二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 课前复习 上节课重点学习了氧化还原反应和原电池的关系,ΔG、K、E间的换算,原电池 的组成和表示;电极电势的产生和半反应的写法,电对、电极电势的符号、意义,氧 化态、还原态、得电子、失电子等概念,电极电势的计算和应用 引言 教学目的 从化学的角度认识了物质世界,并多层次地了解这个宇宙和物质的 各种运动规律;第一章从分子、原子的层次上着重介绍物质的化学组成 和宏观上的物态分类,深刻认识物质的复杂性和多样性,在每一物态中 有重点有选择地介绍化学常识;第二章从电子的层次上(微观角度)介 绍物质的结构,进而,在对物质微观认识的基础上,学习了材料的形成 原因,即原子如何结合为分子、分子如何结合成为材料尤其高分子材料 复合材料:第三章重点学习了化学热力学、动力学以及电化学 本章则开始学习化学在水质分析深入应用而形成的一门新学科 水化学,它是给排水、环境工程等专业的主要专业基础课,水质净化 有很多种方法,其中,化学方法是最早应用的方法,也是应用最广泛的 方法之一,主要针对工业废水的处理。本章主要介绍是水处理方法于化 学方面的原理,前三节内容不甚明显,却是水质分析与净化的重要化学 理论依据,直到第四节内容才开始涉及水体保护。 水体对人类的重要性不仅表现在人的生理上、生活上和工农业生产 上对它的依赖,更表现在水和水溶液中进行的各种各样的化学反应及其 理论在各种工业技术技术上的应用
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 1 - 课前复习： 上节课重点学习了氧化还原反应和原电池的关系，ΔG、K、E间的换算，原电池 的组成和表示；电极电势的产生和半反应的写法，电对、电极电势的符号、意义，氧 化态、还原态、得电子、失电子等概念，电极电势的计算和应用。 引言 教学目的 从化学的角度认识了物质世界，并多层次地了解这个宇宙和物质的 各种运动规律；第一章从分子、原子的层次上着重介绍物质的化学组成 和宏观上的物态分类，深刻认识物质的复杂性和多样性，在每一物态中 有重点有选择地介绍化学常识；第二章从电子的层次上（微观角度）介 绍物质的结构，进而，在对物质微观认识的基础上，学习了材料的形成 原因，即原子如何结合为分子、分子如何结合成为材料尤其高分子材料、 复合材料；第三章重点学习了化学热力学、动力学以及电化学。 本章则开始学习化学在水质分析深入应用而形成的一门新学科—— —水化学，它是给排水、环境工程等专业的主要专业基础课，水质净化 有很多种方法，其中，化学方法是最早应用的方法，也是应用最广泛的 方法之一，主要针对工业废水的处理。本章主要介绍是水处理方法于化 学方面的原理，前三节内容不甚明显，却是水质分析与净化的重要化学 理论依据，直到第四节内容才开始涉及水体保护。 水体对人类的重要性不仅表现在人的生理上、生活上和工农业生产 上对它的依赖，更表现在水和水溶液中进行的各种各样的化学反应及其 理论在各种工业技术技术上的应用
二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 ★§41弱酸弱碱溶液及其应用 水溶液中的酸碱反应对工程上的清洗、电解液的配制、腐蚀的控制,以及对环境 和生命现象等方面都关系重大。强酸、强碱反应在中学化学中已介绍了很多,在此不 再赘述。本节仅对酸碱概念的系统知识和弱酸、弱碱的反应作进一步讨论。 、酸碱理论 教学提示 电离理论对酸碱性的定义:溶于水并能解离产生氢离子的含氯物‖回忆 质称为酸:溶于水并能解离产生氢氧根离子的物质称为碱。这个理论中学的内 认为,酸碱中和反应的实质是H和OH中和生成HO的反应。