化学选修一水溶液（工科化学三九水溶液化学）

5.1弱酸弱碱溶液

在化学历程中，酸碱性的控制是每个化学反应都无法回避的问题

水溶液的酸碱性是酸碱性控制的核心内容之一

人体质量的70%是水，人体的反应都是水的弱酸弱碱反应

5.1.1 三种酸碱理论

5.1.1.1酸碱电离理论

此理论是阿伦尼乌斯建立的，就是前面我们讲化学反应速率时候的那个阿伦尼乌斯，阿伦尼乌斯是瑞典最伟大的化学家，并且以此获得了1903年的诺贝尔化学奖（还记得1903年诺贝尔物理奖是谁的吗？）.酸碱电离理论在中学化学里重点讲过，其重点就是：能电离出氢离子的是酸，电离出的氢氧根离子的是碱。

5.1.1.2酸碱质子理论

凡能给出质子的物质(proton donor)都是酸；凡能结合质子的物质(proton acceptor)都是碱。（这里的质子就是氢离子）

如：HCl、H2SO4、HSO4–、HNO3 、H3PO4、H2PO4–、 HPO42–、NH4 、NH3、H2CO3、HCO3–、H2S、HS–、H2O

凡能结合质子的物质(proton acceptor)都是碱。

如：Cl–、HSO4–、 SO42–、 NO3– 、 H2PO4–、 HPO42–、 PO43–、 NH3、 NH2–、 HCO3–、 CO32– 、 HS–、 S2–、 OH–

既能给出质子显酸性又能接受质子显碱性的物质称为两性物质(ampholyte) 。

如：HSO4–、H2PO4–、 HPO42–、NH3、HCO3–、HS–

酸碱质子理论能更好地解释了碱的定义。比如：氢氧化镁是电离不出氢氧根离子的，但氢氧化镁可以结合氢离子，所以，根据酸碱质子理论，氢氧化镁就是碱。

酸碱质子理论中的酸碱

酸、碱可以是分子，也可以是离子。酸给出质子后可以再结合质子，因此酸给出质子后就变为碱

酸碱质子理论的酸碱是共生共存相互转化的

酸与对应的碱的这种相互依存、相互转化的关系称为酸碱共轭关系。酸失去一个质子后形成的碱被称为该酸的共轭碱；碱结合该质子后形成的酸被称为该碱的共轭酸。共轭酸与它的共轭碱一起称为共轭酸碱对。

5.1.1.3酸碱电子理论

凡能接受电子对的物质是酸，凡能给出电子对的物质是碱，也称为路易斯（Lewis）酸碱理论。这种理论在第二章中配合物中提到过。

H ׃OH = H2O

酸 碱 = 酸碱加合物

配合物最基本的理论就是酸碱电子理论

酸碱电子理论摆脱了酸必须含有质子H的限制，包括的范围更广。

比如：根据酸碱电离理论和酸碱质子理论，三氧化硫不是酸碱，但三氧化硫可以接受氨气中的氮元素的孤对电子，可以生成硫酸铵，根据酸碱电离理论，三氧化硫就是酸，这种酸叫做路易斯酸。根据酸碱电子理论，能形成配合物的中心原子和离子都是路易斯酸。

5.1.2pH值的提出：

关于pH值的定义，在第二章液体时提到过，现在我们再重复一遍

1909年索伦森(Sorensen，本节的封面人物)提出pH值的概念：

pH=-lg[c(H ) /cө]

pOH=-lg[c(OH-) /cө]

在298.15K时，pH pOH=14

pH的范围一般在1-14之间，在酸/碱度为极大或者极小时，其范围也会为0或者负数

溶液pH值的测试包括pH试纸、 pH计（酸度计）

溶液的酸度(H 离子浓度)常用pH值表示， pH = –lgc(H /cө), 溶液的碱度(OHˉ离子浓度)可用pOH表示。

酸碱的范围不止在1-14之间

例1：人体的胃酸中含有大约含量为0.2%~0.4%盐酸，试计算胃酸大致的pH范围。（胃酸密度设定为1kg•L-1,并且不含其它酸性物质）

解：1L胃酸中含有2-4g盐酸，

c(H )=c(HCl)=2~4/36.5=0.055~0.11(mol•L-1)

pH=-lg[c(H ) /cө]=-lg(0.055）~-lg(0.11)=1.26~0.96

这种pH的计算，首先要计算氢离子浓度，就根据其定义进行计算。

例2：将pH=2.00和pH=4.00的强酸1:1混合，求混合后的pH值，体积比1:5/1:10比例混合呢（忽略体积变化）

解：pH=2,c(H )=1.0×10-2mol•L-1

pH=4,c(H )=1.0×10-4mol•L-1

1:1混合后，c(H )={1.0×10-2 1.0×10-4}/2=5.05×10-3mol•L-1

pH=-lg[c(H ) /cө]=3-lg5.05=2.30（可不是pH值的算术平均值噢）

1:5混合后c(H )={1×1.0×10-2 5×1.0×10-4}/（1 5）=1.75×10-3mol•L-1

pH=-lg[c(H ) /cө]=3-lg1.75=2.76

1:10混合后c(H )={1×1.0×10-2 10×1.0×10-4}/（1 10）=1×10-3mol•L-1

pH=-lg[c(H ) /cө]= 3.00

这种酸碱计算中，万变不离其宗，先计算氢离子浓度，再计算pH值

例3：将pH=2.00的强酸和pH=11.00的强碱1:1混合，计算混合后的pH值

解：pH=2,c(H )=1.00×10-2mol•L-1

pH=11,c(H )=1.00×10-11mol•L-1

c(OH-)=1.00×10-3mol•L-1

混合后，H OH- =H2O中和后剩余的H /OH- 才用于计算pH值

c(H )=[c(H )-c(OH-)]/(1 1)=4.5*10-3mol•L-1

pH=-lg[c(H ) /cө]= 3-lg4.5=2.76

如果是pH=3.00的强酸和pH=12.00的强碱等体积混合，其pH值是多少（答案见文后评论）

先计算中和量，再计算剩余酸碱的pH值

下一节我们讲弱酸弱碱的酸碱解离平衡

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