chapter4-酸碱理论

化学究竟是什么 化学就是你 化学究竟是什么 化学就是我 化学究竟为什么 化学为了你 化学究竟为什么 化学为了我 化学究竟为什么 化学为了你 化学究竟为什么 化学为了我 父母生下 生下的你我 lalala是化学 过程的结果 你我你我 的消化系统 lalala是化学 过程的场所 记忆和思维活动 要借化学过程来描摹 要借化学过程来描摹 描摹描摹 即便你我的喜怒哀乐 也是化学神出鬼没 也是化学物质的 神出鬼没,化学 你原来如此神奇(给力) 哦 化学 难怪你不能不火 哦 四海兄弟 我们携手努力 哦 为人类的航船 奋力扬波 你我你我 要温暖漂亮 Lalala 化学提供 衣装婀娜 你我你我 要吃足喝好 lalala化学提供 营养多多 你我要飞天探地 化学提供动力几何 化学提供动力几何 动力几何 即便你我的身心健康 也是化学密码解锁 也是化学为生命 密码解锁,化学是你，化学是我歌词,神曲？,第四章 酸碱理论基础,维生素C（Vitamin C ，Ascorbic Acid）又叫L-抗坏血酸,C6H8O6（维生素C）+I2=C6H6O6（脱氢抗坏血酸）+2HI,五元环上羟基脱氢。,柠檬酸： 是生理学中将脂肪、蛋白质和糖转化为二氧化碳的过程中的重要化合物。,这些化学反应是几乎所有代谢的核心反应，并且为高等生物提供能量。汉斯·阿道夫·克雷布斯因为发现这一系列反应获得了1953年诺贝尔生理学或医学奖。这一系列反应称作“柠檬酸循环”、“三羧酸循环”或“克氏循环”。,1. 了解酸碱概念的变迁； 2. 理解布朗斯特酸碱理论的意义和要点； 3. 理解路易斯酸碱理论的意义和要点； 4. 了解软硬酸碱的内容和应用； 了解几种有代表性的路易斯酸。 酸碱平衡基础及溶液pH的计算。,电解质的概念：溶解在水中或熔融状态下能导电的化合物。所以能够导电，是因为在这种状态下能解离出离子，根据解离程度的不同，可分为强电解质与弱电解质。 一、强电解质与弱电解质 1、强电解质 (strong electrolyte) 2、弱电解质 (weak electrolyte) 3、解离度 (degree of dissociation),回顾： 强电解质溶液理论(在溶液一章已介绍),强电解质(strong electrolyte) :在水溶液中能完全解离成离子的化合物。如NaCl、CuSO4等物质，它们的晶体是由离子组成的，因而在熔融状态下也能导电。,强电解质包括离子型化合物(如氯化钠，氢氧化钾)和强极性分子(如氯化氢)。它们在水溶液中完全解离成离子，不存在解离平衡,弱电解质(weak electrolyte)：在水溶液中只能部分解离成离子的物质。如HAc、NH3·H2O等物质在水溶液中只有很少部分解离成离子，它们大部分还是以分子的形式存在溶液中，这些物质都是弱电解质。,弱电解质在水溶液中只有部分分子解离成离子，这些离子又互相吸引，一部分重新结合成分子，因而解离过程是可逆的，在溶液中建立一个动态的解离平衡。,解离度(degree of dissociation) ：是指电解质达到解离平衡时，已解离的分子数和原有的分子总数之比。,对于不同的电解质，由于其本性不同，它们的解离度的差别也很大。 解离度的大小可以通过电解质溶液的依数性Tb 、Tf、来测定。,解离度的单位为一(one)，习惯上也可以百分率来表示。,然而对于象NaCl、KCl这类强电解质溶液而言 ,实验得到0.1mol.L-1的NaCl溶液解离度并不是100% 。而是86。这种由实验测得的解离度称为：表观解离度 。 为什么表观解离度与理论解离度有如此大的差异？,根据0.1mol.kg-1的电解质溶液的解离度的不同将电解质粗略分为： 强电解质(30%)； 中强度电解质(5%30%) ； 弱电解质(5%),离子氛 ：,离子间通过静电力相互作用，每一个离子都被周围带异号电荷的离子包围着，形成所谓离子氛。