据此,HCl,容慢慢引 HNO3,HAC,HF等都属于酸,而NaOH,KOH,Ca(OH)2等都属于「出酸碱理 论,力求让 但电离理论无法解释为什么NH3·H2O(氨水)也属于碱。虽有人学员在不 曾经假设过氨溶于水生成所谓的“氢氧化铵”,但实验证明,“氢氧知不觉中 化铵”这种物质是不存在的。这种理论也无法解释NH3(g)为什么也‖接受新知 属于碱,因为NH3(g)和HCl(g)能发生反应,生成与NH在水溶液 中和HCl反应得到的完全一样的产物NH4Cl,但NH3(g)并没有解离出 OH,HCl(g)也没有解离出H+,反应后也无H2O生成 能解释上述两个事实的是酸碱质子理论。酸碱质子理论认为:能 够提供质子的分子或离子都是酸,能够接受质子的分子或离子都是碱。 简单地说,酸是质子的给予体,碱是质子的接受体。这个理论把酸碱 电离理论扩展到不限于以水为溶剂的非水体系。例如上面所说的HC1 和NH3,不仅在水溶液中,而且在以苯为溶剂的液相中或无溶剂的气相 中,都是HC给出质子,NH3接受质子而生成NH4Cl 酸碱质子理论还认为:酸,如分子酸HCl(g)或离子酸NH4,给 出质子后成为碱,如离子碱C卜或分子碱NH3(g);碱,如CI·或NH3, 接受质子后即成酸,如HCl或NH4+。这种酸和碱的相互依存、相互转化 关系被称为酸碱共轭关系,酸或碱与它共轭的碱或酸一起被称为基轭 酸碱对。酸越强,与其共轭的碱则越弱,反之碱越强,与其共轭的酸 越弱 比酸碱质子理论更为扩大和发展的酸碱理论是路易斯( Lewis o
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 2 - ★ §4.1 弱酸弱碱溶液及其应用 水溶液中的酸碱反应对工程上的清洗、电解液的配制、腐蚀的控制，以及对环境 和生命现象等方面都关系重大。强酸、强碱反应在中学化学中已介绍了很多，在此不 再赘述。本节仅对酸碱概念的系统知识和弱酸、弱碱的反应作进一步讨论。 一、酸碱理论 教学提示 电离理论对酸碱性的定义：溶于水并能解离产生氢离子的含氯物 质称为酸；溶于水并能解离产生氢氧根离子的物质称为碱。这个理论 认为，酸碱中和反应的实质是H+和OH-中和生成H2O的反应。据此，HCl， HNO3，HAC，HF等都属于酸，而NaOH，KOH，Ca（OH）2等都属于 碱。 但电离理论无法解释为什么NH3·H2O（氨水）也属于碱。虽有人 曾经假设过氨溶于水生成所谓的“氢氧化铵”，但实验证明，“氢氧 化铵”这种物质是不存在的。这种理论也无法解释NH3（g）为什么也 属于碱，因为NH3（g）和HCl（g）能发生反应，生成与NH3在水溶液 中和HCl反应得到的完全一样的产物NH4Cl，但NH3（g）并没有解离出 OH-，HCl（g）也没有解离出H+，反应后也无H2O生成。 能解释上述两个事实的是酸碱质子理论。酸碱质子理论认为：能 够提供质子的分子或离子都是酸，能够接受质子的分子或离子都是碱。 简单地说，酸是质子的给予体，碱是质子的接受体。这个理论把酸碱 电离理论扩展到不限于以水为溶剂的非水体系。例如上面所说的HCl 和NH3，不仅在水溶液中，而且在以苯为溶剂的液相中或无溶剂的气相 中，都是HCl给出质子，NH3接受质子而生成 NH4Cl。 酸碱质子理论还认为：酸，如分子酸HCl（g）或离子酸NH4＋，给 出质子后成为碱，如离子碱 Cl-或分子碱 NH3（g）；碱，如 Cl -或 NH3， 接受质子后即成酸，如HCl或NH4 +。这种酸和碱的相互依存、相互转化 关系被称为酸碱共轭关系，酸或碱与它共轭的碱或酸一起被称为共轭 酸碱对。酸越强，与其共轭的碱则越弱，反之碱越强，与其共轭的酸 越弱。 比酸碱质子理论更为扩大和发展的酸碱理论是路易斯（Lewis G 回 忆 中 学 的 内 容 慢 慢 引 出 酸 碱 理 论，力求让 学 员 在 不 知 不 觉 中 接 受 新 知 识
