本课程是北京大学开设的一门在线大学化学基础课，主要面向具有大学水平的化学初学者。课程内容基本涵盖全部基础化学概念。
8-3 酸碱平衡-酸碱的强弱（2）
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Do curso por Peking University
大学化学
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Na lição
溶液中的平衡
溶液是化学的主要对象之一，同时溶液中的反应过程与化学平衡密切相关。前人已经积累了大量关于溶液中化学平衡的知识，如酸碱平衡、沉淀溶解平衡等。对这些平衡过程的理解可以帮助我们更好地认识化学的基本规律。
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Prof. Jiang BianAssociate Professor
College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University
说完了，那么利用电池原理，这个原理我就不多说了，你们要搞电学什么这都小意思，
都小意思。那么来测定pH值，另外一种是指示剂，包括pH试纸。
pH试纸和指示剂现在一般是什么呢？一个是应用场合，
比如说到那个什么，一个是中小学课堂
或者大学一年级课堂，大学一年级课堂一般一人给一打试纸， 你爱怎么用怎么用，那东西没多少钱，一本几毛几块钱，
完了你随便用。完了另外酸碱指示剂一般来说常见指示剂还是很
多的，无论酚酞啊，甲基橙、甲基红这些还是遍地都是的。
当然这些指示剂的，用于粗略测量酸碱性，
那么通常是简单的酸碱 这个本身，酸碱指示剂本身
也是有机化合物，它们有机化合物呢在 pH值不同的情况下会有不同的颜色，它的酸试结果和碱试结果颜色不同，
那么凡是这类分子都有共同特点，往往是具有芳香环在里面， 往往，往往具有芳香环或者是多个环在里面，
或者叫通式结构。然后强酸和强碱，强酸和强碱。常见强酸，
这些大家都很熟了，不多说，硫酸、氯化氢、溴化氢、碘化氢、硝酸、
氯酸、高氯酸和硫酸等等。强碱，常见强碱氢氧化钠、氢氧化钾、和氢氧化钙。
然后再往下是某些金属氧化物，也具有 强碱性，它们要溶于水，才会转化出像氢氧化钠、
氢氧化钙这样的东西，是吧？也同样是通过发生反应形成。
所以说那么氧化物中有酸性氧化物，还有碱性氧化物，
那么碱性氧化物通常是金属的氧化物， 酸性氧化物通常是非金属的氧化物，是吧？
那么这是强酸和强碱。强酸和强碱的性质通常都属于强电解质，
它们水中通常都是可以完全电离，这是强酸和强碱，所以它们前提是强电解质， 要电离，要电离才能体现酸碱性。
然后那么当溶液中通常 同时存在强酸、强碱或者弱酸、弱碱的时候，比如强酸和弱酸在同一溶液中
通常弱酸的电离你可以忽略不计了， 是吧？因为刚，相对强酸那个氢离子电离，弱酸电离很少，
比方说盐酸水溶液，你大概从来不算水的自偶电离， 水电离那10的负7次方你可以忽略不计了，
是吧？因为那个很少，但是如果是在弱酸 体系中，非常非常弱酸的体系中，比如说硼酸体系中，
水的自偶电离你不可忽略，因为它两者差不多一个级别， 那么所以说你跟这个，在计算酸的水溶液的时候，
一定要想清楚里边有几种酸，哪些可以忽略， 你要搞明这一点就不会搞错。然后再往下是一元弱酸，
一元弱酸，一元弱酸。
比如说弱酸在水中只有部分电离，那么这是一个反应方程式，然后它的
