表演实验：振荡反应
主要反应物,H2O2,KIO3,
其他：丙二酸,MnSO4,H2SO4,淀粉等
化学反应方程式：
第 5章 水溶液中的化学平衡
A＋ B C＋ D
]][[
]][[
BA
DCK=
[A],[C]表示平衡浓度,K 为平衡常数
由 K可判断反应进行的完全程度,
K>105,反应进行完全,
K<10?5,反应进行不完全,
K值在 10?5和 105之间时, 反应可以由浓度, 压力等因素调节 。
??G?=RTlnK lnK= ??G? /RT
（ 1） 氧化还原反应 （ 含化合, 分解, 歧化等 ）
例,C＋ O2 ?? CO2
H2O ( 电解 ） ?? H2＋ 1/2O2
HClO （ 加热 ） ?? HCl + HClO3
氧化：失电子 。 常用氧化剂,O2,H2O2,KMnO4,Cl2
还原：得电子 。 常用还原剂,H2,CO
一．氧化还原平衡
（ 2） 标准电极电势 （ 水溶液中 ）
氧化剂 还原剂
氢标,H++ e ?? 1/2H2 E?=0
Na++ e ?? Na E?= ?2.71V
Zn2++ 2e ?? Zn E?= ?0.76V
Cl2+ 2e ?? 2Cl? E?= 1.36V
F2+ 2e ?? 2F? E?=2.87V
电池反应,Zn(s) + Cu2+(aq) ?? Zn2+ (aq) + Cu (s) （ 化学镀 ）
E?(cell) = E?(正极 )－ E?(负极 )＝ 0.34 ? (?0.78) ＝ 1.1 V
2Fe3+ + Cu ?? 2 Fe 2++ Cu2+ （ 烂板液 ）
E?(cell) = E?(正极 )－ E?(负极 )＝ 0.77 ? (0.34) ＝ 0.33 V
K与电池的电动势 E?的关系
nE? F=RTlnK
lnK= RTnFE?
lnK = 2?96500?0.33/8.314?298= 25.7
K=1.5 ?1011
由电动势得到氧化还原反应的平衡常数 K,电池的电动势越大,
则 K也越大, 氧化还原反应进行得越彻底 。
对于非标准态, 浓度对氧化还原方向的影响和氧化还原反应的方
向可用 Nernst 方程表示：
电极反应,aox +ne =b red E=E?+
b
a
re d
ox
nF
RT
)(
)(ln
氧化剂浓度越大, 电势越高, 氧化剂的氧化能力越强；
还原剂浓度越大, 则氧化剂的氧化能力越弱
对某一个电池反应 （ 例如干电池 ）, 随着氧化剂浓度的逐渐减小
还原剂浓度的增大, 结果是 正极 （ 氧化剂 ） 的电极电势降低, 而
负极 （ 还原剂 ） 的电极电势升高, 使电池的 电动势 E逐渐减小,
并趋于 0,体系达到平衡, 无电流产生 。
电池反应,aox1+cred1=bred2+dox2 的 Nernst方程为：
Ecell=Ecell? + ac
bd
R T ( o x 1 )( r e d 1 )ln
n F ( o x 2 ) ( r e d 2 )
反应物的浓度越大，电池的电动势越大，随着反应的进行，反应物
浓度减小，生成物浓度增加,Ecell逐渐减小，最终达到化学平衡
Ecell = 0
以铜锌电池为例,
Zn + Cu2+ ?? Zn2++ Cu
)(
)(lo g
2
0 5 9.0
2
2
?
?
Zn
Cu0 = E=1.1+ =1.1+
Zn + Cu2+ ?? Zn2++ Cu
可解出铜锌离子的浓度比为 5?10?38
(实际不可能得到, E也不可能得 0)
)(
)(ln
2 2
2
?
?
Zn
Cu
F
RT
1,质子酸碱和酸碱平衡
提供质子的为酸, 消耗质子的为碱
例如：
碱,NaOH?? Na+ ＋ OH?
OH? + H+ H2O
碱 酸
Na2CO3 CO32?+ H2O OH? + HCO3? 消耗质子 （ 水中的质子 ）
碱 酸 碱 酸
??????
??????
二．酸碱平衡
NaHCO3 HCO3?+ H2O OH? + H2CO3
碱 酸
NaCN CN? + H2O OH? + HCN
碱 酸
NH4Cl NH4++ H2O NH4OH + H+
酸 碱
??????
??????
??????
