普通化學(xué) 第三章 酸堿平衡、沉淀平衡及配位平衡

第三章酸堿平衡、沉淀平衡及配位平衡普通化學(xué)

沉淀-溶解平衡3.2配合物及水溶液中的配位平衡3.3酸堿平衡3.1第三章酸堿平衡、沉淀平衡及配位平衡水污染化學(xué)3.43.1酸堿平衡12酸堿理論水的解離平衡34弱酸與弱堿溶液的解離平衡同離子效應(yīng)5緩沖溶液3.1.1酸堿理論1．酸堿電離理論19世紀(jì)末，瑞典化學(xué)家阿侖尼烏斯建立了酸堿電離理論。該理論認(rèn)為：解離時(shí)所生成的陽(yáng)離子全部是H+的化合物叫做酸,如HCl，HAc；解離時(shí)所生成的陰離子全部是OH－的化合物叫做堿，如NaOH。2．酸堿質(zhì)子理論①酸堿質(zhì)子理論基本要點(diǎn)酸堿+質(zhì)子（3.1）3.1.1酸堿理論表3.1常見的共軛酸堿對(duì)(酸)共軛酸共軛堿(堿)3.1.1酸堿理論②酸堿反應(yīng)（3.2）酸Ⅰ堿Ⅰ

（3.3）堿Ⅱ酸Ⅱ

酸Ⅰ堿Ⅱ酸Ⅱ堿Ⅰ（3.4）3.1.2水的解離平衡1．水的離子積常數(shù)根據(jù)酸堿質(zhì)子理論，水的解離反應(yīng)表示為：

簡(jiǎn)寫為

水的標(biāo)準(zhǔn)解離平衡常數(shù)可以表示為：通常簡(jiǎn)寫為

（3.5）3.1.2水的解離平衡2．溶液的pH值和pOH值（3.6）（3.7）（3.8）3.1.3弱酸與弱堿溶液的解離平衡1．解離平衡常數(shù)

（3.9）

（3.10）2．解離度

（3.11）3.1.3弱酸與弱堿溶液的解離平衡3．一元弱酸與一元弱堿溶液中H＋濃度計(jì)算以HA代表一元弱酸，該弱酸的初始濃度為c，平衡時(shí)已解離的HA的濃度為，一元弱酸HA溶液中存在著下列平衡：

初始濃度/mol·dm-3c00平衡濃度/mol·dm-3c-xxx3.1.3弱酸與弱堿溶液的解離平衡標(biāo)準(zhǔn)解離平衡常數(shù)（3.12）這時(shí)溶液中氫離子濃度（3.13）

（3.14）

（3.15）3.1.3弱酸與弱堿溶液的解離平衡例3.1計(jì)算25℃時(shí)，0.10mol·dm-3HAc溶液中的

濃度以及該HAc溶液的解離度。已知解：設(shè)HAc的初始濃度為c，平衡時(shí)已解離的HAc的濃度為

初始濃度/mol·dm-30.1000平衡濃度/mol·dm-30.10－x

x

x

3.1.3弱酸與弱堿溶液的解離平衡3.1.3弱酸與弱堿溶液的解離平衡4.二元弱酸溶液中H+濃度計(jì)算H2SH++HS-；（3.16）HS‐H++S2-（3.17）

（3.18）

（3.19）3.1.3弱酸與弱堿溶液的解離平衡例3.2常溫常壓下H2S在水中的溶解度為0.10mol·dm-3，求H2S飽和溶液中c(H+)、c(S2-)及H2S的解離度。解：H2SH++HS-初始濃度/mol·dm-30.1000平衡濃度/mol·dm-30.10－x

x

x3.1.4同離子效應(yīng)當(dāng)弱電解質(zhì)，例如HAC達(dá)到解離平衡時(shí)：

若向體系中加入強(qiáng)電解質(zhì)后，強(qiáng)電解質(zhì)完全解離：在弱電解質(zhì)溶液中，加入與其具有相同離子的易溶強(qiáng)電解質(zhì)，使弱電解質(zhì)的解離度降低，這種現(xiàn)象被稱為同離子效應(yīng)。3.1.4同離子效應(yīng)例3.3在0.10mol·dm-3HAc溶液中，加固體NaAc使其濃度為0.10mol·dm-3，求此混合溶液中濃度以及HAc溶液的解離度。已知解：設(shè)平衡時(shí)的c(H+)為x，

初始濃度/mol·dm-30.1000.10平衡濃度/mol·dm-30.10－x

x

0.10+x3.1.4同離子效應(yīng)3.1.5緩沖溶液1．緩沖溶液的概念緩沖溶液是一種能抵抗少量強(qiáng)酸、強(qiáng)堿或稍加稀釋而保持溶液pH值基本不變的溶液。緩沖溶液保持pH值不變的作用稱為緩沖作用。3.1.5緩沖溶液2．緩沖溶液的組成3．緩沖作用機(jī)理4．緩沖溶液pH的計(jì)算

