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酸堿質(zhì)子理論(概念,酸堿的共軛關(guān)系,共軛酸堿,酸堿反應(yīng))

( 關(guān)鍵詞:溶液,電解質(zhì)溶液,酸堿質(zhì)子理論,酸堿的共軛關(guān)系,共軛酸堿,酸堿反應(yīng),酸堿電子理論 )

一、酸堿概念

  酸堿離子理論是阿累尼烏其斯(Arrhenius)根據(jù)他的電離學(xué)說提出來的。他認(rèn)為在水中能電離出氫離子并且不產(chǎn)生其它陽離子的物質(zhì)叫酸。在水中能電離出氫氧根離子并且不產(chǎn)生其它陰離子的物質(zhì)叫堿。酸堿中和反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氫離子和氫氧根離子結(jié)合成水。這個(gè)理論取得了很大成功,但它的局限性也早就暴露出來。倒臺,氣態(tài)氨與氯脂氫反應(yīng)迅速生成氯化銨,這個(gè)酸堿中和反應(yīng)并墻角水的生成;又如氨的水溶液顯堿性,曾錯(cuò)誤地認(rèn)為NH3和H2O形成弱電解質(zhì)NH4OH分子,然后離解出OH-+等。

  由于阿累尼烏斯的酸堿離子理論不能解一些非水溶液中進(jìn)行地酸堿反應(yīng)等問題,1923年布朗特(Bronsted)提出了酸堿質(zhì)子理論,把酸堿概念加以推廣。酸堿質(zhì)子理論認(rèn)為凡是能給出質(zhì)子的物質(zhì)都是酸,凡是能與質(zhì)子結(jié)合的物質(zhì)都是堿。即酸是質(zhì)子的給予體,堿是質(zhì)子的接受體。這樣,一個(gè)酸給出質(zhì)子后余下的部分自然就是堿,因?yàn)樗旧砭褪桥c質(zhì)子結(jié)合的。它們的關(guān)系如下:

  這種關(guān)系叫做酸堿的共軛關(guān)系,式中略去了HB和B可能出現(xiàn)的電荷。右邊的堿是左邊酸的共軛堿,左邊的酸是右邊堿的共軛酸,兩者組成一個(gè)共軛酸堿對,它們只直差一個(gè)質(zhì)子。

  例如,

  從以上例子可以看出,酸和堿可以是分子,也可以是陽離子和陰離子。還可以看出,像HPO2-4這樣的

  物質(zhì),既表現(xiàn)酸,也表現(xiàn)為堿,所以它是兩性物質(zhì)。同理,H2O,HCO-3等也是兩性物質(zhì)。

  二、共軛酸堿的強(qiáng)弱

  共軛酸堿對的離解常數(shù)Ka和Kb之間有確定的關(guān)系。以HOAc為例推導(dǎo)如下:

  由于溶劑水的濃度不常數(shù),所以它不出現(xiàn)在平衡常數(shù)式中。

  用KW表示[H3O+][OH-],KW稱為水的離子積。這說明在一定溫度下,水中的[H3O+]與[OH-]的乘積為一常數(shù)。所以 Ka·Kb=KW (2-7)

  24℃時(shí)KW值為1.0×10-14.這個(gè)關(guān)系說明,只知道了酸的離解常數(shù)Ka,就可以計(jì)算出它的共軛堿的Kb,反之亦然。Ka和Kb是成反比的,而Ka和Kb正是反映酸和堿的強(qiáng)度,所以,在共軛酸堿對中,酸的強(qiáng)度愈大,其共軛堿的強(qiáng)度愈;堿的強(qiáng)度愈大,其共軛酸的強(qiáng)度愈小。表2-6列出了一些共軛厔堿對的強(qiáng)度次序。

表2-6 共軛酸堿的強(qiáng)度次序

酸性增強(qiáng) 共軛酸(HB) Ka(在水中) pKa(在水中) 共軛堿(B) 堿性增強(qiáng)  
H3O+     H2O
H2C2O4 5.4×10-2 1.27 HC2O-4
H2SO3 1.54×10 1.81 HSO-3
HSO-4 1.20×10-2 1.92 SO2-4
H3PO4 7.51×10-3 2.12 H2PO-4
HNO2 4.6×10-4 3.37 NO-2
HF 3.53×10-4 3.45 F-
HCOOH 1.77×10-4 3.75 HCOO-
HC2O-4 5.4×10-5 4.27 C2O2-4
CH3COOH 1.76×10-5 4.75 CH3COO-
H2CO3 4.30×10-7 6.37 HCO-3
HSO-3 1.02×10-7 6.91 SO2-3
H2S 9.1×10-8 7.04 HS-
H2PO-4 6.23×10-8 7.21 HPO2-4
NH+4 5.68×10-10 9.25 NH3
HCN 4.93×10-10 9.31 CH-
HCO-3 5.61×1011 10.25 CO2-3
H2O2 2.4×10-12 11.62 HO-2
HS- 1.1×10-12 11.96 S2-
HPO2-4 2.2×10-13 12.67 PO3-4
H2O     OH-

  根據(jù)酸堿質(zhì)子理論,酸堿在溶液中所表現(xiàn)出來的強(qiáng)度,不僅與酸堿的本性有關(guān),也與溶劑的本性有關(guān)。我們所能測定的是酸堿在一定溶劑中表現(xiàn)出來的相對強(qiáng)度。同一種酸或堿,如果溶于不同的溶劑,它們所表現(xiàn)的相對強(qiáng)度就不同。例如HOAc在水中表現(xiàn)為弱酸,但在液氨中表現(xiàn)為強(qiáng)酸,這是因?yàn)橐喊眾Z取質(zhì)子的能力(即堿性)比水要強(qiáng)得多。這種現(xiàn)象進(jìn)一步說明了酸堿強(qiáng)度的相對性。

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