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 N)提出的电子理论。它把凡是具有可供利用的孤对电子的任何物质都 称为碱,例如NH3:并把能与这孤对电子进行结合的任何物质都称为酸, 例如HCl。电子理论在解释某些物质酸碱性质时,可不受溶剂、离子等 条件的限制。如Na2S等也可使酸碱指示剂变色以及CO2等酸性氧化物 和CaO等碱性氧化物间的成盐反应。 二、酸碱的解离常数 教学提示 强电解质在水溶液中完全解离。弱电解质在水溶液中只有很少 部分分子解离为离子,即在溶液中存在解离平衡,其平衡常数叫解离力学计算 平衡常数。弱酸、弱碱的解离常数分别用Ka、Kb表示。 和化学平 弱酸或弱碱的解离平衡常数可用热力学数据计算求得,某些物质‖衡计算角 在水溶液中的标准热力学数据列于书末附录表2中 度出发,并 弱酸、弱碱的平衡常数也可用实验测定。一般化学手册中不常列‖联系多重 出离子酸。离子碱的解离常数,但根据已知的分子酸的Ka(或分子碱‖平衡原则 的K°b),可以根据多重平衡规则算得其共轭离子碱的Kb(或共轭离子‖使学员深 酸的Ka) 刻理解新 Kob= Kow/Koa 知识、新内 根据解离常数可定量地比较同元弱酸或弱碱的酸碱性强弱,解离 常数大的弱酸或弱碱甚酸性或碱性也较强。 大自然的水体中,多为多元弱电解质,尤其多元弱酸、弱碱的存 在更普遍。其中二元弱酸H2CO3或二元共轭碱CO32·那是必定存在的, 有时还有H2S或S2等。多元弱酸或弱碱在水溶液中是分级解离的。 从上所述,我们可以看到,H2O和HCO既可作为酸,又可作为 碱。像这样的物质,在自然界还存在很多。多元弱酸或弱碱的解离以 级解离为主。 三、同离子效应和缓冲溶液 教学提示 与所有的化学平衡一样,弱电解质在水溶液中的解离平衡也会随 着温度、浓度条件的改变而发生移动。当弱酸、弱碱在溶液中达到解 密切联系 离平衡后,如果加入含有相同离子的电解质时,则原先的平衡就会遇 试验课程 到破坏,平衡将向着解离的相反方向,即结合成弱酸或弱碱的方向移
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 3 - N）提出的电子理论。它把凡是具有可供利用的孤对电子的任何物质都 称为碱，例如NH3；并把能与这孤对电子进行结合的任何物质都称为酸， 例如HCl。电子理论在解释某些物质酸碱性质时，可不受溶剂、离子等 条件的限制。如 Na2S等也可使酸碱指示剂变色以及CO2等酸性氧化物 和CaO等碱性氧化物间的成盐反应。 二、酸碱的解离常数 教学提示 强电解质在水溶液中完全解离。弱电解质在水溶液中只有很少一 部分分子解离为离子，即在溶液中存在解离平衡，其平衡常数叫解离 平衡常数。弱酸、弱碱的解离常数分别用Ka、Kb表示。 弱酸或弱碱的解离平衡常数可用热力学数据计算求得，某些物质 在水溶液中的标准热力学数据列于书末附录表2中。 弱酸、弱碱的平衡常数也可用实验测定。一般化学手册中不常列 出离子酸。离子碱的解离常数，但根据已知的分子酸的Ko a（或分子碱 的Ko b），可以根据多重平衡规则算得其共轭离子碱的Kb o（或共轭离子 酸的Ko a）。 Ko b＝ Ko w／Ko a 根据解离常数可定量地比较同元弱酸或弱碱的酸碱性强弱，解离 常数大的弱酸或弱碱其酸性或碱性也较强。 大自然的水体中，多为多元弱电解质，尤其多元弱酸、弱碱的存 在更普遍。