,强电解质溶液理论,1、 离子互吸理论 (ion interaction theory ),强电解质完全解离成离子同性相斥，异性相吸离子氛(ion atmosphere) 离子不能完全自由运动 效能降低。 NaCl = Na+ + Cl-,表观解离度 100% 的原因： 离子氛存在 水合离子缔合成离子对 离子浓度、离子电荷数，表观解离度。,活度：离子的有效浓度(即表观浓度)总比理论浓度要小，这个有效浓度就是活度(activity) 活度aB与溶液浓度cB的关系为 a= B·cB/c 式中 B称为溶质B的活度因子(activity factor), cB为B的浓度， c为标准浓度。 活度因子 B：直接反影了溶液中离子间互相牵制的强弱 。,2、离子的活度与活度因子,注意： ±通常由实验测定所得。 一般 1 ,溶液很稀时 1 a C/Co 与C、Z有关，C、Z ， 溶液中的中性分子 =1， 弱电解质 1 纯固体或纯液体 a=1,影响 ± 的主要因素： 离子的浓度 和电荷数。 离子强度(ionic strength) ： 表示溶液中每一种离子受到所有离子产生的静电引力的影响。,3、活度因子与离子强度,I= (b1Z12+b2Z22+) = biZi2 I= (C1Z12+C2Z22+) = CiZi2,除特别申明外，对稀溶液一般不考虑活度因子的校正。 但在生物体中，电解质离子以一定的浓度和一定的比例存在于体液中，离子强度对酶、激素和维生素的功能影响不能忽视。,酸碱理论的发展及其意义 1. 酸碱理论的发展 2. 1887年 S. Arrhenius 的电离理论： 定义:水溶液中，能解离出H+的物质 酸 水溶液中，能解离出OH-的物质 碱 反应实质： H+ + OH- H2O 优势 在物质的化学组成上揭示了酸碱的本质。 通过化学平衡的原理量度酸碱的强弱。,经典的Arrhenius 酸碱理论, 在水溶液中所有的酸都电离出氢离子， 所有的碱都电离出氢氧根离子，酸碱反 应就是H+和OH-反应生成水。 这个理论要求碱必须有OH-基团，但是 NH3这样的物质，虽然没有OH-基团， 但毫无疑问它也是碱。 Arrhenius 酸碱理论另一个问题是没有 考虑到溶剂（H2O）担当的角色。,电离理论的局限性,如 NH4Cl水溶液呈酸性； NaHCO3、Na3PO4等水溶液呈碱性 另外， 把酸碱限制在水溶液中，无法解释： 如 非水溶剂中的酸碱反应 NH3 + HCl = NH4Cl,4.1 布朗斯特酸碱 The Brönsted-Lowry acid-base model,4.2 路易斯酸碱 The Lewis acid-base model,4.3 酸碱平衡 Acetic-alkali equilibrium,新课,4.1.1 定义 Definition,4.1.2 共轭酸碱对 Conjugate acid-base pair,4.1.3 布朗斯特平衡 Brönsteds equilibrium,4.1.4 酸碱性强弱与分子结构的关系 Relation between the molecular structure and the acidity,§4.1 BrönstedLowry 酸碱（质子）理论,4.1.1 定义,4.1.2 共轭酸碱对,半反应(Half reaction)的概念,酸给出质子的趋势越强，生成的共轭碱越弱，反之亦然；碱接受质子的趋势越强，生成的共轭酸越弱， 反之亦然。,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。,任何布朗斯特酸碱反应都涉及两个共轭酸碱对。,一种物质是酸是碱, 取决于它参与的反应；既可为酸又可为碱的物质叫两性物质(Amphoteric substance)。