什么是共扼酸和共扼碱

什么是共扼酸和共扼碱
什么是共扼酸和共扼碱

什么是共扼酸和共扼碱
最初阶段人们从性质上认识酸碱, 酸:使石蕊变红,有酸味； 碱:使石蕊变蓝,有涩味.当酸碱相混合时,性质消失. 当氧元素发现后,人们开始从组成上认识酸碱,以为酸中一含有氧元素；盐酸等无氧酸的发现,又使人们认识到酸中一定含有氢元素.
Arrhenius 的电离学说,使人们对酸碱的认识发生了一个飞跃.
HA = H+ + A- 电离出的正离子全部是 H+ ,
MOH = M+ + OH- 电离出的负离子全部是 OH- .
进一步从平衡角度找到了比较酸碱强弱的标准,即 Ka , Kb . Arrhenius 理论在水溶液中是成功的.但其在非水体系中的适用性,却受到了挑战. 试比较下列两组反应：
2 H2O = OH- + H3O+ NaOH + (H3O)Cl = NaCl + 2 H2O
2 NH3 = NH2- + NH4+ NaNH2 + NH4Cl = NaCl + 2 NH3
溶剂自身的电离和液氨中进行的中和反应 ,无法用 Arrhenius 的理论去讨论,因为根本找不到符合定义的酸和碱.


一 酸碱的质子理论 （ Bronsted 理论 ）
1 酸碱的定义
在反应中给出质子的物质叫做酸 在反应中接受质子的物质叫做碱
2 酸碱的共轭关系
酸给出质子后,变成碱,

同理,碱接受质子后,变成酸.故有： 酸 = 碱 + 质子
处于上述关系中的一对酸和碱,互称为共轭酸碱.Cl- 是 HCl 的共轭碱 , 而 HCl 是 Cl- 的共轭酸.H2O 作为一种酸时,其共轭碱是 OH- ; 而 H2O 作为 一种碱 时,其共轭酸是 H3O+.
3 两性物质
H2O 既可以给出质子作为酸,如在反应 H2O = H+ + OH- 中； 又可以接受质子作为碱,如在反应 H2O + H+ = H3O+ 中. 这种既能给出质子,又能接受质子的物质叫做两性物质.判断一种物质是酸还是碱,一定要在具体的反应中根据质子得失关系来判断.


4 酸和碱的反应
强酸的电离 弱酸的电离平衡
弱碱的电离平衡 中和反应
弱酸盐的水解
弱碱盐的水解
酸和碱反应的实质是质子的转移,质子从酸Ⅰ转移给碱Ⅱ,从而生成酸 Ⅱ 和碱Ⅰ.
5 酸碱的强弱和反应的方向
拉平效应和分辨效应
酸的强弱是通过给出质子的能力来判断的.于是一方面要看酸自身的能力,另一方面又和碱接受质子的能力有关. 比较 HClO4 , H2SO4 , HCl 和 HNO3 的强弱,若在 H2O 中 进行,由于 H2O 接受质子的能力所致,四者均完全电离,故比较不出强弱.若放到 HAc 中,由于 HAc 接受质子的能力比 H2O 弱得多,所以尽管四者给出质子的能力没有变,但是在 HAc 中却是部分电离.于是根据 Ka 的大小,可以比较其酸性的强弱

所以四者从强到弱依次是 HClO4 , H2SO4 , HCl , HNO3 .HAc 对四者有分辨效应, HAc 是四者的分辨试剂； 而 H2O 对四者有拉平效应, H2O 是四者的拉平试剂.
酸碱的强弱
对于大多数的弱酸,H2O 是分辨试剂 ,可以根据它们在水中的电离平衡常数比较酸性的强弱.酸性次序如下：
HClO4
H2SO4 > H3O+ > HF > HAc > NH4+ > H2O > HS-
HCl
HNO3
在水中,Ka 可以体现出一种酸给出 H+ 的能力.例如 HAc ,
如何体现其共轭碱 Ac- 接受 H+ 的能力呢 ? 其碱式电离常数为 Kb. 但从水解平衡角度看,这个 Kb 正是 Kh . 可见一对共轭酸碱的 Ka , Kb 之间有如下关系：
,或 Ka · Kb = Kw , Ka 和 Kb 之积为常数.
一对共轭酸碱中,酸的 Ka 越大,则其共轭碱的 Kb 越小,所以从酸性的次序就可以推出其共轭碱的强度次序.
ClO4-
HSO4- < H2O < F- < Ac- < NH3 < OH- <
Cl-
NO3-
反应的方向
酸碱反应中,质子总是从强酸向强碱转移,生成弱酸和弱碱. 例如, HCl + H2O = H3O+ + Cl-
强酸 强碱 弱酸 弱碱
又如反应 HAc + H2O = H3O+ + Ac-
弱酸 弱碱 强酸 强碱
反应自发进行的方向是从右向左, 从强酸强碱生成弱酸弱碱.
HNO3 + H2O = H3O+ + NO3- 完全电离,在水中 比 H3O+ 更强的 HNO3 一定会和强碱 H2O 反应,生成 H3O+ 和弱碱 NO3- .可以作出结论： 在水中能大量存在的最强的质子酸是 H3O+ .同理,在水中能大量存在的最强的质子碱是 OH- .比 OH- 更强的碱,如 将与 H2O 反应生成 OH-
酸碱的质子理论也有局限性： 对于不含有质子的物质,如 , 等不好归类,对于无质子转移的反应,如
+ Cl- = AgCl 也难以讨论.
二 酸碱的电子理论 （ Lewis 理论 ）
1 酸碱的定义
凡是能提供电子对的物质都是碱,碱是电子对的给予体.如,
OH- , CN- , NH3 , F- 等.
凡是能接受电子对的物质都是酸,酸是电子对的接受体.如,
H+ , BF3 , Na+ , Ag+ 等.
2 酸碱反应和酸碱配合物

对于酸碱的识别,也要在具体的反应中进行.几乎所有的金属离子都是 Lewis 酸 ,负离子几乎都是碱,而酸和碱的反应的生成物都是酸碱配合物.
3 取代反应
酸取代反应
酸 H+ 取代了酸碱配合物[Cu(NH3)4]2+中的酸 .
H+ 取代了酸碱配合物 Al(OH)3 中的 .
碱取代反应
OH- 取代 NH3 .
双取代反应
两种酸碱配合物交换成分.
酸碱的电子理论适应性强,大多数物质都可以包括在酸,碱及其配合物中,大多数的化学反应都可以归为酸,碱及其配合物之间的反应.其不足之处在于酸碱的特征不明确.