其中二元弱酸H2CO3或二元共轭碱CO3 2 -那是必定存在的， 有时还有H2S或S 2-等。多元弱酸或弱碱在水溶液中是分级解离的。 从上所述，我们可以看到，H2O和HCO3 —既可作为酸，又可作为 碱。像这样的物质，在自然界还存在很多。多元弱酸或弱碱的解离以 一级解离为主。 从 热 力 学 计 算 和 化 学 平 衡 计 算 角 度出发，并 联 系 多 重 平衡原则， 使 学 员 深 刻 理 解 新 知识、新内 容。 三、同离子效应和缓冲溶液 教学提示 与所有的化学平衡一样，弱电解质在水溶液中的解离平衡也会随 着温度、浓度条件的改变而发生移动。当弱酸、弱碱在溶液中达到解 离平衡后，如果加入含有相同离子的电解质时，则原先的平衡就会遇 到破坏，平衡将向着解离的相反方向，即结合成弱酸或弱碱的方向移 密 切 联 系 试验课程
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 动,这种现象称为同离子效应,它使弱电解质的解离度降低。例如在在实践中 醋酸溶液中,存在解离平衡:HAC=H+Ac。当向醋酸溶液中加入NaAc加深知识 后,增加了A∵,HAc的解离平衡向左移动。移动的结果是,重新建立的吸收,将 起一个新的平衡。此时虽然H和Ac以及HAc分子的浓度发生了变化,‖理性认识 但由于在同一温度下其平衡常数不会改变,所以新的平衡中C(H)和和感性认 C(Ac-)的乘积与C(HAc)的比值仍保持不变。 识结合起 同离子效应有十件重要的实际意义由于分子酸分子碱与其共轭的‖来 离子碱或离子酸之间存在着平衡及其移动关系,因此,分子酸分子碱 与足够量的离子碱或离子酸之间组成的溶液的pH值能在一定范围内不 因稀释或外加的少量酸碱而发生显著变化。这就是所谓的对酸碱的缓 冲作用具有这种作用的溶液称为缓冲溶液 缓冲溶液PH的计算公式还告诉了我们配制缓冲溶液的方法:按照 缓冲溶液PH值的要求,可选pka值或pKb°值接近所需的pH值或pOH值 的分子酸或分子碱及对应的共轭离子碱或离子酸组成缓冲溶液,并要 求酸或碱的浓度都尽可能大些 四、pH的测定 教学提示 测定含有弱酸或弱碱溶液的PH值不能用酸碱中和滴定的方法。因 简单 为中和滴定的方法只能测定酸或碱的总浓度,而不能测定解离出来的介绍即可 H”或OH的浓度 测定pH值最简单、最方便的方法是使用pH试纸。pH试纸是用滤纸 浸渍某种混合指示剂制成的。市售的pH试纸有“广范pH试纸”和“精 密pH试纸”两类。广范pH试纸可用来粗略检测溶液的pH值;精密pH 试纸在pH值变化较小时就有颜色的变化,它可用来较精密地检测溶液 的pH值。每类pH试纸,按测量范围和变色间隔,又可分为很多种,可 视具体需要任意选用。 在具体测量时,可将一小块试纸放在点滴板上或用手捏住,再用 沾有待测溶液的玻璃棒点湿试纸的中部,则试纸因被待测溶液润湿而 变色。将其与标准比色卡比较,即得出pH值。一般待测液湿润试纸后 半秒钟内就能与指示剂发生反应,故应及时观察试纸颜色,如果观察
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 4 - 动，这种现象称为同离子效应，它使弱电解质的解离度降低。例如在 醋酸溶液中，存在解离平衡：HAC=H+＋Ac-。当向醋酸溶液中加入NaAc 后，增加了Ac -，HAc的解离平衡向左移动。移动的结果是，重新建立 起一个新的平衡。此时虽然H+和Ac-以及HAc分子的浓度发生了变化， 但由于在同一温度下其平衡常数不会改变，所以新的平衡中C（H+）和 C（Ac -）的乘积与C（HAc）的比值仍保持不变。 同离子效应有十件重要的实际意义.