K表达如下，那么水和质子乘上酸根，比上这个酸，
然后水是可以不用写的，水是1嘛，纯液体，
然后这个被称为酸式电离常数，所以Ka，a这个角标a就是acid，酸式解离，
如果是碱式解离就是Kb，base， 那么这是一元弱酸，然后那么K的大小反映了
酸在溶液中的电离程度，一般来说酸越强，K越大，反之亦然， 反之亦然。那么这是一元弱酸，然后再往下是
电离度和Ka之间的关联。电离度经常出现在习题中，叫α。
那么电离度定义为溶液中氢离子的平衡浓度 与酸的起始浓度之比，那么这里举个例子，
举个例子。比方说这是什么意思呢？我这个列一下这个方程，
这里没给方程。
这里没给方程，我们写一下。
比方说HA加上水，
生成
生成这个，那么当然Ka是等于
没问题，
等于这个。然后那么所谓电离度呢实际上是指
是指反应掉的，反应掉的反应物的量，反应，反应掉的反应物的量。
那么实际上就是说电离出来的，是吧？这是反应掉的量，
然后比上起始的，注意这是要比上起始的，不是要，不是比上平衡的，
比上起始的，然后乘以100%，这叫电离度。那么因此电离度跟平衡常数是有一定关联的，
是有一定关联，可以互推的，可以互推的。
那么当然只要这个反应够简单，它们之间是存在如下关系的，
是存在如下关系的，因为这两浓度是相等的嘛，所以这里 可以认为是个平方，这两浓度是相等的嘛，如果是这个均匀电离成两部分，是吧？
那么是得到一个平方的。那么这时候如果这个起始浓度是1的话，那么这边就变成一个根号，
是吧？那么是吧？这是可以约等于这个的。
这是一个二者的关联，自己证明起始浓度为1嘛，
起始浓度为1，那么当然这个乘回去，这个乘过去又变成1 了。
然后这是，然后是多元弱酸，Polyprotic， Polyprotic是表示多质子，多质子弱酸，多元弱酸。
多元弱酸通常有多步电离，比如亚硫酸，亚硫酸根，
比如Ka1和Ka2表示的是两步电离，
然后那么多元弱酸的一个基本特点是每一步电离是
依电离次步数是逐步下降，而且是迅速下降，
也就是Ka1>>Ka2>>Ka3，依此类推， 就每一步之间通常差几个数量级呢？四个数量级，甚至更多，甚至更多。
那么也就是这两个Ka1和Ka2，这儿写着呢，10的-2次方，这个是10的
-8次方吧？-8次方，实际上差了10的-6次方，10的6次方。
那么为什么会这样呢？为什么每步会差这么多呢？ 那么几乎所有的酸碱电离都有这个特点，只要多步电离，都有这个问题。
第一步和第二步和第三步差，越差越多。那么所以说一般你考虑第一步，
就不用考虑第二步，因为差太多了。那么为什么差这么多呢？理由很简单，
因为你从一个中性分子中电离出一个正电荷， 还算可以，还算比较容易。第二步，
你从一个负电荷的离子中再搞出一个正电荷，你试试？
相当于杨白劳家被黄世仁扫荡一通之后，你再去扫荡一点东西出来，
那是很难的，是吧？那是很难，他们家已经没东西了，特别是他家的负电荷，
负电荷你再从里面掰出点正电荷来一定很难，你从电磁学 领域你也知道这一定很难，所以说它肯定是越来越困难。
那么在各种平衡领域中，大概酸碱平衡如此，
沉淀溶解平衡也差不多，但，但配位解离平衡不一样，
配位解离平衡的每一步相差很少，然后为什么呢？ 因为配体大多数是中性的，你原来是
比如说阳，配阳离子原来是正电荷，你拿出个中性的配体， 再拿出第二个中性配体，差别不大，每一步都差不到一个数量级，
而不像这个，一差4-6个数量级，是吧？差很多。所以你一看这个数量级大概就知道它是一- 个什么平衡。
那么然后因此一般呢电离主要来自于第一步，
