酸碱是无机化学重要的组成部分，在有机化学中仍然是学习的一个重点。酸和碱在初中，高中，大学，甚至到了研究生都会逐步的学习，因此，可以说任何时候学习到的化学理论，几乎都是不完善的，在此，我介绍大家学习一下这个由一位外国教师编写的一课酸碱理论。其知识的深度以及广度我认为都是非常好的。虽然难度很大，不过仍然有很多是高中学生可以看的懂的。 在这里，我要提醒各位，不一定要全看懂，但是希望你阅览以后有收获，谢谢。 1.自然水中存在的酸和碱的例子最重要的碱：HCO3- 其他碱：硼酸根，磷酸根，氨，砷酸根，硫酸根，碳酸根，等等 最终要的酸: CO2(aq)或者H2CO3 其他酸：硅酸，铵根，硼酸，硫酸，乙酸（醋酸），乙二酸（草酸）。 大多数的酸碱反应在水溶液中是非常快速的(几乎是瞬时的);达到热力学平衡并且根据热力学原理可以计算出
正确的
收率. 酸－碱 反应牵涉到质子，可是一个裸露的质子（氢原子）是不会在水溶剂中存在的,它是被水合，比如：成为水合氢离子或者更有可能生成H9O4+ 2.Bronsted 定义 酸：一种物质可以释放出一个质子给任何其他的物质。 碱：一种物质可以从任何其他的物质那里接受一个质子。 3.酸和碱总是成对的进行反应 H2CO3 + H2O ＝ H3O+ + HCO3- NH4+ + H2O ＝ H3O+ + NH3 CH3COOH + H2O ＝ H3O+ + CH3COO- H2O + H2O ＝ H3O+ + OH- 4.一些定义 两性物—— 一种物质既可以作为酸也可以作为碱，比如：水，碳酸氢根离子。 多元酸或碱 － 一种酸或者碱可以分别释放或者接受多余一个质子，比如：H3PO4, H2CO3, H4EDTA (EDTA酸) 5.简单的金属离子也是酸 所有的金属离子在水溶液中都被水合。被水合吸附的水分子可以丢失一个质子，因此金属离子是一种酸。而金属离子的电荷决定了酸的强弱。 Zn(H2O)62+ + H2O ＝ H3O+ + Zn(H2O)5(OH)+ Cu(H2O)42+ + 3H2O ＝ 3H3O+ + Cu(H2O)(OH)3- 6.★共扼酸碱对 HCl, Cl- H2CO3, HCO3- HSO4-, SO42- CH3COOH, CH3COO- Zn(H2O)62+, Zn(H2O)5(OH)+ 7.路易斯定义 酸：任何可以接受电子对的物质。 碱：任何可以给出电子对的物质。 9.酸或碱的强弱 强弱：给出或者接受质子的趋势，也就是：一种物质给出或者接受质子的难易。 弱酸有比较弱的质子给予趋势；强酸有很强的质子给予趋势。碱则同理。 10.★绝对定义酸碱强弱是不可以的。 酸碱强弱取决于酸和碱之间的反应。 酸碱强弱的标准是相对于溶剂不同来说的，在这里，我们选用参照溶剂水。 11.酸碱强弱通过电离常数来定量比较 HA + H2O = H3O+ + A- 或者 HA = H+ + A- 两种电离或者可以理解为水解的方程式 Ka= ([H+]*[A-]) / [HA] Ka值越大，酸性越强;Ka越小，酸性越弱。 12.★PKa以及pH的定义 pKa = - log Ka pKa越大，酸性越弱；pKa越小，酸性越强。 同样可以得到以下3个方程： pH = - log [H+] pOH = - log [OH-] pX = - log X （这里的X可以表示任何一种离子或者物质） 13.碱的强弱 A- + H2O = HA + OH- Ka= ([HA]*[OH-]) / ([A-]*[H2O]) pKb = - log Kb pKb越大，碱性越弱；pKb越小，碱性越强。 14.pH 水的自身电离以及中性pH H2O = H+ + OH- 中性被定义为以下的条件：[H+] = [OH-] Ka = ([H+]*[OH-]) / [H2O] = 10^-14 Ka的值的大小是有条件的：25摄氏度和1个标准大气压 Kw = [H+]2 Kw即是水的离子积 log Kw = 2 log [H+] -log Kw = -2 log [H+] 14 = 2 pH pH neutral = 7 中性pH值便是7 15.★共扼酸－碱对 H+ + A- - HA0 (1)方程：1/Ka H2O - H+ + OH- (2)方程：Kw A- + H2O - HA0 + OH- 两式的差得到新的方程(3)：Kb = Kw/Ka 得到新的方程的平衡常数Kb 因此可以得到结论：酸性越强，共扼碱越弱。相反亦然。