（3.20）3.1.5緩沖溶液例3.4若將0.1mol·dm-3的HAc和0.2mol·dm-3的NaAc溶液等體積混合，計(jì)算混合溶液的pH值。已知：解：等體積的HAc和NaAc溶液混合后，濃度各減少一半3.1.5緩沖溶液②對(duì)于一元弱堿及其共軛酸組成的緩沖溶液，若以B表示弱堿，BH+表示其共軛酸，則初始濃度c1c20平衡濃度c1-xc2+xx（3.21）3.1.5緩沖溶液例3.5欲配制pH=9.20的緩沖溶液，需在0.5dm31.0mol·dm-3的溶液中加入多少克固體NH4Cl。已知=1.77×10-5，NH4Cl的相對(duì)分子質(zhì)量為53.5。解：3.1.5緩沖溶液5．緩沖溶液的應(yīng)用緩沖溶液在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用很廣泛。例如，金屬器件進(jìn)行電鍍時(shí)的電鍍液中，常用緩沖溶液來(lái)控制一定的pH值。在土壤中，由于含有H2CO3-NaHCO3和NaH2PO4－Na2HPO4以及其它弱酸及其共軛堿所組成的復(fù)雜的緩沖溶液系統(tǒng)，能使土壤維持一定的pH值，從而保證了植物的正常生長(zhǎng)。3.2沉淀-溶解平衡12難溶強(qiáng)電解質(zhì)的溶度積常數(shù)溶解度與溶度積的關(guān)系34溶度積規(guī)則影響沉淀反應(yīng)的因素56分步沉淀沉淀的溶解與轉(zhuǎn)化3.2.1難溶強(qiáng)電解質(zhì)的溶度積常數(shù)若沉淀反應(yīng)方程式寫為：

則溶度積的通式為：（3.22）3.2.2溶解度與溶度積的關(guān)系

初始濃度00

平衡濃度mSnS

（3.23）3.2.2溶解度與溶度積的關(guān)系例3.6在25℃時(shí)，AgCl的溶度積為1.77×10-10，Ag2CrO4的溶度積為1.12×10-12，試求AgCl和Ag2CrO4的溶解度。解：（1）設(shè)AgCl的溶解度為S1，則

初始濃度00

平衡濃度S1S13.2.2溶解度與溶度積的關(guān)系（2）設(shè)Ag2CrO4的溶解度為S2，則

初始濃度00平衡濃度2S2S23.2.3溶度積規(guī)則在一定條件下，可以用溶度積來(lái)判斷沉淀能否生成或溶解。難溶電解質(zhì)AmBn的水溶液，存在下列平衡：

反應(yīng)在某時(shí)刻，相對(duì)離子濃度的乘積可以表示為：3.2.3溶度積規(guī)則例3.7將0.05dm30.20mol·dm-3MnSO4溶液與0.05dm30.02mol·dm-3NH3·H2O混合，是否有Mn(OH)2沉淀生成？已知

=1.77×10-5，=2.06×10-13。解：

c(OH-)=Q=c(Mn2+)c2(OH－)=0.1×(4.21×10-4)2=1.77×10-8Q＞，根據(jù)溶度積規(guī)則可判定有Mn(OH)2生成。3.2.4影響沉淀反應(yīng)的因素1.同離子效應(yīng)對(duì)沉淀反應(yīng)的影響例3.8室溫下Mg(OH)2的溶度積是5.61×10-12。若Mg(OH)2在飽和溶液中完全解離，試計(jì)算：Mg(OH)2在水中溶解度及在0.010mol·dm-3的MgCl2溶液中的溶解度。3.2.4影響沉淀反應(yīng)的因素解：（1）設(shè)Mg(OH)2在純水中的溶解度為S初始濃度/mol·dm-300平衡濃度/mol·dm-3S2S3.2.4影響沉淀反應(yīng)的因素（2）設(shè)Mg(OH)2在0.010mol·dm-3的MgCl2溶液中的溶解度為S1

初始濃度/mol·dm-30.010平衡濃度/mol·dm-30.01+S12S1S1=1.1×10-5mol·dm-33.2.4影響沉淀反應(yīng)的因素2.酸度對(duì)沉淀反應(yīng)的影響M(OH)n(s)Mn+(aq)＋nOH‐(aq)3.2.4影響沉淀反應(yīng)的因素例3.9向0.10mol·dm-3FeCl2溶液中通H2S氣體至飽和（濃度約為0.10mol·dm-3）時(shí)，溶液中剛好有FeS沉淀生成，求此時(shí)溶液的c(H+)及pH值。解：FeS(s)Fe2+(aq)＋S2-(aq)3.2.5分步沉淀溶液中往往同時(shí)含有幾種離子，當(dāng)加入某種沉淀劑，與溶液中幾種離子都能發(fā)生反應(yīng)而生成沉淀，這種情況下離子積（）首先超過(guò)溶度積的難溶電解質(zhì)先沉淀。例3.10一種混合溶液含有3.0×10-2mol·dm-3的Pb2+和2.0×10-2mol·dm-3的Cr3+，若向其中逐滴加入濃NaOH溶液（忽略溶液體積的變化），Pb2+和Cr3+均有可能形成氫氧化物沉淀。問(wèn)：哪種離子先被沉淀？若要分離這兩種離子，溶液的pH值應(yīng)控制在什么范圍？3.2.5分步沉淀解：①②3.2.6沉淀的溶解與轉(zhuǎn)化1．沉淀的溶解①使相關(guān)離子生成弱電解質(zhì)②使相關(guān)離子氧化