除非你是个混合物，通常是可以忽略随后的各步电离， 如果你也不想省略你算一遍，会发现省不省略都一样，
省不省略算来算去都是一样的，所以说一般来说我们这里讲的当然是省略算法，
那么什么时候会学不省略算法？分析化学，如果你喜欢 特别复杂的计算，令人头疼的计算，可以
考虑选分析化学，分析化学大概所有的计算都是不可以省略的。
然后为了动员你的所有的计算细胞上来，把你所有计算细胞动员动员。然后弱碱，
弱碱，看看时间，弱碱，还，我们还够把弱碱讲完。
弱碱跟弱酸差不多，所以我就干脆都打出来了。那么弱碱 也可以这样，你看发现弱酸和弱碱就是反应，两种写法了，
然后这个Kb等于这个表达式，然后这是K，Kb为碱式电离常数， 这个b为base，base-dissociation constant。
然后可以证明什么呢？共轭酸碱度的Ka和Kb二者的乘积等于Kw，
等于Kw。实际上你可以把这个方程捣一捣就能得出这个结果。
所有的都是如此，水的也是如此。
那么所以说你只要知道Kb，Ka就能求出Kb，反之亦然，可以互求，
那么因为Kw是已知的。那么弱碱通常分成两类，常见的，
一类是酸根，一类是酸根，比如醋酸根、钾酸根，
还有什么各种酸根，然后另外一种是中性的质子受体，比如说碱类，氮碱，
氮碱氨、腈，还有什么东西？ 苯，那个，那个，那个吡啶等等等等，
这类的中性的分子，但是呢由于上面有带孤对的原子，
比如氮、氧等等等等，它们可以表现出碱性来， 因此有氮碱、氧碱等等等等，这类的碱通常，这类通常是弱碱，
而这类呢，有时候是强碱，有时候是强碱，因为它酸是弱酸，
它的共轭碱反而变成强碱，是吧？那么然后这是盐的水解，
盐的水解，盐的水解同样跟酸碱平衡有关，酸碱电离平衡有关，
有些盐可以与水反应生成水和质子， 这种现象被称为盐的水解，这个
这个，比如说这个水解，阴离子，这是阳离子水解，阴离子水解，
阴离子水解可以跟水生成这个是氯化氢，生成氢氧根，
比方说这里边比如说是醋酸根可以跟水生成醋酸和氢氧根，
是吧？那么因此呢在，醋酸根在水解中会电离出氢氧根，因此是一个比较强的碱，
是吧？翻过来是个比较强的碱，那么这也是一种水解。那么有些金属离子也会水解，
也会水解，比方说这个你们所熟知的铁，三价铁，
三价铁在水溶液中很容易水解产生 氢氧化铁，也同时产生水和质子，是吧？
那么我知道在中学里头特别爱讨论这个 铁变红，铁的溶液变红，无色了等等，变来变去，
但实际上那过程是很复杂的，我知道那过程很复杂的。
那么所以他们中学老师一问我，我总是说如果你不用仪器去测的话，
你这个中间都叫 fiction，这个都，都是虚构的，都是虚构的，
的确有可能见到那个颜色，但是那颜色是否就代表一定是以这个结构为主，以这种分子为主，
真的不好说，真的不好说，真的很复杂。
那么这，这个，这个，我知道中学那个仪器还是相差很多的。
那么下面是这个水的，铁的水解，
铁的水解。那么一般来说什么样的盐容易水解呢？无论是阴离子还是阳离子，
什么样的盐容易水解呢？通常两种，如果是阴离子的话，比如说酸根的话，
通常这个酸，酸根的共轭酸是一个弱酸，
只要这个酸是个共轭酸的，弱酸的酸共轭酸根，
那么它就容易水解，容易形成这个弱酸。完了什么样的金属离子容易水解呢？
电荷高、半径小的，三价铁，四价锡，
还有什么东西？锑等等等等，这类东西容易水解。
那一般来说你只要把它放到水里，多半它都会水解，有机会形成 氢氧化物，或者水，碱式
盐，或者是，或者碱之类的，都可以水解。那么这是盐的基本水解。
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