北京大学化学院《普通化学》课件5(卞江教授

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1、北京大学化学与分子工程学院“花儿为什么这样红？”普通化学第四章酸碱平衡和沉淀溶解平衡2北京大学化学与分子工程学院普通化学/第四章(2015)JiangBianpH控制的分子镊子酸与碱2010年，加拿大蒙特利尔大学药学院的一个小组设计合为何要定义酸和碱？成了一个分子，该分子可以在不同pH值下可逆地改变酸和碱最早起源于古希腊人对物质的分类，酸（acids）结构，从U型结构转变为W型结构。该分子可用于体内味酸，而碱（bases）能消除酸味，所以酸碱的概念一药物的输运。直是联系在一起的。后来人们发现酸还具有其它性

2、质，例如酸能使石蕊变J.LeBlondeetal.色，还能腐蚀金属。J.Am.Chem.Soc.碱的最早名称是alkaline，是一个具有阿拉伯语词根的2010,132,8544.单词，意为“烘烤”，因为第一个碱来自于草木灰的萃取物。34北京大学化学与分子工程学院普通化学/第四章(2015)JiangBian北京大学化学与分子工程学院普通化学/第四章(2015)JiangBian酸碱概念一、酸碱理论酸碱电离理论（Arrhenius酸碱理论,1887）酸和碱的古典定义要点：凡是在水溶液中能够电离出阳离子皆为H

3、+的物质叫做酸碱酸，电离出阴离子皆为OH-的物质叫做碱。使石蕊溶液变红使石蕊溶液变蓝局限：Arrhenius的酸碱理论仅限于水溶液，而未包含非水味道是酸的味道是苦的溶液。Arrhenius的盐总是中性的，但是我们知道有些盐具与活泼金属反应手感滑腻有酸碱性。与碱反应与酸反应H+在水中只是瞬时存在，因此应当写为H3O+。56北京大学化学与分子工程学院普通化学/第四章(2015)JiangBian北京大学化学与分子工程学院普通化学/第四章(2015)JiangBianPage1TheSmallestDroplet

4、ofAcid水合质子的结构关于溶液中水合质子的结构一直存在不同意见。2010年，加州大学Riverside分校的E.S.Stoyanov等应用红外2009年，德国一个研究小组发现，在光谱研究碳硼烷酸（H(CHB11Cl11)）的水溶液体系发现，0.37K的超低温下，水溶液中的水合质子应为6配位的H+(H2O)6（下左）。四水合盐酸发生了电离，形成了H9O4+。ZundelisomerEigenisomerE.S.Stoyanovetal.J.Am.Chem.AnnaGutberletetal.Science3

5、24,1545(2009).78Soc.2010,132,1484.北京大学化学与分子工程学院普通化学/第四章(2015)JiangBian北京大学化学与分子工程学院普通化学/第四章(2015)JiangBian酸碱质子理论（Brønsted-Lowry酸碱质子理论,1923）判断酸碱强弱定义：酸的强弱凡是能给出质子的分子或离子称为酸，凡是能与质子结合的分子以H2O溶剂为例：或离子称为碱HAc+H2OH3O++Ac-HAcH++Ac-H2S+H2OH3O++HS-其中，HAc~Ac-称为共轭酸碱对可以根

6、据上述电离平衡的限度（平衡常数）作为酸性强弱的标准。通常写为：HAc+H2OH3O++Ac-CO32-+H2OHCO3-+OH-NH4++H2OH3O++NH3NaHCO3：两性物(amphotericcompounds)存在两种电离方式上述三种酸在水中有相同的酸性，或者说，在水中不能区分上述HCO3-+H2OCO32-+H3O+（酸式电离）三种酸的酸性大小，它们被拉平了，该效应被称为拉平效应。此HCO3-+H2OH2CO3+OH-（碱式电离）处，HO被称为拉平溶剂。2910北京大学化学与分子工程学院普

7、通化学/第四章(2015)JiangBian北京大学化学与分子工程学院普通化学/第四章(2015)JiangBian同样的三种酸在HAc中可以区分开来，因此HAc被称为区分溶剂，酸碱电子理论（Lewis酸碱理论,1938）该现象称为区分效应。在醋酸中，上述几种常见无机强酸的酸性顺序是：凡是能接受电子对的分子或离子称为酸（electronHClO4>H2SO4>HClacceptor），凡是能给出电子对的分子或离子称为碱（electrondonor）。此外，同一种酸在不同溶剂中的强弱也会不同，例如：HAc+H2O

8、弱酸NH3较强酸软硬酸碱理论（HSAB，1963）HF碱准确地说，这是一个化学键理论，与通常所说的酸因此，酸的强弱不仅与自身有关，还与溶剂的性质密切相关。碱无关。这里的酸碱是指Lewis理论中的酸碱定义。Brønsted-Lowry酸碱质子理论的局限：仅限于质子转移，不能用于不含氢的化合物。1112北京大学化学与分子工程学院普通化学/第四章(2015)Jiang