[HAc] = Kw/[H+] - [H+] 现在将结果带入离子常数表达式 [H+]C = KAKw/[H+] - KA[H+] [H+]2C = KAKw - KA[H+]2 [H+]2C + [H+]2KA = KAKw [H+]2(C + KA) = KAKw [H+]2 = KAKw/(C + KA) [H+] = (KAKw/(C + KA))0.5 [H+] = (10^-4.710-14/(10^-4.5 + 10^-4.70) [H+] = 6.2 x 10^-8 M pH = 7.2 pOH = pKw - pH = 14.0 - 7.2 = 6.8 [OH-] = 1.61 x 10^-7 将质子条件方程重新整理得到： [HAc] = [OH-] - [H+] = 1.6 x 10^-7 - 6.2 x 10^-8 = 9.8 x 10^-8 重新检验原假设： [Ac-] = C - [HAc] = 10^-4.50 - 9.8 x 10-8 所以[Ac-] 近似于 10^-4.50 所以假设成立。 27.计算两性物质的pH值 邻苯二甲酸单钠盐两性物质的酸碱同时存在，我们必须根据溶液的总体酸碱度，对其做合理的假设，从而才能得出满意的结论，因此计算比较繁琐 Ka1=10^-2.95=[H+][HP-]/[H2P] Ka2=10^-5.4=[H+]*[p2-]/[HP-] Kw=[H+]*[OH-]/[H2O]=10^-14 3) 质量作用表达式： PT = 10-3.7 M = [H2P] + [HP-] + [P2-] PT = 10-3.7 M = [Na+] 4) 电荷平衡: [H+] + [Na+] = [OH-] + [HP-] + 2[P2-] 现在，将3) 代入 4) 得到质子条件方程: [H+] + [H2P] + [HP-] + [P2-] = [OH-] + [HP-] + 2[P2-] [H+] + [H2P] = [OH-] + [P2-] 因为所有的pK都小于7，因此假设[OH-] 远小于 [H+] [H+] + [H2P] = [P2-] [H+] + PT = 2[P2-] + [HP-] [H+] + PT = 2Ka2[HP-]/[H+] + [HP-] [H+] + PT = {2Ka2/[H+]+1} / [HP-] [HP-] = [H+]+PT / { 2Ka2/[H+] +1 } PT = [H2P] + [HP-] + [p2-] PT = [HP-]*[H+]/Ka1 + [HP-] + [HP-]*Ka2/[H+] PT = { [H+]/Ka1 + 1 + Ka2/[H+] } [HP-] PT = { [H+]/Ka1 + 1 + Ka2/[H+] } / { ([H+]+PT)/(2Ka2/[H+]+1) } 2Ka2*PT/[H+] + PT = { [H+]/Ka1 + 1 + Ka2/[H+] } * ([H+]+PT) 2Ka2*PT/[H+] + PT = [H+]^2/Ka1 + [H+] + Ka2 + PT*[H+]/Ka1 + PT + PT*Ka2/[H+] 2Ka2*PT = [H+]^3/Ka1 + [H+]^2 + Ka2*[H+] + PT*[H+]^2/Ka1 +PT*Ka2 2Ka2*Ka1*PT = [H+]^3 + Ka1*[H+]^2 + Ka2*Ka1*[H+] + PT*[H+]^2 + PT*Ka2*Ka1 [H+]^3 + (Ka1+PT)*[H+]^2 + Ka2*Ka1*[H+]- Ka2*Ka1*PT = 0 [H+] = 2.4 x 10-5 通过复杂的代数计算，得到结果 pH = 4.62 28.多质子酸的pH计算 请计算10^-3M 浓度的磷酸溶液中各种种类离子的平衡浓度。多元酸牵涉到多个电离方程以及多个电离平衡常数，因此计算方法比较特殊 1) 离子种类： H+, OH-, H3PO40, H2PO4-, HPO4-, PO43- 2) 质量作用表达式: Kw=[H+]*[OH-]/[H2O]=10^-14 Ka1=10^-2.1 = [H+]*[H2PO4-]/[H3PO4] Ka2=10^-7.0 = [H+]*[HPO4 2-]/[H2PO4-] Ka3=10^-12.2 = [H+]*[PO4 3-]/[HPO4 2-] 3) 物料平衡: PT = [H3PO40] + [H2PO4-] + [HPO42-] + [PO43-] （PT中T是下标，P代表磷原子，T代表total总量） 4) 电荷守恒: [H+] = [OH-] + [H2PO4-] + 2[HPO42-] + 3[PO43-] 假设: 因为多质子酸算是一种比较强的酸, 假设[H+] 远大于 [OH-]. 而且，因为Ka2和Ka3都很小，因此[HPO42-]和[PO43-] 相对于 [H3PO40] 和 [H2PO4-]可以忽略. 物料平衡转变为:PT = [H3PO40] + [H2PO4-] 电荷平衡转变为:[H+] = [H2PO4-] 从而可以将他们带入表达式当中求出Ka1 Ka1=10^-2.1 = [H+]^2/(PT-[H+]) Ka1*PT-Ka1*[H+]=[H+]^2 [H+]^2+Ka1*[H+]-Ka1*PT=0 [H+]=[-Ka+- (Ka^2-4*Ka*PT)]/2 [H+] = 8.986 x 10-4 M pH = 3.05 pOH = pKw - pH = 14 - 3.05 = 10.95 [OH-] = 1.122 x 10-11 M [H3PO40] = PT - [H2PO4-] = 10-3 - 8.986 x 10-4 [H3PO40] = 1.014 x 10-4 M Ka2=10^-7=[H+]*[HPO4 2-]/[H2PO4-] [HPO4 2-] = [H2pO4-]*Ka2/[H+]=Ka2=10^-7 M Ka3=10^-12.2=[H+]*[PO4 3-]/[HP4 2-] Ka3=10^-12.2=10^-3.05 * [PO4 3-]/10^-7 [PO43-] = 10-16.15 M = 7.079 x 10-17 M