由于分子酸分子碱与其共轭的 离子碱或离子酸之间存在着平衡及其移动关系，因此，分子酸分子碱 与足够量的离子碱或离子酸之间组成的溶液的pH值能在一定范围内不 因稀释或外加的少量酸碱而发生显著变化。这就是所谓的对酸碱的缓 冲作用,具有这种作用的溶液称为缓冲溶液. 缓冲溶液PH的计算公式还告诉了我们配制缓冲溶液的方法：按照 缓冲溶液PH值的要求，可选pkao值或pKb o值接近所需的pH值或pOH值 的分子酸或分子碱及对应的共轭离子碱或离子酸组成缓冲溶液，并要 求酸或碱的浓度都尽可能大些。 在 实 践 中 加 深 知 识 的吸收，将 理 性 认 识 和 感 性 认 识 结 合 起 来。 四、pH的测定 教学提示 测定含有弱酸或弱碱溶液的PH值不能用酸碱中和滴定的方法。因 为中和滴定的方法只能测定酸或碱的总浓度，而不能测定解离出来的 H”或OH-的浓度。 测定pH值最简单、最方便的方法是使用pH试纸。pH试纸是用滤纸 浸渍某种混合指示剂制成的。市售的pH试纸有“广范pH试纸”和“精 密pH试纸”两类。广范pH试纸可用来粗略检测溶液的pH值；精密pH 试纸在pH值变化较小时就有颜色的变化，它可用来较精密地检测溶液 的pH值。每类pH试纸，按测量范围和变色间隔，又可分为很多种，可 视具体需要任意选用。 在具体测量时，可将一小块试纸放在点滴板上或用手捏住，再用 沾有待测溶液的玻璃棒点湿试纸的中部，则试纸因被待测溶液润湿而 变色。将其与标准比色卡比较，即得出pH值。一般待测液湿润试纸后 半秒钟内就能与指示剂发生反应，故应及时观察试纸颜色，如果观察 简单 介绍即可
第二炮兵工程学院503教研室《大学化学》教案 时间过迟,试纸可能因吸收空气中的CO2等而使颜色变化,造成测定误 比较精确地测定pH值的方法是使用pH计。目前一般pH计测到的 pH值精度可达小数点后二位,即十分位是可靠的,百分位是估计的 精密的pH计测到的PH值精度达小数点后三位,即百分位是可靠的,千 分位是估计的。 用pH计测定溶液的pH值时,必须首先使用已知pH值的标准缓冲溶 液作为基准来定位。一般采用邻苯二甲酸氢钾、磷酸二氢钾和磷酸氢 二钠、硼砂三种标准溶液来定位。 知识要点:酸碱理论;酸碱解离平衡常数和溶液pH值的有关计算;缓冲溶液pH 值计算。 作业:P158练习题之1、2、4、5、8题 课后总结:这节课主要学习了:电离理论、质子理论和电子理论对酸碱的定义, 共轭酸碱对、质子受体、质子给体等概念,电子给体是碱,电子受体是酸;酸碱解 离平衡常数和溶液pH值的有关计算,酸碱强弱的比较;平衡移动规律和同离子效应 缓冲溶液pH值计算,配制缓冲溶液的原则以及缓冲溶液的应用;pH值的测定方法
第二炮兵工程学院 503 教研室《大学化学》教案 - 5 - 时间过迟，试纸可能因吸收空气中的CO2等而使颜色变化，造成测定误 差。 比较精确地测定pH值的方法是使用pH计。目前一般pH计测到的 pH值精度可达小数点后二位，即十分位是可靠的，百分位是估计的； 精密的pH计测到的PH值精度达小数点后三位，即百分位是可靠的，千 分位是估计的。 用pH计测定溶液的pH值时，必须首先使用已知pH值的标准缓冲溶 液作为基准来定位。一般采用邻苯二甲酸氢钾、磷酸二氢钾和磷酸氢 二钠、硼砂三种标准溶液来定位。 知识要点：酸碱理论；酸碱解离平衡常数和溶液pH值的有关计算；缓冲溶液pH 值计算。 作业：P158练习题之1、2、4、5、8题 课后总结：这节课主要学习了：电离理论、质子理论和电子理论对酸碱的定义， 共轭酸碱对、质子受体、质子给体等概念，电子给体是碱，电子受体是酸；酸碱解 离平衡常数和溶液pH值的有关计算，酸碱强弱的比较；平衡移动规律和同离子效应， 缓冲溶液pH值计算，配制缓冲溶液的原则以及缓冲溶液的应用； pH值的测定方法