,相对共轭酸强度,质子很小，不能独立存在，故为两个共轭酸碱对之间的质子传递, 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碱 和酸的方向进行 对于某些物种，是酸是碱取决于参与的具体反应,1. 酸碱反应的实质,酸碱反应的方向： 任一酸碱反应，至少有两个共轭酸碱对。由于质子转移反应是竞争反应，反应的方向总是由较强的酸碱反应生成较弱的酸碱。 这种质子传递反应，既不要求反应在溶液中进行，也不要求先生成独立的质子再结合到碱上，而只是质子从一种物质转移到另一种物质上！ 因此，反应既可以在水相中，也可在非水相或气态下反应！,2. 酸碱反应的类型, 酸和碱的解离反应,Attention to the role of H2O !, 酸和碱的中和反应,酸碱依存关系,酸碱依存关系,4.1.3 布朗斯特平衡,布朗斯特酸碱反应可写为如下通式:,显然, 布朗斯特酸碱反应是碱B与碱B争夺质子的反应, 碱的强弱影响着酸的强度。,HB + B B + HB,HB(aq) + H2O(l) B(aq) + H3O+(aq),由于质子对负离子和极性共价分子负端极强的吸引力，因而在任何溶剂中都不可能以“裸质子”形式存在。水合高氯酸HClO4·H2O晶体结构测定结果证实, 其中的H+以H3O+形式存在。H3O+是NH3的等电子体。另一个被确定了结构的物种是固体水合物 HBr·4H2O中的H9O4+。普遍的看法是, 水溶液中水合氢离子的形式随条件变化而不同。,水合氢离子,hydronium,ion,水合氢离子,hydronium,ion,4.1.4 酸碱性强弱与分子结构的关系,如果了解了化合物的酸碱性与其分子结构的关系，就会发现，化合物的酸碱性与元素在周期表中的位置密切相关。, 化合物显示的酸性源自失去质子的能力，可以预期 酸的强弱与HB键的强弱有关，HB键越强，相 应的酸越弱。,1. 二元氢化物的酸性,化合物 NH3 H2O HF 0.9 1.4 1.9,NH3 在水溶液中显碱性, H2O为中性, 而HF却是一个中等强度的酸。,2、酸碱的强弱关系 物质的酸碱性及其强弱是在质子转移的过程中体现出来的，物质的酸碱性具有相对性。 物质的酸碱性既取决于物质的本性；又取决于质子转移的对象(或者是溶剂) ： 1）同一物质在不同溶剂，表现强度不同，给出质子于溶剂越易，其酸性越强；从溶剂中接受质子越易，其碱性越强。 HAc在水和液氨中 。 2）不同物质在同一溶剂，表现强度不同（在水中）。 HClO4HNO3H3PO4HAcH2CO3H20 NaOHNa2CO3NH3NaHCO3NaCl,3 ）拉平与区分效应（拉平剂与区分剂） 将不同强度的酸拉平到溶剂化质子（这里是水化质子H3O+）水平的效应，称为拉平效应 ； 能区分酸（或碱）强弱的作用为区分效应。 4）由于水是最常用的溶剂，又是两性物质，因此可以以水为质子接受体，将不同的酸与水发生质子转移，根据反应的完全程度（K的大小）确定酸性物质的相对强弱；同样，可以用类似方法确定碱性物质的相对强弱。,HClO4HNO3H3PO4HAcH2CO3H20,H2SO4、HCl和HNO3的酸强度是有差别的，其强度顺序为H2SO4HClHNO3，可在水溶液中看不到它们的强度差别。,酸碱质子理论的优缺点 与电离理论相比，酸碱质子理论扩大了酸、碱和酸碱反应的范围，如NH4Cl； 把酸碱性同溶剂联系到一起，如区分效应即拉平效应； 它包括所有显碱性的物质，但是酸仍然限制在含氢的物质上，比如酸性物质SO3就被排除在外！,4.2.1 定义及相关概念,4.2.3 软硬酸碱（了解）,4.2.2 有代表性的路易斯酸,§4.2 路易斯酸碱 The lewis acid-base,4.2.