→3.2.6沉淀的溶解與轉(zhuǎn)化2．沉淀的轉(zhuǎn)化有些沉淀既不溶于水也不溶于酸，也不能通過(guò)氧化還原溶解等方法將其溶解。這時(shí)可以把一種難溶電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為另一種難溶電解質(zhì)，然后使其溶解。把一種沉淀轉(zhuǎn)化成另一種沉淀的過(guò)程，叫做沉淀的轉(zhuǎn)化。3.2.6沉淀的溶解與轉(zhuǎn)化例如，鍋爐中的鍋垢，其主要成分為CaSO4。由于鍋垢的導(dǎo)熱能力很小，阻礙傳熱，浪費(fèi)燃料，還可能引起鍋爐或蒸汽管的爆裂，造成事故。但CaSO4不溶于酸，難以除去?？梢杂肗a2CO3溶液使CaSO4轉(zhuǎn)化為溶于酸的CaCO3沉淀，便于鍋垢的清除。3.2.6沉淀的溶解與轉(zhuǎn)化沉淀轉(zhuǎn)化的程度可以用以下反應(yīng)的平衡常數(shù)來(lái)衡量：3.3配合物及水溶液中的配位平衡12配合物的基本概念配合物的化學(xué)式及命名3配位平衡3.3.1配合物的基本概念形成體中心離子或中心原子統(tǒng)稱為配合物的形成體，它位于配離子的中心，是配合物的核心部分。3.3.1配合物的基本概念配位個(gè)體、配體及配位原子:在配合物中與形成體結(jié)合的離子或中性分子稱為配位體，簡(jiǎn)稱配體，如[Cu(NH3)4]2+中的NH3、[Fe(CN)6]4+中的CN–等。單齒配體：一個(gè)配體中只有一個(gè)配位原子，如NH3、OH-等。多齒配體：一個(gè)配體中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的配位原子3.3.1配合物的基本概念兩可配體：有些配體雖然也具有兩個(gè)或兩個(gè)以上配位原子，但在一定條件下，僅有一種配位原子與中心離子形成配位鍵，這種配體稱為兩可配體。配位數(shù):在配位個(gè)體中與一個(gè)形成體成鍵的配位原子的總數(shù)稱為該形成體的配位數(shù)。配離子的電荷:形成體和配體電荷的代數(shù)和即為配離子的電荷。3.3.2配合物的化學(xué)式及命名1.書寫配合物的化學(xué)式應(yīng)遵循兩條原則：2.配合物的命名表3.2一些配合物的化學(xué)式以及系統(tǒng)命名化學(xué)式系統(tǒng)命名H2[SiF6]六氟合硅（IV）酸[Ag(NH3)2](OH)氫氧化二氨合銀（I）[Cu(NH3)4]SO4硫酸四氨合銅（II）[CrCl2(H2O)4]Cl一氯化二氯·四水合鉻（III）[Co(NH3)5(H2O)]Cl3三氯化五氨·一水合鈷（III）K4[Fe(CN)6]六氰合鐵（II）酸鉀Na3[Ag(S2O3)2]二（硫代硫酸根）合銀（I）酸鈉K[PtCl5(NH3)]五氯·一氨合鉑（IV）酸鉀[Fe(CO)5]五羰基合鐵[PtCl4(NH3)2]四氯·二氨合鉑（IV）3.3.3配位平衡配離子的穩(wěn)定常數(shù)[Ag(NH3)2]+Ag++2NH3（3.24）（3.25）

（3.26）（3.27）3.3.3配位平衡Ag++NH3[Ag(NH3)]+

（3.28）[Ag(NH3)]++NH3[Ag(NH3)2]+

（3.29）

（3.30）

（3.31）3.3.3配位平衡2.配離子的穩(wěn)定常數(shù)的應(yīng)用①計(jì)算配合物溶液中有關(guān)離子的濃度例3.11將0.02mol·dm-3CuSO4溶液和1.08mol·dm-3氨水等體積混合，計(jì)算溶液中Cu2+的濃度。3.3.3配位平衡解：Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+初始濃度/mol·dm-30.010.540平衡濃度/mol·dm-3xy