重新将结果进行检验，发现它们都是合理的 28.挥发性酸的pH计算 请计算气压pNH3＝10^-4大气压的条件下，溶液中所有种类离子的平衡浓度 氨水作为一种不稳定且易挥发的酸，在计算中，不但要考虑水中的离子形态以及分子形态，还要考虑NH3的压强，因此具有特殊的计算方法 1) 离子种类: NH3, NH4+, OH-, H+ 2) 质量作用表达式: Kw=[H+]*[OH-]/[H2O]=10^-14 KH=10^1.75=[NH3]/pNH3 KB=10^-4.5=[NH4+]*[OH-]/([NH3]*[H2O]) 3) 电荷守恒: [NH4+] + [H+] = [OH-] 假设: NH3是一种中等强度的碱, 所以我们可以假设[OH-] 远大于 [H+] 所以电荷平衡变为： [NH4+] = [OH-] 而且[NH30] = pNH3·KH = 10^-4(101.75) = 10^-2.25 M KB=10^4.5=[NH4+]*[OH-]/[NH3]=[OH-]^2/10^-2.25 [OH-]^2 = 10^-6.75 [OH-]=10^-3.375M = 4.22*10^-4 M pH = pKw - pOH = 14 - 3.375 = 10.625 因此假设[OH-] 远大于 [H+]是有效的. 因此得到浓度如下: [OH-] = 4.22 x 10-4 M [NH4+] = 4.22 x 10-4 M [H+] = 2.37 x 10-11 M [NH3] = 5.62 x 10-3 M 这几个小节，主要是讲述了关于酸碱滴定的知识，包括强酸强碱滴定，强碱滴弱酸，强酸滴弱碱，包括滴定当中的缓冲现象以及滴定当中体积变化稀释现象对结果的影响以及计算。 29. 通过平衡计算得到离子浓度曲线图 计算单质子酸HA: Ka=10^-5.5=[H+]*[A-]/[HA] CT = 10-3 = [HA] + [A-]; 所以 [A-] = CT - [HA] （CT即是A元素在溶液中的总浓度） Ka[HA] = [H+][A-] Ka[HA] = [H+](CT - [HA]) Ka[HA] = [H+]CT - [H+][HA] Ka[HA] + [H+][HA] = [H+]CT （将上式带入Ka方程的推导公式） [HA]=CT*[H+]/(Ka+[H+]) Ka=[H+]*[A-]/(CT-[A-]) CT*Ka - Ka[A-] = [H+][A-] CT*Ka = [A-]([H+] + Ka) [A-]=CT*Ka/([H+]+Ka) 1) 在 pH < pKa 条件下, [H+] 远大于 Ka 所以 [H+] + Ka 约等于 [H+] (由于pKa也就是酸性强弱的大小和此时pH值之间的关系，会对电离产生很大影响，因此必须分为三种情况进行分析） [HA] = CT*([H+]/[H+]) = CT log [HA] = log CT [A-] = CT*Ka/[H+] log [A-] = log CT - pKa + pH 2) pH = pKA; [H+] = Ka 所以 [H+] + KA = 2[H+] [HA] = CT[H+]/(2[H+]) = CT/2 log [HA] = log CT - log 2 = log CT - 0.301 [A-] = CT [H+]/(2[H+]) = CT/2 log [A-] = log CT - log 2 = log CT - 0.301 3) pH > pKa; [H+] 远大于 Ka 所以 Ka+ [H+] 约等于 Ka [HA] = CT[H+]/Ka log [HA] = log CT + pKa - pH [A-] = CT*Ka/Ka = CT log [A-] = CT 30.HA 溶液 pKa = 5.5 和 CT = 10^-3 条件下的图表法 图1 不同pH值下，所有的离子形态的浓度曲线 请计算10^-3 M HA 溶液的组成，我们先以电荷平衡开始： [H+] = [A-] + [OH-] [H+] 远大于 [OH-] [H+] 约等于 [A-] 请计算10^-3 M NaA 溶液组成，先以质子条件平衡开始： [HA] + [H+] = [OH-] [OH-] 远大于> [H+] [HA] 约等于 [OH-] 31.用计算双质子酸系统最后绘制曲线 考虑到 H2S 电离度为 pK1 = 7.0, pK2 = 13.0 ST = 10-3 M = [H2S] + [HS-] + [S2-] （物料平衡式） [H2S] = ST/(1+K1/[H+]+K1*K2/[H+]^2) （所有离子的表达式） [HS-] = ST/([H+]/K1+1+K2/[H+]) [S2-] = ST/([H+]^2/K1*K2 + [H+]/K2 + 1) 1) pH < pK1 < pK2; [H+] > K1 > K2 （由于pH值以及[H+]的大小可能在不同的区间内，因此必须进行分类讨论） [H2S] = ST/(1+K1/[H+]+K1*K2/[H+]^2) 约等于 ST （通过条件，合理的进行加和项的省略，取近似） log [H2S] = log ST [HS-] = ST/([H+]/K1+1+K2/[H+]) 约等于 ST/([H+]/K1) log [HS-] = log (ST*K1) + pH [S2-]=ST/([H+]^2/K1/K2+[H+]/K2+1) 约等于 ST/([H+]^2/K1/K2) log [S2-] = log (ST*K2*K1)+2pH 2) pH = pK1 < pK2; [H+] = K1 > K2