NH4Cl NH4++ H2O NH4OH + H+ 提供质子
在水溶液中,H2O OH? + H+
H2O + H2O OH? + H3O+
酸 碱 碱 酸
OH?水的电离平衡产生的 H和 OH的浓度积为一常数，
Kw=[OH?][H+]=10?14
pH= ?log[H+]
??????
??????
??????
酸碱平衡常数 （ 弱酸和弱碱而言 ） Ka,Kb
Hac H++Ac?
Ka = =1.8?10-5
[ H A c ]
]] [ A c[H ??
NH3?H2O NH4+＋ OH?
OH][ N H
]] [ O H[ N H
4
4
?? =1.8 ? 10-5Kb=
??????
??????
S2- +H2O SH? ＋ OH???????
Kb= 1 ?105
计算 0.1mol.dm?3 Na2CO3的水溶液的 pH值
CO32?+ H2O OH? + HCO3?
-
3
2-
3
[ H C O ] [ O H ]
[ C O ]
?K= =Kw/Ka2=10-14/5.6?10-11= 1.8?10-4
)1.0(
2
x
x
?
=1.8?10-4 x=[OH-]=4.2?10-3 pOH=2.4
pH=11.6
??????
2,缓冲溶液（ buffer)
弱酸和共轭碱组成的 酸碱对
CH3COOH 和 CH3COONa
H2PO4-和 HPO42-（肾脏）
H2CO3和 HCO3- （血液）
HAc H++Ac?
Ka = =1.8?10-5
[ H A c ]
]] [ A c[H ??
?????? 加 H+ 生成 CH3COOH
加 OH- 生成 CH3COO-
Chapt 18.8,9
溶度积常数 Ksp（ 对难溶物而言 ） 和沉淀溶解平衡
AgCl的溶解,AgCl Ag+ ＋ Cl?
A g C l
]][C l[A g ??Ksp = = [Ag+][Cl?]=1.77?10?10
AgBr Ksp=[Ag+][Br?] = 5.35?10?13
AgI Ksp=[Ag+][I?] = 8.51?10?16
BaSO4 Ksp=[Ba2+][ SO42?]= 1.07?10?10
CaCO3 Ksp=[Ca2+][ CO32? ]= 4.96.07?10?9
PbSO4 Ksp=[Pb2+][ SO42?] = 1.82?10?8
CaF2 Ksp=[Ca2+][F?]2=1.46?10?10
Fe(OH)3 Ksp=[Fe3+][ OH? ]3 = 2.64?10?39 Chapt.19.5,7
??????
三, 沉淀溶解平衡
部分难溶盐的溶度积常数
胃肠的钡餐造影图
[Ba2+][ SO42?] = Ksp=1.1 ?10?10
(Ba2+)( SO42?) > Ksp 沉淀生成
(Ba2+)( SO42?) < Ksp 沉淀溶解
Chapt.19.9
讨论：如何分离 Cu2+,Ag+,Pb2+ 三个阳离子
例如：含 Cr废水的处理, Cr(III)的毒性只有 Cr(VI)的 0.5%,化
学方法处理,Fe2+,SO2,Na2SO3还原为 Cr(III),已知 Cr(OH)3 的
Ksp=[Cr3+][ OH? ]3 = 6?10?31,若 Cr的浓度为 0.01mmol.dm?3问
在 pH多大时, Cr(OH)3开始沉淀？
(0.01?10?3)x3=6?10?31
x=7.7?10?9
pOH=8.1
pH = 5.9 即用碱调节 pH值, 使其大于 5.9,可有氢氧化铬沉淀生
成 。
BaCO3,BaSO4分别在 HCl中的溶解计算,
BaCO3＋ 2H++2Cl? ?? Ba2＋ ＋ 2Cl?＋ H2O＋ CO2
12
spKK
KK?? 8117
9
102.2106.5102.4 101.5 ????? ? ??
?
结论,BaCO3可溶于酸, 对人有剧毒
BaSO4置于 HCl中：
BaSO4＋ H++Cl? Ba2＋ ＋ Cl?＋ HSO4?
2K
KK sp?
8
2
10
101.1100.1 101.1 ??
?
????
=
??????
