不同的酸碱性。例如HCO3-,在HCO3- H+ + CO32-半反应中它表现为酸。可是在以下另一个半反应中,HCO3-就成了碱:
HCO3- + H+ H2CO3
再如,HAc在水溶剂中是一种弱酸,但在液氨中就成为强酸了。
②共轭酸碱体系是不能独立存在的。由于质子的半径特别小,电荷密度很大,它只能在水溶液中瞬间出现。因而当溶液中某一种酸给出质子后,必定要有一种碱来接受。例如HAc在水溶液中解离时,溶剂H2O就是接受质子的碱:
HAc(aq) H+(aq) + Ac-(aq)
酸1 碱1
+) H2O(l) + H+(aq) H3O+ (aq)
碱2 酸2
HAc(aq) + H2O(l) H3O+ (aq) + Ac-(aq)
酸1 碱2 酸2 碱1
反应式中H3O+称为水合质子(hydrated proton)。
上式就是醋酸在水中的解离(dissociation)平衡,平时书写时简化为:
HAc H+ + Ac-
(2)酸碱反应的实质
从以上醋酸在水中的解离平衡就可以看出,酸碱解离反应是质子的转移反应。
再如HAc与NH3的酸碱反应:
H+

HAc + NH3 NH4+ + Ac-
酸1 碱2 酸2 碱1
很明显,反应是由HAc—Ac-与NH3—NH4+两个共轭酸碱对所组成,同样是一种质子的转移过程。
因此,根据酸碱质子理论,酸碱反应实际上是由两个共轭酸碱对共同作用的结果,反应的实质就是质子的转移。
(3)溶剂的质子自递反应与水的离子积
对于水体系,在酸的解离过程中,水分子接受质子,起了碱的作用;而在碱的解离过程中,水分子释放质子,起了酸的作用。因此,水是一种***溶剂。
由于水分子的***,一个水分子可以从另一个水分子中夺取质子而形成H3O+和OH-,即:
H2O + H2O H3O+ + OH-
这种仅仅在溶剂分子之间发生的质子传递作用就称为溶剂的质子自递反应,反应的平衡常数称为溶剂的质子自递常数,一般以Ksq表示。水的质子自递常数又称为水的离子积(ionic product),以Kwq表示:
(3-1a)
式中ceq(H3O+)、ceq(OH-)分别表示质子传递作用达到平衡时H3O+、OH-的平衡浓度;cq为标准态浓度,即cq = 1 mol·L-1。
上式通常简写为:
Kwq = [H3O+][OH-] (3-1b)
或
Kwq = [H+][OH-] (3-1c)
25℃时,Kwq = ×10-14。
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物质给出质子或接受质子的能力大小。物质给出质子的能力愈强,其酸性(acidity)也就愈强,反之就愈弱。同样,物质接受质子的能力愈强,碱性(basicity)就愈强,反之也就愈弱。
在水中,酸给出质子或碱接受质子能力的大小可以用酸或碱的解离常数(dissociation constant)Kaq或Kbq来衡量。
⑴酸碱解离平衡与解离平衡常