下面是软硬酸碱理论

软硬酸碱理论 theory of hard and soft acids and bases 将酸和碱根据性质不同分为软硬两类的理论。1963年由R.G. 皮尔孙提出。1958 年 S.阿尔兰德、J.查特和N.R.戴维斯根据某些配位原子易与 Ag+、Hg2+、Pt2+ 配位；另一些则易与Al3+、Ti4+配位，将金属离子分为两类 。a类金属离子包括碱金属 、碱土金属 Ti4+、Fe3+、Cr3+、H+；b 类金属离子包括Cu+、Ag+、Hg2+、Pt2+。皮尔孙在前人工作的基础上提出以软硬酸碱来区分金属离子和配位原子 ，硬酸包括 a 类金属离子，硬碱包括H2O、F-等；软酸包括b类金属离子，软碱包括H-、I-等；交界酸包括Fe2+、Cu2+等，交界碱包括NO2-,SO3 2-等。 皮尔孙提出的酸碱反应规律为：“硬酸优先与硬碱结合，软酸优先与软碱结合。”这虽然是一条经验规律，但应用颇广：①取代反应都倾向于形成硬 - 硬、软 - 软的化合物。②软-软、硬-硬化合物较为稳定，软 - 硬化合物不够稳定。③硬溶剂优先溶解硬溶质，软溶剂优先溶解软溶质，许多有机化合物不易溶于水 ，就是因为水是硬碱 。④ 解释催化作用。有机反应中的弗里德-克雷夫茨反应以无水氯化铝(AlCl3)做催化剂，AlCl3是硬酸，与RCl中的硬碱Cl-结合而活化 R+和AlCl4-都可起催化作用。

酸碱理论是化学中的基础所以灵活和熟练的掌握运用是十分必要的

好文，要顶

应该是pH=-lg【c（H+）】吧，

楼主，理论部分很多容易误导高中生。

MARK

好乱