四, 多重平衡
沉淀的溶解和转化
?沉淀平衡和酸碱平衡
?沉淀平衡和络合平衡
?沉淀平衡和氧化还原平衡
?沉淀平衡、酸碱平衡、络合平衡和氧化还原同时平衡
例如,Mg(OH)2,BaCO3,PbCl2,AgCl,AgI,
ZnS,CdS
HgS
Chapt.19.10,12
主要反应物,H2O2,KIO3,
其他：丙二酸,MnSO4,H2SO4,淀粉等
化学反应方程式：
第 5章 水溶液中的化学平衡
A＋ B C＋ D
]][[
]][[
BA
DCK=
[A],[C]表示平衡浓度,K 为平衡常数
由 K可判断反应进行的完全程度,
K>105,反应进行完全,
K<10?5,反应进行不完全,
K值在 10?5和 105之间时, 反应可以由浓度, 压力等因素调节 。
??G?=RTlnK lnK= ??G? /RT
（ 1） 氧化还原反应 （ 含化合, 分解, 歧化等 ）
例,C＋ O2 ?? CO2
H2O ( 电解 ） ?? H2＋ 1/2O2
HClO （ 加热 ） ?? HCl + HClO3
氧化：失电子 。 常用氧化剂,O2,H2O2,KMnO4,Cl2
还原：得电子 。 常用还原剂,H2,CO
一．氧化还原平衡
（ 2） 标准电极电势 （ 水溶液中 ）
氧化剂 还原剂
氢标,H++ e ?? 1/2H2 E?=0
Na++ e ?? Na E?= ?2.71V
Zn2++ 2e ?? Zn E?= ?0.76V
Cl2+ 2e ?? 2Cl? E?= 1.36V
F2+ 2e ?? 2F? E?=2.87V
电池反应,Zn(s) + Cu2+(aq) ?? Zn2+ (aq) + Cu (s) （ 化学镀 ）
E?(cell) = E?(正极 )－ E?(负极 )＝ 0.34 ? (?0.78) ＝ 1.1 V
2Fe3+ + Cu ?? 2 Fe 2++ Cu2+ （ 烂板液 ）
E?(cell) = E?(正极 )－ E?(负极 )＝ 0.77 ? (0.34) ＝ 0.33 V
K与电池的电动势 E?的关系
nE? F=RTlnK
lnK= RTnFE?
lnK = 2?96500?0.33/8.314?298= 25.7
K=1.5 ?1011
由电动势得到氧化还原反应的平衡常数 K,电池的电动势越大,
则 K也越大, 氧化还原反应进行得越彻底 。
对于非标准态, 浓度对氧化还原方向的影响和氧化还原反应的方
向可用 Nernst 方程表示：
电极反应,aox +ne =b red E=E?+
b
a
re d
ox
nF
RT
)(
)(ln
氧化剂浓度越大, 电势越高, 氧化剂的氧化能力越强；
还原剂浓度越大, 则氧化剂的氧化能力越弱
对某一个电池反应 （ 例如干电池 ）, 随着氧化剂浓度的逐渐减小
还原剂浓度的增大, 结果是 正极 （ 氧化剂 ） 的电极电势降低, 而
负极 （ 还原剂 ） 的电极电势升高, 使电池的 电动势 E逐渐减小,
并趋于 0,体系达到平衡, 无电流产生 。
电池反应,aox1+cred1=bred2+dox2 的 Nernst方程为：
Ecell=Ecell? + ac
bd
R T ( o x 1 )( r e d 1 )ln
n F ( o x 2 ) ( r e d 2 )
反应物的浓度越大，电池的电动势越大，随着反应的进行，反应物
浓度减小，生成物浓度增加,Ecell逐渐减小，最终达到化学平衡
Ecell = 0
以铜锌电池为例,
Zn + Cu2+ ?? Zn2++ Cu
)(
)(lo g
2
0 5 9.0
2
2
?
?
Zn
Cu0 = E=1.1+ =1.1+
Zn + Cu2+ ?? Zn2++ Cu
可解出铜锌离子的浓度比为 5?10?38
(实际不可能得到, E也不可能得 0)
)(
)(ln
2 2
2
?
?
Zn
Cu
F
RT
1,质子酸碱和酸碱平衡
提供质子的为酸, 消耗质子的为碱
例如：
碱,NaOH?? Na+ ＋ OH?
OH? + H+ H2O
碱 酸
Na2CO3 CO32?+ H2O OH? + HCO3? 消耗质子 （ 水中的质子 ）
碱 酸 碱 酸
??????
??????
二．酸碱平衡
NaHCO3 HCO3?+ H2O OH? + H2CO3
碱 酸
NaCN CN? + H2O OH? + HCN
碱 酸
NH4Cl NH4++ H2O NH4OH + H+
酸 碱
??????
??????
??????
