[工学]分析化学课件第2章2.ppt

Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院第二章 酸碱平衡和酸碱滴定法2.3 2.3 质子条件与质子条件与pHpH的计算的计算2.3.1 2.3.1 物料平衡，电荷平衡和质子条件物料平衡，电荷平衡和质子条件 2.3.2 2.3.2 pHpH的计算（难点和重点）的计算（难点和重点） 2.5 2.5 缓冲溶液缓冲溶液2.5.1 2.5.1 一元酸溶液一元酸溶液1Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院2.3 质子条件与pH计算2.3.1 物料平衡、电荷平衡和质子平衡1、物料平衡方程 MBE（（Mass Balance EquationMass Balance Equation）） 在平衡状态，某组分的分析浓度等于其各 型体的平衡浓度之和的数学表达式例1：2Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院例2：浓度为c的H3PO4溶液的物料平衡[H3PO4]+[H2PO4-]+[H2PO42-]+[PO43-]=c例3：浓度为c的Na2SO3溶液的物料平衡根据需要可以列出与Na+和SO32-有关的2 个方程：[Na+]=2c[H2SO3]+[HSO3-]+[SO33-]=c注：首先要知道溶液中有哪几种形体存在？3Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院2、电荷平衡式CBE (Charge Balance Equation) (Charge Balance Equation)在平衡状态，溶液中阳离子所带电荷量（ mol)与负离子所带电荷量(mol)相等。

浓度为c的NaCN溶液有下列反应：NaCN→Na++CN-CN-+H2O→HCN+OH- H2O→H++OH- 由于溶液是电中性的，正负电荷的量相等 ，[H+]+[Na+]=[CN-]+[OH-][H+]+c= [CN-]+[OH-]4Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院例1：浓度为c的CaCl2溶液的物料平衡CaCl2→Ca2-+2Cl- H2O→[H+]+[OH-] CBE: [H+]+2[Ca2-]=[OH-]+[Cl-]例2：浓度为c的BaSO4溶液BaSO4→Ba2++SO42-SO42-+H2O→HSO41-+OH- H2O→H++OH-注：首先要写出所有的化学反应方程式5Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院3、质子平衡式PBE (Proton Balance Equation)在平衡状态，体系中得失质子的物质的量 （mol)相等的数学表达式由质子条件可得到溶液中H+浓度与有关组分 浓度的关系式，它是处理酸碱平衡有关计算 问题的基本关系式，是本章的核心内容。

按照酸碱质子理论，酸碱反应的结果，有些 物质失去质子，有些物质得到质子那么得 失质子的量是什么关系呢？6Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院（1）找出参考水准, 或零水准参考水准 一般选择参与质子转移且大量存在的物质2）写出质子转移式3）根据得失质子的物质的量相等的原 则，写出PBE零水准法：是选择溶液中大量存在并参加 质子条件转移的物质为“零水准”（又称 参考水准），然后根据质子转移数相等的 数量关系写出质子条件式7Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院例1： 纯H2O 参考水准：H2O质子转移关系式：H2O+H+=H3O+ H2OH++OH-PBE:8Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院例2： HAc水溶液 参考水准：H2O, HAc质子转移关系式：H2OH++OH-HAcH++Ac-PBE:9Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院例3： H3PO3水溶液 参考水准：H2O, H3PO4质子转移关系式 ：H3PO4 H3PO4 H3PO4H+ +H2PO4- 2H+ +HPO42- 3H+ +PO43- H2OH++OH- PBE:10Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院例4： Na2HPO4水溶液参考水准：H2O, HPO42- 质子转移关系式：H2OH++OH-HPO42-+H+→H2PO4-HPO42- +2H+ → H3PO4HPO42--H+→PO43-11Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院（1）零水准不出现在PBE中；（2）只有参与质子转移的型体才包含在PBE 中；（3）等式左边的物质比参考水准的质子多，而且多几个质子, 相应的系数为几；等式右边的物质比参考水准的质子少，而且少几个质子, 相应的系数为几。

12Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院2.3.2 pH的计算除了用测量的方法来确定溶液的pH外,如果 某酸的浓度及其pKa,还可以用计算的方法 求得pH.13Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院1. 一元酸碱溶液pH计算一元酸(HA)溶液的质子条件式是：[H+] = [A-] + [OH-] a.一元强酸碱溶液pH值的计算 设酸浓度为C若HA为强酸，则[A-]的分 布系数δA- =1， [A-] = C，而[OH-]=KW/[H+]，代入质子条 件式有：14Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院解方程得一元强酸[H+]精度式为15Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院当C≥20[OH-]时，[OH-] 项可忽略，则有[H+] = [A-] = C pH= -lg[H+]= -lgC同理，对强碱溶液，当C≥20[H+]时,水的离解可忽略，则 pOH= -lg[OH-]= -lgC但实际情况是：你也不知道[OH-]为多少，所以，对于强酸溶液，一般忽略水的离解16Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院b.一元弱酸溶液酸度计算 一元弱酸(HA)溶液的质子条件式是：[H+] = [A-] + [OH-]一元弱酸[H+]的精确式为： 17Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院①当CKa>20Kw,C/Ka20Kw, C/Ka ≥500 时 [HA]= C-[H+]≈C则[H+]= （3）此为计算的最简式20Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院C.一元弱碱溶液酸度计算 用处理一元酸相似的方法，可得相对应的一 组公式： ①CKb≥20Kw， ＜500时② CKb20Kw, C/Ka =0.10/ 5.7×10-10 ＞500， 故可按最简式计算：22Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院例2 计算HAc液（0.010mol/L ）的pH值。

解：查表得Ka=1.8×10-5由于CKa>20Kw, C/Ka =0.010/ 1.8×10-5＞ 500， 故可按最简式计算：23Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院例3 计算1.0×10-4 mol/L NaCN液的pH值 解：CN-在水中的酸碱平衡为：CN-+H2O HCN+OH-查表得Ka=6.2×10-10 故Kb=KW/ Ka=1.6×10-5 由于CKb＞20Kw，C/Kb = 1.0×10-4 /1.6×10-5 ＜500，故应采用近似式计算：24Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院按最简式计算有[OH-]=4.0 ×10-5,误差21 ％? 25Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院例5:计算0.10mol/L NH3液的pH值查表得：Kb=1.8×10-5 解：由于CKb≥20Kw，C/Kb =0.010/ 1.8×10-5＞500，故可按最简式计算：26Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院2.多元弱酸、多元弱碱溶液酸度的计算以二元弱酸(H2A)为例，其溶液的质子条件式 是： [H+]=[HA-] +2[A2-] +[OH-] 设H2A的浓度为Cmol/L, 可求得[HA-] 、 [A2- ] 的分布系数代入上式，就可得计算[H+]的 精确式：27Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院和对一元弱酸处理的方法相似 (1)如果CKa1 ≥20Kw , , >500 则可用最简式计算；[H+]= (2)如果CKa1 ≥20Kw , <500则用近似式计算;28Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院例1：计算0.10mol/L H3PO4溶液的pH。

解：查表：Ka1=7.6×10-3 Ka2=6.3×10-8 Ka3=4.4×10-13知： CKa1 ≥20Kw<500则:H3PO4的酸度可根据近似公式来计算：=2.4×10—2 mol/L pH=1.6229Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院例2：计算0.10mol/L Na2CO3溶液的pH解：已知 Kb1=KW/ Ka2= 1.8×10-4 Kb2= KW/ Ka1=2.4×10-8Kb1 ≥20Kw<500可根据最简式来计算：30Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院3. 弱酸混合溶液酸度计算设一元弱酸C1 mol/L HA和C2 mol/L HB,解离 常数为Ka1和Ka2,在此溶液中,质子条件式:[H+]=[A-]+[B-]+[OH-]因为溶液弱酸性,加之2者解离出来的H+彼此 抑制,因此,[HA]=C1,[HB]=C231Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院若C1Ka1≥ C2Ka2,则最简公式为:例1：计算0.10mol/L HF和0.2mol/L混合溶液的pH。

查表:Ka1=6.6×10-4, Ka2=1.8×10-5[H+]=8.4×10-3, pH=2.08 32Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院4. 两性物质溶液酸度计算 以NaHA为例，其溶液的质子条件式是:[H+] + [H2A] = [A2-] + [OH-] 根据二元酸H2A的离解平衡关系式：33Analytical Chemistry 分析化学分析化学 环建学院佛山科学技术学院由于两性物质放出质子和接受质子能力都较 弱；可认为[HA-]≈C，则质子条件式可简化 为：则:34Analytical Ch。