NH4Cl NH4++ H2O NH4OH + H+ 提供质子
在水溶液中,H2O OH? + H+
H2O + H2O OH? + H3O+
酸 碱 碱 酸
OH?水的电离平衡产生的 H和 OH的浓度积为一常数，
Kw=[OH?][H+]=10?14
pH= ?log[H+]
??????
??????
??????
酸碱平衡常数 （ 弱酸和弱碱而言 ） Ka,Kb
Hac H++Ac?
Ka = =1.8?10-5
[ H A c ]
]] [ A c[H ??
NH3?H2O NH4+＋ OH?
OH][ N H
]] [ O H[ N H
4
4
?? =1.8 ? 10-5Kb=
??????
??????
S2- +H2O SH? ＋ OH???????
Kb= 1 ?105
计算 0.1mol.dm?3 Na2CO3的水溶液的 pH值
CO32?+ H2O OH? + HCO3?
-
3
2-
3
[ H C O ] [ O H ]
[ C O ]
?K= =Kw/Ka2=10-14/5.6?10-11= 1.8?10-4
)1.0(
2
x
x
?
=1.8?10-4 x=[OH-]=4.2?10-3 pOH=2.4
pH=11.6
??????
2,缓冲溶液（ buffer)
弱酸和共轭碱组成的 酸碱对
CH3COOH 和 CH3COONa
H2PO4-和 HPO42-（肾脏）
H2CO3和 HCO3- （血液）
HAc H++Ac?
Ka = =1.8?10-5
[ H A c ]
]] [ A c[H ??
?????? 加 H+ 生成 CH3COOH
加 OH- 生成 CH3COO-
Chapt 18.8,9
溶度积常数 Ksp（ 对难溶物而言 ） 和沉淀溶解平衡
AgCl的溶解,AgCl Ag+ ＋ Cl?
A g C l
]][C l[A g ??Ksp = = [Ag+][Cl?]=1.77?10?10
AgBr Ksp=[Ag+][Br?] = 5.35?10?13
AgI Ksp=[Ag+][I?] = 8.51?10?16
BaSO4 Ksp=[Ba2+][ SO42?]= 1.07?10?10
CaCO3 Ksp=[Ca2+][ CO32? ]= 4.96.07?10?9
PbSO4 Ksp=[Pb2+][ SO42?] = 1.82?10?8
CaF2 Ksp=[Ca2+][F?]2=1.46?10?10
Fe(OH)3 Ksp=[Fe3+][ OH? ]3 = 2.64?10?39 Chapt.19.5,7
??????
三, 沉淀溶解平衡
部分难溶盐的溶度积常数
胃肠的钡餐造影图
[Ba2+][ SO42?] = Ksp=1.1 ?10?10
(Ba2+)( SO42?) > Ksp 沉淀生成
(Ba2+)( SO42?) < Ksp 沉淀溶解
Chapt.19.9
讨论：如何分离 Cu2+,Ag+,Pb2+ 三个阳离子
例如：含 Cr废水的处理, Cr(III)的毒性只有 Cr(VI)的 0.5%,化
学方法处理,Fe2+,SO2,Na2SO3还原为 Cr(III),已知 Cr(OH)3 的
Ksp=[Cr3+][ OH? ]3 = 6?10?31,若 Cr的浓度为 0.01mmol.dm?3问
在 pH多大时, Cr(OH)3开始沉淀？
(0.01?10?3)x3=6?10?31
x=7.7?10?9
pOH=8.1
pH = 5.9 即用碱调节 pH值, 使其大于 5.9,可有氢氧化铬沉淀生
成 。
BaCO3,BaSO4分别在 HCl中的溶解计算,
BaCO3＋ 2H++2Cl? ?? Ba2＋ ＋ 2Cl?＋ H2O＋ CO2
12
spKK
KK?? 8117
9
102.2106.5102.4 101.5 ????? ? ??
?
结论,BaCO3可溶于酸, 对人有剧毒
BaSO4置于 HCl中：
BaSO4＋ H++Cl? Ba2＋ ＋ Cl?＋ HSO4?
2K
KK sp?
8
2
10
101.1100.1 101.1 ??
?
????
=
??????
四, 多重平衡
沉淀的溶解和转化
?沉淀平衡和酸碱平衡
?沉淀平衡和络合平衡
?沉淀平衡和氧化还原平衡
?沉淀平衡、酸碱平衡、络合平衡和氧化还原同时平衡
例如,Mg(OH)2,BaCO3,PbCl2,AgCl,AgI,
ZnS,CdS
HgS
Chapt.19.10,12
